基于频域反射的电缆局部老化诊断仿真研究
发布时间：2021-11-17 22:12
电缆在运行过程中不可避免的受到热、电、机械和辐照等因素的作用促使绝缘材料逐渐发生老化,降低了电缆运行的可靠性。大多数电缆故障往往是由局部绝缘老化等潜伏性缺陷发展而成,而传统电缆检测方法多局限于电缆整体老化状态诊断或发生故障后的定位。高频下电缆可看作传输线,电缆上每段的参数由电缆的导体和介质材料属性、几何尺寸、形状等决定,当信号沿电缆传播过程中遇到参数变化时会在该处发生折反射,电缆的反射系数谱包含了局部老化状态信息,可以实现电缆局部老化的诊断。本文基于频域反射原理进行电缆局部老化的诊断研究,主要工作如下:1.分析了交联聚乙烯（Cross-linked Polyethylene,XLPE）电缆绝缘老化的现象与原因,研究了热老化和电老化的老化机理。针对电介质的介电特性,分析了 XLPE材料介电常数随老化状态变化的趋势。2.根据电缆结构特征,以电磁场原理为基础,考虑高频下导体的趋肤效应和半导电材料的介电响应,建立了电缆分布参数频域计算模型。基于传输线理论提出电缆局部老化模型,并计算电缆首端反射系数谱。10kV电缆的反射系数谱表明,含有局部老化缺陷的电缆首端反射系数谱随频率的增大呈指数衰减,并以...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
介电机理的频率响应
2XLPE电缆绝缘的介电特性图2-4电介质的介电特性测试示意图Fig.2-4Schematicdiagramofdielectricpropertytest实际运行中的电缆主要受热和电场的共同作用发生老化，实验室中通过加速老化试验探究XPLE材料性能的劣化规律，文献[21]对110kV未服役商用XLPE电缆绝缘切片在实验室130℃环境下加速热老化，在80℃测试温度下测得不同老化时间的XLPE介电谱如图2-4。(a)ε′-f曲线(b)ε″-f曲线图2-5XLPE试样在80℃下的介电性能变化曲线Fig.2-5ChangecurveofdielectricpropertiesofXLPEsampleat80℃图2-4中，不同老化时间的XLPE复介电常数实部ε′随着随频率的变化不大，随着老化时间的增加，ε′在整个频率范围内逐渐增大。由于XLPE的分子链在热老化过程中断裂，并产生了羰基等极性基团，在外施电场的作用下，这些极性基团会发生响应使得ε′增大。由图2-5(b)可见，XLPE的ε′′随着老化时间的增加而增大，使得介质的电导效应增大，介质损耗增加，ε′′随频率的变化与材料老化状态相关，在高频段下趋于稳定。通常未老化的XLPE的复介电常数约为2.3+j0.001，大量试验结果表明，在多种老化因素下，XLPE的复介电常数的实部和虚部都会随着老化状态的加剧而增大。在1MHz~1GHz的频段，XLPE材料主要以偶极子极化为主，因而其介电特性随频率变化较为稳定。2.4本章小结本章主要介绍了电力电缆的基本结构形式和各部分组成的作用，介绍了几种电缆常见13
2XLPE电缆绝缘的介电特性图2-4电介质的介电特性测试示意图Fig.2-4Schematicdiagramofdielectricpropertytest实际运行中的电缆主要受热和电场的共同作用发生老化，实验室中通过加速老化试验探究XPLE材料性能的劣化规律，文献[21]对110kV未服役商用XLPE电缆绝缘切片在实验室130℃环境下加速热老化，在80℃测试温度下测得不同老化时间的XLPE介电谱如图2-4。(a)ε′-f曲线(b)ε″-f曲线图2-5XLPE试样在80℃下的介电性能变化曲线Fig.2-5ChangecurveofdielectricpropertiesofXLPEsampleat80℃图2-4中，不同老化时间的XLPE复介电常数实部ε′随着随频率的变化不大，随着老化时间的增加，ε′在整个频率范围内逐渐增大。由于XLPE的分子链在热老化过程中断裂，并产生了羰基等极性基团，在外施电场的作用下，这些极性基团会发生响应使得ε′增大。由图2-5(b)可见，XLPE的ε′′随着老化时间的增加而增大，使得介质的电导效应增大，介质损耗增加，ε′′随频率的变化与材料老化状态相关，在高频段下趋于稳定。通常未老化的XLPE的复介电常数约为2.3+j0.001，大量试验结果表明，在多种老化因素下，XLPE的复介电常数的实部和虚部都会随着老化状态的加剧而增大。在1MHz~1GHz的频段，XLPE材料主要以偶极子极化为主，因而其介电特性随频率变化较为稳定。2.4本章小结本章主要介绍了电力电缆的基本结构形式和各部分组成的作用，介绍了几种电缆常见13
