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关键词： 电力电缆   材料价格  

摘要： ~~

关键词： 电力电缆   电-热场   局部放电   特征提取   故障诊断  

摘要： 近年来,随着我国科技的迅猛发展和经济的快速增长,城网和农网进行了大规模的改造和新增建设,电力电缆已在电力系统的电能输送和分配中占据主导地位,其中交联聚乙烯（XLPE）电缆,因具有良好的电气性能,载流量大等特点而得以广泛应用。根据电缆故障调研与分析表明,电缆终端结构复杂,包含多层附件材料,是电力电缆的薄弱环节,在制作或安装以及长期运行下易产生绝缘缺陷,导致局部场强畸变,产生局部放电以及局部异常温升,并进一步造成电缆故障,降低电力电缆的运行稳定性。因此开展电缆终端的电-热场特性、局部放电特征分析以及故障诊断方法研究,对电力系统的稳定运行具有重要的工程意义。本文在对课题的背景及现状总结的基础上,深入了解完好和故障的电缆终端内部结构,详细地调研与分析电缆终端故障薄弱点及成因;针对典型缺陷下的电缆终端,分别从电-热场特性、局部放电特征和故障诊断方法三方面深入开展研究。首先,基于电缆终端解剖结果,建立完好和典型缺陷下的XLPE电缆终端三维仿真模型;学习电-热场耦合理论,基于标准IEC60287和红外热成像测试验证仿真模型的正确性,通过COMSOL有限元仿真软件开展电-热场特性分析,仿真结果表明:缺陷处的场强畸变和异常温升是引发电缆终端故障的主要因素;另外,基于热场特性提出了故障程度的诊断方法。其次,本文搭建了局部放电检测平台,制作了含典型缺陷的XLPE电缆终端试样,探索了典型缺陷下XLPE电缆终端的局部放电特性,研究结果表明:在不同放电时间下,PRPD和PSA谱图的相似性和差异性能够为纹理特征提取与故障诊断提供良好的参考依据。另外,PRPD谱图的正负半周偏斜最小差异度|ΔSk|min反映缺陷类型具有良好的灵敏性。最后,本文结合PRPD谱图和PSA谱图特征,建立了PRPD-PSA图库,设计了多种特征提取方案,通过RBF神经网络算法实现故障诊断。研究结果表明:融合GGCM-GMRF提取PRPD谱图和PSA谱图纹理特征,并基于RBF神经网络算法识别方案的效果最佳。除此之外,本文对用于识别的特征量进行了筛选与优化,获得了效果更佳的诊断方法。

关键词： 电缆故障定点   声音信号识别   声音信号增强   矢量量化   MMSE谱估计  

摘要： 地下电力电缆因其占地面积小、运行可靠、有利于美化城市环境等优点,在城市电网中的应用越来越广泛。然而,随着我国社会经济的增长和城市规模的扩大,导致电缆负荷增加、工作周期增长,且加之外力损伤、绝缘老化等因素,使电缆容易出现故障。由于电缆敷设于地下导致故障查找困难,而长时间的电力中断会给社会生产和人们生活带来极大影响,因此及时准确地定位出电缆故障点具有重要的现实意义。本文基于电缆故障定位技术和声音信号处理技术的发展现状,针对电缆故障定点中闪络放电声音信号在复杂背景噪声下的检测和降噪问题,研究检测和增强放电声音信号的方法,以提取有效的放电声音信号,从而精确定位电缆故障,主要工作包括:首先,分析了基于声磁同步原理的电缆故障定点方法中需要解决的关键问题,给出了电缆故障点闪络放电声音信号的预处理方法,主要包括声音信号截取、预加重、分帧加窗、噪声估计和端点检测等处理。该方法首先以电缆故障点闪络放电信息中的磁场信号的起始时刻为起点,保留该时刻之后的200ms时间段的声音信号;其次对该时段的声音信号进行预加重和加窗分帧得到声音信号处理的帧单元;然后基于统计特性的噪声估计算法得到每帧声音信号的估计噪声谱;最后计算每帧声音信号的频带方差值,并将估计噪声谱计算的频带方差值作为阈值,得到有声段的起止端点。在MATLAB中对噪声估计算法和端点检测算法进行的仿真验证了这两种算法的有效性,前者能够获得准确的背景噪声谱,后者能准确判断有声段的起止点。然后,针对电缆故障点闪络放电声音信号的检测问题,本文提出了一种以频谱质心和梅尔频率倒谱系数(MFCC)为特征的矢量量化的放电声音信号识别方案。该方案在短时傅里叶变换特征分析方法的基础上,选取频谱质心和MFCC构成25维的特征矢量,采用分裂法的LBG算法训练矢量量化器的最佳码书模板。在MATLAB中进行的仿真验证了该方案的有效性,所训练的码书模板在不同背景噪声和低信噪比下能够有效辨识放电声音。针对电缆故障点闪络放电声音信号的降噪问题,本文结合最小均方误差对数谱估计算法(MMSE-LSA)和人耳听觉掩蔽效应提出了一种单通道放电声音增强算法,该算法在MMSE准则下得到最优对数谱估计,再利用噪声谱分量被目标声音掩蔽的概率进一步调节谱估计,去除残留噪声,采用全局信噪比和加权频带分段信噪比将该算法与谱减法、MMSE-LSA算法进行比较,仿真结果表明,本文提出的声音增强算法能够有效消除背景噪声,获得清晰的放电声音。最后,在基于定点型DSP处理器的电缆故障定点仪上,将本文提出的电缆故障点闪络放电声音信号检测与降噪算法进行实例化,并在不同的电缆故障现场进行故障定点实验,结果表明,所提出的算法能够有效地检测到放电声音和去除背景噪声,获得稳定的声磁时间差值,测听到清晰的放电声音,从而快速、准确地定位电缆故障点。

