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关键词： 电缆终端   局部放电   耦合电磁波法   电力电缆  

摘要： 针对上海电网某110kV电缆终端,利用新型的天线耦合电磁波法进行局部放电检测,对该电缆终端进行停电检修,验证了局放检测分析结果。

关键词： 电力电缆   局部放电   OSWT   能量窗   脉冲提取  

摘要： 为了研究电力电缆局部放电信号的特征,提出一种基于OSWT的阈值能量窗的PD提取法。首先,利用OSWT算法确定局放信号的幅值阈值,从而确定多个局放脉冲的中心点;然后利用OSWT算法自动选取能量阈值;最后利用确定的能量窗以PD脉冲中心左右滑动搜索脉冲边沿,实现PD脉冲的提取。仿真及实测结果表明,该方法能够有效的提取出局放信号中的PD脉冲,实现干扰脉冲的滤除。该方法利用OSWT算法自适应选取幅值阈值和能量阈值,有效避免了人为选取的影响。

关键词： 电力电缆   电缆隧道   有限元   ANSYS   空气流场  

摘要： 电缆隧道因具有空间大,能容纳大量电缆的优势而被广泛应用于城市基础设施建设中,但过度密集的敷设会导致隧道内温度过高,因此实现对电缆本体及隧道内温度场分布情况的监测有利于对载流量进行动态调控。在安全生产的重要性愈发突显的大背景下,为保证电力电缆的安全、平稳运行,电缆隧道的强制通风设置成为一种刚需,故将强制通风条件下空气流场的影响纳入主要考量,借助ANSYS软件构建一种三维电力电缆隧道模型。在该模型的基础上,综合考虑了风速、进风温度两大重要因素的影响,借助MATLAB进行数据处理,研究了其对电缆隧道关键部分温度场分布情况的作用机制。

关键词： 局部放电   模式识别   自适应变分模态分解   去噪   生成对抗网络   卷积神经网络  

摘要： 交联聚乙烯(XLPE)高压电缆因其具备良好的绝缘、机械和抗化学腐蚀性能在城市配电网获得了广泛的应用。但外力破坏、工艺缺陷、环境腐蚀等因素容易造成绝缘缺陷,进而导致绝缘故障,影响供电安全。及时、准确的局部放电(PD)模式识别是电力电缆状态监测的有效手段之一,但在实际应用中,存在着现场噪声复杂,局放脉冲波形相似度高,特征提取困难等问题。本文针对上述实际问题开展深入研究。首先分析了电缆局部放电故障机理,针对四种典型的电缆故障类型,分别制作电缆的缺陷模型,搭建了局部放电实验平台,对缺陷逐渐加压生成每个实验电压下的PD波形与相位分辩的局部放电(PRPD)三维图谱,并详细分析其波形特性。后续可将各类故障的时域局放脉冲或PRPD图谱作为特征量提取的出发点,为后期的模式识别打下基础。电缆局放信号微弱,容易受到现场白噪声、窄带噪声等复杂噪声的干扰,严重影响后续的特征提取和缺陷识别。提出一种基于改进自适应变分模态分解(VMD)并结合小波包分析的电缆局放信号去噪方法。首先利用自适应VMD对信号中心频率带宽的最优化特性自适应地将周期性窄带干扰、高斯白噪声和局放信号分解到不同的基本模态分量中;接下来,通过信号重构滤除窄带噪声,得到含有白噪声的PD信号;最后,利用自适应小波包方法进一步去除高斯白噪声。定性及定量仿真结果表明,方法在信噪比提升、波形相似度等多个指标上明显优于现有方法。针对电缆局放数据集正、负样本比例悬殊,局放信号人工提取特征困难且易受主观不确定性影响的问题,提出一种基于生成对抗网络(GAN)结合卷积神经网络(CNN)的电缆局部放电模式识别方法。通过信号-图像转换方法将原始的一维时域信号转化为二维图像,再利用GAN进行数据增强,最后再通过CNN对电缆缺陷类型进行模式识别。结果表明GAN-CNN模式识别方法解决了传统浅层模式识别方法需要人为提取特征的缺陷,同时也大大提高了识别精度,而且在样本容量不足的情况下通过GAN进行数据增强,解决样本不足的缺陷。