【参考文献】：
期刊论文
[1]介电谱用于评估XLPE电缆绝缘劣化状态的研究[J]. 周利军,王媚,周韫捷,蒋晓娟,杨天宇,张媛媛. 绝缘材料. 2019(01)
[2]基于超低频介损检测的电缆绝缘性能评估与影响因素分析[J]. 任志刚,李伟,周峰,刘守全,车瑶,李明春,姒天军,王羽. 绝缘材料. 2018(04)
[3]不同温度热老化条件下交联聚乙烯电缆绝缘热性能和力学性能的劣化趋势研究[J]. 李欢,李建英,马永翔,闫群民,欧阳本红. 绝缘材料. 2018(01)
[4]基于介电性能的电缆热老化及辐照老化检测技术研究[J]. 张益舟,龚智明,王雷,汪亮,云浩,郑峥. 绝缘材料. 2017(09)
[5]矢量网络分析仪的时频域阻抗测量技术[J]. 刘丹,李树彪,庄志远. 国外电子测量技术. 2017(08)
[6]中高压XLPE电缆故障种类及机理辨析[J]. 马钦国,李复明,薛晓军,乔文玮,李高峰,郑晓泉. 电线电缆. 2017(01)
[7]新型基于反射系数谱的电力电缆局部缺陷定位方法[J]. 谢敏,周凯,赵世林,何珉,张福忠. 电网技术. 2017(09)
[8]交联聚乙烯电缆的老化及其诊断方法研究进展[J]. 李伟,吴麟琳,张幸,赵艾萱,王彦博,陶诗洋,邓军波,张冠军. 绝缘材料. 2016(11)
[9]基于多尺度小波判据和时频特征关联的电缆早期故障检测和识别方法[J]. 姚海燕,张静,留毅,潘姝,徐贝,李题印,周念成. 电力系统保护与控制. 2015(09)
[10]运行高压交联聚乙烯电力电缆的介电性能[J]. 朱晓辉,孟峥峥,王浩鸣,薛程,杜伯学. 高电压技术. 2015(04)
博士论文
[1]基于超声法的XLPE电力电缆绝缘缺陷检测诊断技术研究[D]. 刘蓉.西北工业大学 2015
[2]基于时域反射原理的电缆测长若干关键技术研究[D]. 宋建辉.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]光频域反射的频谱分析技术研究[D]. 马成.上海交通大学 2016
[2]基于矢量网络分析仪的时域分析技术研究[D]. 邓凌宇.西安电子科技大学 2015
[3]XLPE高压电缆绝缘老化状态评估研究[D]. 薛程.天津大学 2014
[4]电力电缆绝缘缺陷检测方法的研究[D]. 王备贝.华北电力大学 2013
[5]10kV地下电缆早期故障检测与识别方法探讨[D]. 戴铭.西南交通大学 2012
[6]遗传算法在函数优化中的应用研究[D]. 金芬.苏州大学 2008
本文编号：3501726
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
介电机理的频率响应
2XLPE电缆绝缘的介电特性图2-4电介质的介电特性测试示意图Fig.2-4Schematicdiagramofdielectricpropertytest实际运行中的电缆主要受热和电场的共同作用发生老化，实验室中通过加速老化试验探究XPLE材料性能的劣化规律，文献[21]对110kV未服役商用XLPE电缆绝缘切片在实验室130℃环境下加速热老化，在80℃测试温度下测得不同老化时间的XLPE介电谱如图2-4。(a)ε′-f曲线(b)ε″-f曲线图2-5XLPE试样在80℃下的介电性能变化曲线Fig.2-5ChangecurveofdielectricpropertiesofXLPEsampleat80℃图2-4中，不同老化时间的XLPE复介电常数实部ε′随着随频率的变化不大，随着老化时间的增加，ε′在整个频率范围内逐渐增大。由于XLPE的分子链在热老化过程中断裂，并产生了羰基等极性基团，在外施电场的作用下，这些极性基团会发生响应使得ε′增大。由图2-5(b)可见，XLPE的ε′′随着老化时间的增加而增大，使得介质的电导效应增大，介质损耗增加，ε′′随频率的变化与材料老化状态相关，在高频段下趋于稳定。通常未老化的XLPE的复介电常数约为2.3+j0.001，大量试验结果表明，在多种老化因素下，XLPE的复介电常数的实部和虚部都会随着老化状态的加剧而增大。在1MHz~1GHz的频段，XLPE材料主要以偶极子极化为主，因而其介电特性随频率变化较为稳定。2.4本章小结本章主要介绍了电力电缆的基本结构形式和各部分组成的作用，介绍了几种电缆常见13
