基于分数阶电路模型的电缆信号传播特性及故障定位研究

发布时间：2020-11-10 02:36

　　 随着我国电力工业的飞速发展,电力电缆是仅次于架空线路的重要输电设备。特高压及长距离输电工程的发展,对电力电缆的安全运行与故障定位和检修提出了更高的要求。当暂态高频信号在交联聚乙烯(XLPE)电缆中传播时,导体的集肤效应和半导电层的频变效应是导致高频信号衰减和色散的主要原因,而以往的整数阶电缆模型往往忽略内、外半导电层的频变效应,影响暂态分析的准确性,因此建立准确的电路模型对于分析高频信号在电缆中的传播有着重要的意义。其次,电力电缆常敷设于地下或海底,出现故障后会给运维和检修带来不便,基于前人提出的各种故障定位理论,需要提出定位精度高、速度快的故障定位方法。本文首先测量了电缆半导电层的相对复介电常数,使用Cole-Cole模型进行拟合后,利用拟合模型和圆柱形电容的计算公式推导出电力电缆内外半导电层的分数阶导纳参数。根据Boogs提出的径向电缆模型,建立起同时考虑电缆集肤效应和半导电层频变效应的分数阶电缆模型,对该模型进行求解后,搭建实验平台验证了本模型的准确性。使用该模型对电缆中高频信号的传播规律进行了分析。另外,本文基于时间反演聚焦原理,应用提出的分数阶电力电缆模型,实现了常见的电力电缆故障(短路故障、局部放电故障、电磁干扰源)的定位测距,并说明了使用分数阶电力电缆模型进行故障测距时的精确度优于传统整数阶电缆模型。
【学位单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM75
【部分图文】：

图 1-2 电力电缆Γ型级联模型模方法由于单位长度的模型中涉及元件较多，因此大，求解困难。同时，该方法半导电层使用的测量型号的电缆可能存在误差。的电力电缆高频模型，应该做出改进，提出一个更号于电缆中的传播规律[7-9]，近年来分数阶微积分理4]，丰富了电气设备电路模型理论，本文也将分数阶。故障定位方法的研究现状障类型很多，下面从开路故障、低阻故障、高阻故其定义与相对应的故障定位方法的研究现状[15]。指电缆导体连接不良，电能不能完全从始端传送到的绝缘电阻在接受范围之内，但电缆终端电压很低路故障即为断路故障；低阻故障[17-18]是指相与相之

只对外半导电层的相对复介电常数进行测量与拟合即可。将试品电电工钳剥离后再将铜带屏蔽层剥去，此时黑色的外半导电层裸露于工刀在半导体层上划出平整切割线后使用镊子以及尖嘴钳剥离，不形变影响测量结果。剥离下来的半导电层选取平整处裁切为边长 样本共 5 个，使用分辨力为 0.01mm 的电子游标卡尺测量式样的2mm，选用细砂纸打磨样本表面，使两个面平行，式样厚度均匀。由使用材料一样，故只剥离外半导电层作为测试样本。由于测试需求样本两面喷金，增大测量的精确性。试样的频域介电谱（Frequency Domian Spectroscopy, FDS）采用宽（德国 Novocontrol 公司，型号 Concept40）进行测量。能灵敏地测极低损耗的材料（可达到 10-5分辨率），可以测量包括固体、薄膜内的各种绝缘材料。将阻抗谱仪的测量范围调整为 10kHz-10MHz，极之间，对五个样品分别测量后取平均值，得到实测相对复介电常域介电谱。测试试品与装置如图 3-4。

( )( )sin2( )( )ff (3-8)且式（3-6）中参数的限定约束条件为max-40 110 (3-9)使用 Matlab 中的 fmincon 语句可以实现上述有约束优化。式（3-6）中的四个待拟合参数的拟合结果和拟合曲线分别见表 3-2 和图 3-6。表 3-2 Cole-Cole 模型参数拟合结果参数 R ( ) R ( )数值 92.92 3×1040.652 0.483 92.01% 80.17%
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本文编号：2877340