关键词： 电力电缆   局部穿管   轴向传热   载流量   有限元   热路模型  

摘要： 电力电缆是城市输配电网络的重要组成部分,准确评估电缆线路的载流能力对于提高现有输配电网络设备的利用率,优化未来线路规划投资具有重要意义。局部穿管电缆在城市电缆线路敷设中的应用非常普遍,也是目前电缆线路常见的载流能力瓶颈位置,然而目前电缆载流量评估标准IEC 60287中并未提及局部穿管这种特殊敷设工况,同时现有研究中也并未提出局部穿管电缆实时载流能力的评估方法,并且目前对于不同低热阻填充材料对局部穿管电缆载流能力的提升效果并不明确。基于这个背景,本文展开了局部穿管电缆载流量评估和提升方法的研究。本文首先调研了局部穿管电缆载流量的评估方法,分别采用这些方法进行实例计算并分析了现有方法的不足。然后,结合COMSOL Multiphysics软件建立局部穿管电缆三维热流耦合仿真模型,并将计算结果与IEC 60287对比,验证了模型的准确性;在经验证的模型基础之上,计算不同截面、不同穿管段长度情况下局部穿管电缆的轴向导体温度分布差异,讨论轴向传热对局部穿管电缆导体温度和载流量的影响,并分析局部穿管电缆表面温度分布的特点,为改进方法的提出奠定了基础。其次,建立考虑轴向传热的局部穿管电缆改进准三维热路模型,并提出了准三维热路模型的简化方法和迭代求解方法,将计算结果与有限元仿真与IEC标准对比,验证了改进模型的有效性与安全性。最后,基于调研收集的国内外管道敷设电缆常用低热阻填充材料,计算并对比了不同填充材料对局部穿管电缆稳态载流能力和短时载流能力的提升效果。本文基于有限元仿真和热路理论,建立局部穿管电缆三维热流耦合模型和改进准三维热路模型,同时对比了不同低热阻填充材料对局部穿管电缆载流能力的提升效果,可以用于局部穿管电缆实时载流能力评估以及载流量影响因素分析,并为局部穿管电缆输送能力的提升提供理论依据。本文研究内容可以为电力部门挖掘此类线路的潜在输送能力提供辅助参考。

关键词： 电力电缆   护套线   聚氯乙烯绝缘软线  

摘要： ~~

关键词： 电力电缆   绝缘诊断   介电响应   极化去极化电流   去极化电流解谱  

摘要： 交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)电力电缆凭借着自身具有十分出色的综合性能在电力系统的输配电领域得到了广泛运用。目前,大部分电缆的敷设和运行环境十分复杂,通常会受到安装工艺、电场、湿气和热量等各方面因素的作用影响,伴随着服役时间的增加,电缆绝缘强度可能会存在下降的风险。同时服役电缆的绝缘状态直接决定了电力系统能否稳定运行,因此及时诊断电缆的绝缘状态具有重大意义。借助有效的绝缘检测技术可以及时评价电缆绝缘性能的优劣,对于电缆的大修和更换等操作具有重要指导意义,同时也能避免因电缆绝缘故障导致电网大面积停电带来的重大经济损失。为了准确及时获取电力电缆的绝缘诊断信息,本文开展了相关研究。 本文阐述了多种现有的电缆绝缘检测手段,其中主要包括了在线绝缘诊断和离线绝缘诊断两大类。在线诊断方法虽然可以避免电缆停运带来的经济损失,但是现有的在线诊断技术尚未成熟,电缆绝缘诊断结果的可靠性较低,所以目前主要使用的方法仍是电缆的离线绝缘检测方法,属于离线绝缘检测方法的极化-去极化电流(polarization and depolarization current,PDC)法是一种不会对被试设备造成损坏的测试手段,它也是应用了电介质介电响应理论。该方法通过测量绝缘介质内部各种类型的松弛极化来判断绝缘介质的老化程度,具有接线电路简单、测试电压低和设备体积小等优点,因此得到了广泛的运用。PDC的测试系统通过外施一个直流电压作用于电缆,对其充电,一段时间后将这一过程的极化电流记下来,再将通过短接电缆的高电压端、低电压端,来实现放电,对电缆放电时的去极化电流进行记录,以此得到电缆的极化去极化电流。 为了说明PDC的测量原理,本文从介电响应的基本概念、电介质的极化、损耗三个方面阐述了介电响应理论,在这个基础之上,说明了电介质的时域响应和频域响应都蕴含了电介质的弛豫特性和电导特性的相关信息,因此可以通过分析电缆的介电响应结果诊断电缆绝缘,即极化去极化电流拥有电缆的弛豫信息和电导信息,证明了PDC方法诊断电缆绝缘的准确性。 为了分析去极化电流中弛豫信息,本文提出了一种基于振型幅值法结合随机子空间识别的去极化电流解谱方法,该方法可以更加准确地获取电缆绝缘的弛豫信息。该方法首先假定去极化电流中子谱线总数,计算各子谱线的振型幅值,相比于虚假子谱线,真实子谱线的振型幅值比较大,因此振型幅值图可以准确反映去极化电流中真实子谱线的数目;然后根据真实子谱线数目结合随机子空间识别算法计算各子谱线参数,随机子空间识别算法可以在无需人为干预的情况下准确实现子谱线的参数识别,进而完成整个去极化电流解谱操作。最后利用该方法对仿真和实测的去极化电流数据进行解谱测试,测试结果表明,相比于传统的奇异值法和微分法,本文方法能更加准确地对去极化电流进行解谱,进而为有效评估电力电缆绝缘提供重要依据。