2XLPE电缆绝缘的介电特性图2-4电介质的介电特性测试示意图Fig.2-4Schematicdiagramofdielectricpropertytest实际运行中的电缆主要受热和电场的共同作用发生老化，实验室中通过加速老化试验探究XPLE材料性能的劣化规律，文献[21]对110kV未服役商用XLPE电缆绝缘切片在实验室130℃环境下加速热老化，在80℃测试温度下测得不同老化时间的XLPE介电谱如图2-4。(a)ε′-f曲线(b)ε″-f曲线图2-5XLPE试样在80℃下的介电性能变化曲线Fig.2-5ChangecurveofdielectricpropertiesofXLPEsampleat80℃图2-4中，不同老化时间的XLPE复介电常数实部ε′随着随频率的变化不大，随着老化时间的增加，ε′在整个频率范围内逐渐增大。由于XLPE的分子链在热老化过程中断裂，并产生了羰基等极性基团，在外施电场的作用下，这些极性基团会发生响应使得ε′增大。由图2-5(b)可见，XLPE的ε′′随着老化时间的增加而增大，使得介质的电导效应增大，介质损耗增加，ε′′随频率的变化与材料老化状态相关，在高频段下趋于稳定。通常未老化的XLPE的复介电常数约为2.3+j0.001，大量试验结果表明，在多种老化因素下，XLPE的复介电常数的实部和虚部都会随着老化状态的加剧而增大。在1MHz~1GHz的频段，XLPE材料主要以偶极子极化为主，因而其介电特性随频率变化较为稳定。2.4本章小结本章主要介绍了电力电缆的基本结构形式和各部分组成的作用，介绍了几种电缆常见13
【参考文献】：
期刊论文
[1]介电谱用于评估XLPE电缆绝缘劣化状态的研究[J]. 周利军,王媚,周韫捷,蒋晓娟,杨天宇,张媛媛. 绝缘材料. 2019(01)
[2]基于超低频介损检测的电缆绝缘性能评估与影响因素分析[J]. 任志刚,李伟,周峰,刘守全,车瑶,李明春,姒天军,王羽. 绝缘材料. 2018(04)
[3]不同温度热老化条件下交联聚乙烯电缆绝缘热性能和力学性能的劣化趋势研究[J]. 李欢,李建英,马永翔,闫群民,欧阳本红. 绝缘材料. 2018(01)
[4]基于介电性能的电缆热老化及辐照老化检测技术研究[J]. 张益舟,龚智明,王雷,汪亮,云浩,郑峥. 绝缘材料. 2017(09)
[5]矢量网络分析仪的时频域阻抗测量技术[J]. 刘丹,李树彪,庄志远. 国外电子测量技术. 2017(08)
[6]中高压XLPE电缆故障种类及机理辨析[J]. 马钦国,李复明,薛晓军,乔文玮,李高峰,郑晓泉. 电线电缆. 2017(01)
[7]新型基于反射系数谱的电力电缆局部缺陷定位方法[J]. 谢敏,周凯,赵世林,何珉,张福忠. 电网技术. 2017(09)
[8]交联聚乙烯电缆的老化及其诊断方法研究进展[J]. 李伟,吴麟琳,张幸,赵艾萱,王彦博,陶诗洋,邓军波,张冠军. 绝缘材料. 2016(11)
[9]基于多尺度小波判据和时频特征关联的电缆早期故障检测和识别方法[J]. 姚海燕,张静,留毅,潘姝,徐贝,李题印,周念成. 电力系统保护与控制. 2015(09)
[10]运行高压交联聚乙烯电力电缆的介电性能[J]. 朱晓辉,孟峥峥,王浩鸣,薛程,杜伯学. 高电压技术. 2015(04)
博士论文
[1]基于超声法的XLPE电力电缆绝缘缺陷检测诊断技术研究[D]. 刘蓉.西北工业大学 2015
[2]基于时域反射原理的电缆测长若干关键技术研究[D]. 宋建辉.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]光频域反射的频谱分析技术研究[D]. 马成.上海交通大学 2016
[2]基于矢量网络分析仪的时域分析技术研究[D]. 邓凌宇.西安电子科技大学 2015
[3]XLPE高压电缆绝缘老化状态评估研究[D]. 薛程.天津大学 2014
[4]电力电缆绝缘缺陷检测方法的研究[D]. 王备贝.华北电力大学 2013
[5]10kV地下电缆早期故障检测与识别方法探讨[D]. 戴铭.西南交通大学 2012
[6]遗传算法在函数优化中的应用研究[D]. 金芬.苏州大学 2008
本文编号：3501726
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