基于分数阶XLPE电缆模型的高频信号传播特性研究
发布时间：2021-10-29 03:39
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分散的主要原因,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,因此建立一个电缆分数阶宽频模型对于分析高频信号有着重要的意义。文中首先测量了电缆半导电层的相对复介电系数,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,基于该模型分析了电缆中高频信号的传播规律。最后,通过分数阶传输线方程的频域求解,将计算波形与PSCAD仿真结果以及实验测量波形进行对比,验证了本模型的精确性。
【文章来源】：高压电器. 2020,56(09)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
相对复介电系数拟合与实测曲线
图3 分数阶元件
电力电缆主要由导芯、绝缘层、内外半导电层和导体屏蔽层构成见图1。半导电层主要起均匀电场的作用。研究表明，半导电层的频变特性对电缆中高频信号传播的波速和衰减系数具有较大的影响[1-7]。目前已有的电力电缆频变模型多建立于传输线理论基础之上，J.Marti相域电缆模型[8]只考虑了串联阻抗部分的频变特性，但其并未考虑介质的高频损耗。Boogs综合考虑了导体集肤效应和电缆半导体层的频变效应，提出了电缆的径向半导体损耗模型[2-3]，并基于该模型分析了局部放电信号的传播特性。由于未给出单位长度上并联导纳频变公式，因此无法直接转换为时域电路模型。Mugula等人基于Boogs的频变电缆模型，提出了交联聚乙烯电缆半导体层相对复介电系数测量的方法[4-6]。文[7]对上述单位长度的串联阻抗频变公式和并联导纳频变公式进行矢量匹配拟合，构建相应的Γ型单元电路，建立了电力电缆的级联电路模型(其为相应分布参数电路模型的级联近似)，但该种方法的单元电路中涉及元件多会造成时域求解复杂。Gustavsen[9]等人使用矢量匹配法拟合了电缆的特性阻抗和传播常数，构造了电力电缆的多口模型，该模型已被PSCAD仿真软件采用，其中并未包括半导电层的建模。Gustavsen将半导电层的影响通过增加XLPE绝缘层厚度和绝缘层的介电常数来等效[10]，但该种方法在高频情况下不能准确描述半导电层的频变特性。因此，需要建立一个同时考虑半导电层频变特性和导体集肤效应的简洁准确的电力电缆宽频模型。图1结构从内到外依次为：1为铜芯；2为内半导电屏蔽层；3为XLPE绝缘层；4为外半导电屏蔽层；5为导体屏蔽层；6为聚乙烯护套。
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑频变参数的油浸式变压器绕组分数阶传输线模型[J]. 梁贵书,王雁超. 电工技术学报. 2016(17)
[2]电力电缆局放信号传播特性分析及仿真研究[J]. 张泓,董涛,张博,余光凯,胡泰山. 电线电缆. 2016(04)
[3]XLPE高压电缆本体中局部放电信号的传输特性[J]. 刘斌,顾霄,徐阳,廖雁群,夏荣. 高电压技术. 2016(08)
[4]交叉互联高压电缆系统的局部放电在线监测和定位[J]. 张磊祺,盛博杰,姜伟,周文俊,田智,董翔,唐泽洋. 高电压技术. 2015(08)
[5]基于电缆传递函数和信号上升时间的电力电缆局部放电在线定位方法[J]. 张磊祺,盛博杰,姜伟,周文俊,田智,唐泽洋. 高电压技术. 2015(04)
[6]XLPE电力电缆典型缺陷局部放电测量与分析[J]. 刘蓉,李继胜,田维坚,樊养余. 高压电器. 2015(02)
[7]考虑频变参数的交联聚乙烯电缆中局部放电传播特性的时域分析[J]. 张伟,张龙,黄志伟,薛荣,李洪杰,刘崇新. 高电压技术. 2014(11)
[8]基于分数阶微积分理论的线路模型建模方法[J]. 闫丽梅,祝玉松,徐建军,任伟建,王琼,孙志刚. 电工技术学报. 2014(09)