关键词： 电力电缆   局放信号分析   局放检测   卷积神经网络   带电检测装置  

摘要： 电缆隧道电力设备在线监测系统,常常需要采集多种电力设备信号,由于各监测子系统相互独立,多种数据无法统一处理,需要部署多个处理单元,不仅增加了成本,而且会导致电缆监测系统的复杂性增加,同时给监测系统的稳定运行带来一定的影响。本文为解决上述问题,设计了一套基于局放信号分析和智能检测的电力管廊综合带电检测设备和辅助系统,实现电缆在线局放检测。本文通过分析电力电缆的局放规律、局放信号分析以及局放检测,实现电缆局放的准确定位,并基于FPGA进行电缆带电检测装置开发。论文的工作主要包括:1、研究电缆局放的放电规律,重点研究乙丙橡胶电缆的特点及影响局放信号的各类参数;然后进行局放PRPD谱图分析,建立电缆局放模型,分析其在电力电缆中的衰减特性,为下文电缆局放的在线检测提供理论基础。2、考虑到电缆局放信号采集存在的误差和噪声问题,必须对其进行处理,首先对PCB信号进行完整性优化,分别从信号反射、信号延时和信号串扰三个方面实现PCB采集信号的处理,然后对采集到的信号进行小波去噪,保证采集到的局放信号的可用性和准确性。3、基于深度卷积神经网络算法实现电缆的局放检测定位,针对不同影响因素对卷积神经网络局放辨识的影响,分析不同参数下卷积神经网络进行局放检测的能力,重点分析前后向传播的参数更新,并分析不同卷积层数、激活函数、优化算法实现局放检测的不同,表明本文算法的有效性和高效性。4、基于SoC FPGA进行电缆带电检测装置开发,在ZYNQ系列平台进行该装置的整体功能设计,并对其中高频脉冲电流传感器(HFCT)、工频相位互感器、接地电流互感器、高速采集卡及主板等模板的参数进行设计,利用高速AD芯片实现电缆信号的高速采集,然后采用前文算法进行采集信号的辨识处理,实现电缆的局放带电检测。