关键词： 膨胀型防火涂料   高压电力电缆   加热引燃   着火时间   涂层厚度  

摘要： 膨胀型防火涂料在电缆防火工程中有较广泛的应用,在使用过程中确保电缆涂料的效果与经济性具有重要意义.对喷涂不同厚度膨胀型高氯化聚乙烯防火涂料的高压电力电缆开展了在典型强度外加辐射热流条件的着火引燃实验,分析了电力电缆点燃时间、受热期间涂层对电缆外护套的保护与涂层受热后的形态变化.结果表明,电缆的着火行为与涂层厚度紧密相关.相比于未喷涂防火涂料的电缆,覆有膨胀型高氯化聚乙烯防火涂料的电缆在加热过程中明显膨胀,生成较软的泡沫状碳质层,且引燃时间较长,电缆起火后火势较弱.随着涂层厚度的增加,该涂料对电缆的阻燃和保护效果更为显著,研究结果表明,电缆表面喷涂1.0 mm厚度的防火涂料较为适宜.

关键词： CC1310   电力电缆   无线测温   感应取电   PCB天线  

摘要： 近年来,伴随着经济的飞速发展,国内用电需求日益增大,电力系统规模也在不断扩张,大量的电力电缆投入使用。电力电缆作为电能传递的关键装置,随着使用年限的增加,其绝缘层容易老化,加上供电压力过大,容易导致电缆过载运行,致使电缆内铜芯温度急剧升高,导致绝缘层温度升高,最终导致绝缘层着火,引发电气火灾,危及生命财产安全。因此,有必要采取有效的措施,对电力电缆工作时绝缘层的温度进行实时监测,实现异常温度状态提前预警,预防电气火灾的发生。本文通过分析当前电力电缆测温技术的研究现状,提出了基于CC1310的感应供电式电缆无线测温系统。系统采用温敏电阻感知电力电缆的温度,通过感应电缆电流取电的方式,实现了测温节点自供电,并使用无线组网通信的方式,传输温度数据;设计了基于CC1310的现场数据收集和转发的网关,以及现场监控主机和远程服务器,实现电力电缆温度数据本地和云端同步保存与显示,并提供Web页面进行数据查看与显示;设计了适用于433MHz频率通信的PCB天线,实现了节点天线便捷免安装。最后,进行了系统功能测试,测试结果基本符合预期要求。测温节点能有效测量电缆温度,并实现了最小5A电流启动能力;设计的PCB天线能满足无线通信的需要,在要求的通信距离内有着不错的通信稳定性;现场服务器及远程服务器均工作正常,温度数据存储与显示效果正常。论文设计的感应供电式电缆无线测温系统可以实现电力电缆温度实时有效监控,能满足市场需求,可以产生很好的经济效益。

关键词： 电力电缆   局部缺陷   频域反射法   测量系统  

摘要： 电缆因其安全可靠、隐蔽、耐用以及受环境干扰小等优点被广泛应用于电力传输和信号通信。随着使用数量以及使用年限的增多,电缆出现故障的次数也逐渐增多。电缆一旦发生永久性故障,将严重影响电力系统的可靠运行,造成巨大损失。在发生永久性故障之前,尽早对电缆产生的局部缺陷进行诊断和预警具有重要意义。基于首端反射系数谱的频域反射法是一种新兴的电缆局部缺陷定位方法,考虑到频域反射检测方法已有研究的不足,本文设计了一款便携式的电缆故障定位测量系统,并通过实验验证了其定位的有效性。主要的工作内容如下:(1)从传输线理论出发,建立频变效应下的电缆分布参数模型,分析了局部缺陷对电缆首端反射系数谱的影响,推导了基于频域反射法的电缆局部缺陷定位数学表达式,从理论上论证了算法的有效性。(2)搭建基于频域反射法的电缆局部缺陷定位数值仿真模型,分析了不同电缆长度、不同电缆类型和不同缺陷程度下的定位效果,从仿真方面验证了频域反射算法的有效性,并对影响电缆局部缺陷定位的因素进行了分析。(3)以直接数字频率合成器为核心设计了电缆故障测量系统,完成了各个模块的硬件选型和电路设计。其中包括信号发生电路、分离电路、检测电路、处理电路、存储电路以及显示电路等模块,并基于LABVIEW开发了电缆局部缺陷定位分析上位机软件。(4)搭建电缆实验平台,人为制造局部破损、局部挤压两种不同类型的缺陷,分别通过本研究设计的测量系统与矢量网络分析仪进行同轴电缆和电力电缆的局部缺陷定位,将最终的测量误差进行对比,验证该测量系统的有效性。实验结果表明:本研究设计测量系统的定位误差与网络分析仪十分接近,能够实现对电缆早期出现的局部缺陷故障进行诊断和预警,具有良好的局部缺陷定位能力,与成熟的矢量网络分析仪相比,该测量系统具有更好的便携性和可靠性,具有一定的实际工程应用价值。