[9]基于分数阶微分理论的宽频建模方法[J]. 刘欣,崔翔,梁贵书,马龙. 电工技术学报. 2013(04)
[10]采用修正Cole-Cole模型提取油纸绝缘频域介电谱的特征参量方法[J]. 杨丽君,齐超亮,邓帮飞,贡春艳,廖瑞金,徐积全. 高电压技术. 2013(02)
本文编号：3463883
【文章来源】：高压电器. 2020,56(09)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
相对复介电系数拟合与实测曲线
图3 分数阶元件
电力电缆主要由导芯、绝缘层、内外半导电层和导体屏蔽层构成见图1。半导电层主要起均匀电场的作用。研究表明，半导电层的频变特性对电缆中高频信号传播的波速和衰减系数具有较大的影响[1-7]。目前已有的电力电缆频变模型多建立于传输线理论基础之上，J.Marti相域电缆模型[8]只考虑了串联阻抗部分的频变特性，但其并未考虑介质的高频损耗。Boogs综合考虑了导体集肤效应和电缆半导体层的频变效应，提出了电缆的径向半导体损耗模型[2-3]，并基于该模型分析了局部放电信号的传播特性。由于未给出单位长度上并联导纳频变公式，因此无法直接转换为时域电路模型。Mugula等人基于Boogs的频变电缆模型，提出了交联聚乙烯电缆半导体层相对复介电系数测量的方法[4-6]。文[7]对上述单位长度的串联阻抗频变公式和并联导纳频变公式进行矢量匹配拟合，构建相应的Γ型单元电路，建立了电力电缆的级联电路模型(其为相应分布参数电路模型的级联近似)，但该种方法的单元电路中涉及元件多会造成时域求解复杂。Gustavsen[9]等人使用矢量匹配法拟合了电缆的特性阻抗和传播常数，构造了电力电缆的多口模型，该模型已被PSCAD仿真软件采用，其中并未包括半导电层的建模。Gustavsen将半导电层的影响通过增加XLPE绝缘层厚度和绝缘层的介电常数来等效[10]，但该种方法在高频情况下不能准确描述半导电层的频变特性。因此，需要建立一个同时考虑半导电层频变特性和导体集肤效应的简洁准确的电力电缆宽频模型。图1结构从内到外依次为：1为铜芯；2为内半导电屏蔽层；3为XLPE绝缘层；4为外半导电屏蔽层；5为导体屏蔽层；6为聚乙烯护套。
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑频变参数的油浸式变压器绕组分数阶传输线模型[J]. 梁贵书,王雁超. 电工技术学报. 2016(17)
[2]电力电缆局放信号传播特性分析及仿真研究[J]. 张泓,董涛,张博,余光凯,胡泰山. 电线电缆. 2016(04)
[3]XLPE高压电缆本体中局部放电信号的传输特性[J]. 刘斌,顾霄,徐阳,廖雁群,夏荣. 高电压技术. 2016(08)
[4]交叉互联高压电缆系统的局部放电在线监测和定位[J]. 张磊祺,盛博杰,姜伟,周文俊,田智,董翔,唐泽洋. 高电压技术. 2015(08)
[5]基于电缆传递函数和信号上升时间的电力电缆局部放电在线定位方法[J]. 张磊祺,盛博杰,姜伟,周文俊,田智,唐泽洋. 高电压技术. 2015(04)
[6]XLPE电力电缆典型缺陷局部放电测量与分析[J]. 刘蓉,李继胜,田维坚,樊养余. 高压电器. 2015(02)
[7]考虑频变参数的交联聚乙烯电缆中局部放电传播特性的时域分析[J]. 张伟,张龙,黄志伟,薛荣,李洪杰,刘崇新. 高电压技术. 2014(11)
[8]基于分数阶微积分理论的线路模型建模方法[J]. 闫丽梅,祝玉松,徐建军,任伟建,王琼,孙志刚. 电工技术学报. 2014(09)
[9]基于分数阶微分理论的宽频建模方法[J]. 刘欣,崔翔,梁贵书,马龙. 电工技术学报. 2013(04)
[10]采用修正Cole-Cole模型提取油纸绝缘频域介电谱的特征参量方法[J]. 杨丽君,齐超亮,邓帮飞,贡春艳,廖瑞金,徐积全. 高电压技术. 2013(02)
本文编号：3463883
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3463883.html