关键词： 高压电力电缆   火灾危险性   预警判据   空气层   温度场   电缆隧道  

摘要： 高压电力电缆是承担能量传递和信息传输的重要载体,在电力、民用、军工等各行各业发挥着不可或缺的作用,电缆的稳定运行关乎社会的高速发展和民众的安居乐业。当电缆局部过热或处于外部热源环境,可能发生电缆故障甚至是火灾事故。电缆事故的发生,不仅威胁人民生命财产安全,同时可能造成社会的不稳定。因此,本文针对高压电力电缆进行了实验研究与模拟分析,分析高压电力电缆的材料热响应特性、过热预警与火灾危险性。针对微尺度材料样品热分析动力学数据是否适用于电缆表面材料实际尺度火蔓延模拟计算的现实问题,本文利用热重分析仪与特制的大坩埚,增大样品质量,进行了质量分别为5、20、50、100和200mg的聚乙烯样品在不同升温速率、不同气氛环境下的热解特性研究。结果表明,在空气气氛中,样品质量对聚乙烯氧化热解过程中起着重要作用,而在氮气气氛中,聚乙烯的热分解对样品质量的依赖性很小,可见,样品质量对聚乙烯在空气中氧化热解的强烈影响不是由于坩埚中大质量样品加热不均匀,而是由于反应机理的不同。此外,空气气氛中,样品质量越大,DTG峰值越大,即实际工程中聚乙烯材料氧化热解的最大反应速率可能远大于小样品质量热重实验中的结果。对于质量越大的样品,在空气气氛下所测出的活化能越高,因此,在实际火蔓延分析中,若使用小样品质量获得的活化能数据,电缆表层聚乙烯材料的火蔓延程度往往偏大。不同样品质量的热重实验测量和对比分析,针对实际尺度火蔓延模拟所需的动力学参数,给出了合理性和可靠性分析,推动了材料微尺度热分析结果在其实际火蔓延行为模型中的适用性研究。针对电缆中常见的接头过热以及过载、短路等原因引起的内层局部过热问题,搭建了以YJLW03-Z-64/110-1*1000高压电力电缆为主体的端部线芯模拟加热与电缆内外温度场测量实验平台,测量了内部线芯过热条件下的近场区域不同深度、不同距离位置的温度随时间演化特性,分析了金属线芯在非正常突然升温后电缆各结构的温度变化,为下一步电缆表面温度监测预警的模拟研究提供支持。针对高压电力电缆内部空气层,建立了电缆内外耦合瞬态热传递模型,研究了不同线芯过热温度、不同内部空气层厚度等条件下的电缆内外温度场演化特性。结果表面,电缆局部发生过热升温后,空气层对于内部热流的向外传递具有显著的阻隔作用,即使是1 mm厚的内部空气薄层,也可使其该区域温降大于10℃。因此,对于基于高压电缆表面温度测量继而反演内部线芯温度的监控技术,在传热模型中,若不考虑空气层的影响,则往往反演计算得到的内部线芯温度明显偏低,且监测线芯温度变化时响应不灵敏。在实际工程应用中,基于此计算模型发展的电缆温度监控预警系统也往往存在漏报和迟报隐患。为解决该问题,本文给出了电缆表面温度升高一定值所需时间与线芯升高的温度值、空气层厚度之间的映射关系模型,为高压电力电缆监控技术的灵敏度与可靠度的提高、推动地下高压电力电缆早期预警技术的发展具有重要作用。

关键词： 谐波   电力电缆   电缆接头   有限元法   温度场  

摘要： 与传统架空输电线路相比,电力电缆能满足复杂的应用环境,实现更远的输电距离,大幅度节省城市土地资源,因而在现代电网中得到广泛应用。现有关于电缆及其接头温度的研究大多按照基波情况考虑,均未定量分析谐波对其影响。分布式能源与非线性负载的大量接入使得电缆线路中的谐波问题日益严重,谐波会使电缆及接头产生附加损耗,进而导致温度升高,加速老化甚至发生烧毁故障,谐波对其影响不容忽视。因此,研究谐波问题对电缆及其接头的影响机理,确定其温度场分布,对合理评估谐波环境下的电缆线路载流能力,及时优化电缆运行状况,提高电网安全稳定运行具有现实意义。本文为深入研究谐波对电缆及其接头的影响,开展了以下研究:1、建立了电缆谐波阻抗模型,并基于谐波阻抗模型分析了电缆引起的谐振现象;2、为解决传统方法IEC-60287标准的一维等值热路模型不能准确计算谐波环境下的电缆及其接头温度的问题,提出了谐波环境下考虑材料电磁参数温度特性的电磁-热耦合迭代计算方法,为定量分析谐波对电缆及其接头的损耗及温度影响提供理论基础;3、为定量分析谐波对电缆本体的影响,建立了10kV三芯电缆与110kV单芯电缆谐波环境下的二维电磁-热耦合仿真模型;在其电磁-热耦合模型的基础上,提出了不同负荷电流下电缆温度的变化关系,探讨了谐波干扰对电缆本体的影响规律,得出了电缆交流电阻、损耗及温度与谐波次数、谐波含量的定量关系;4、电缆接头结构复杂,是线路的薄弱环节。为定量分析谐波对电缆接头的影响,建立了110kV预制式直通接头在谐波环境下的三维电磁-热耦合仿真模型,分析了接头接触电阻对接头温度分布的影响,并对比分析了接头与本体在基波环境与基波叠加谐波环境下的温度分布特性,进一步为确定全线路载流能力提供理论依据。5、为验证谐波环境下电磁-热耦合法计算电缆温度的有效性,搭建了谐波环境下的电缆温升实验系统,以低压电缆为研究对象开展了谐波环境下的电缆温升试验,并与数值仿真结果进行对比,证明了谐波环境下电磁-热耦合仿真建模方法的有效性。本文研究成果可供电力调度及运行维护部门评估谐波环境下电缆运行状况提供参考。