关键词： 电热耦合   过电压   绝缘老化   交流电缆  

摘要： 本文以35 k V三芯交流电力电缆作为研究对象,在有限元软件中搭建电缆二维仿真模型。通过分析电缆电场和温度场物理过程,考虑材料动态参数,构建了交流电缆电-热物理场耦合模型,仿真分析了电缆温度场随导体电流和埋设深度变化的规律;并根据绝缘材料的介电参数和温度分布的对应关系,计算了电缆绝缘层的电场分布,分析了环境参数和载流量对电场分布的影响以及电压对温度场的影响规律,验证了电热耦合模型的准确性。在电缆过电压特性和故障方面,采用系统仿真软件,搭建仿真模型,研究了电缆空载电容效应和不对称短路引起的工频电压升高、空载线路合闸和分闸引起的操作过电压特性。故此,分析了典型过电压波形特性,发现线路发生单相短路时非故障相电压升高1.52倍,短路电流明显增加,操作过电压则有可能升高2.2倍。这些过电压特性影响电缆的安全运行,可能造成电缆故障和绝缘老化。根据电缆绝缘内部杂质的影响,结合电-热耦合模型,分析了绝缘老化参数、杂质类型对电缆电场和温度场的影响;发现随着热老化的进展,电缆温度分布整体上升,杂质造成的电场畸变明显,杂质的大小、位置和介电参数均会影响电场的分布。

关键词： 电力电缆   局部放电   高频电流传感器   DBSCAN  

摘要： 电力电缆属于我国电力行业中的重要组成部分,对于电能的传输以及供应产生了决定性的影响。但电缆在长期运行过程中受到电和热的作用会发生绝缘劣化,而局部放电是绝缘劣化的表征和主要原因,所以需要通过局部放电检测方法来确定是否存在异常问题,有助于及时发现电力电缆存在的安全隐患,避免电力系统导致更严重的后果。当前在电缆局部放电检测中已经形成了较多的方法,常规的检测技术手段、试验方法仅适用于电力电缆内部明显、典型的缺陷,难以发现早期绝缘缺陷和潜在的危险,因此研究电力电缆带电监测系统具有实际意义。在本次研究中主要以交联聚乙烯(XLPE)为例进行了分析,并对局部放电在线监测系统进行了设计,整个系统划分为硬件以及软件部分,进一步阐述了各个部分的具体设计过程。论文首先针对XLPE电缆进行了深入的理论分析,明确电缆运行时的基本结构参数和绝缘劣化机理,因停电检测手段无法满足实时监测电缆绝缘情况的要求,论文基于在线监测的手段开展了高频电流传感器以及信号采集部分的设计工作。针对采集到的局放信号,论文进行PRPD图谱和TF图谱的采集并进行信号分离,采用基于DBSCAN密度聚类算法的图像识别,对电缆故障进行精确分析。最后通过制作的样机进行了测试分析,验证系统是否可以达到良好的检测效果。在测试时采用了实验室测试和现场测试两种方法。根据最终的测试结果可知,本次研究中的高频电流传感器达到了设计的标准,可以有效地监测到局放信号,所以可以应用到实际的电力电缆局部放电检测中,显示出广阔的应用前景。

关键词： 电力电缆   温度检测   LoRa   无线通信   PCB天线  

摘要： 近年来,我国电力行业迅速发展,用电需求增大的同时也带来了电气安全事故率的提高。其中电力电缆是传递电能的关键装置,在持续工作状态下,出现过负荷,线路老化,或者短路现象都可能产生绝缘击穿,导致线路表面温度发生改变。故可以通过电缆表面温度判断电力设备的工作状态,因此本文研究设计了一套基于LoRa的电力设备无线测温系统,在线实时监测电缆表面温度状况。本文从工程实际应用出发,根据设计要求确定了系统总体设计方案。节点硬件部分以低功耗的STM32L0系列单片机为核心,选用热敏电阻实现测温功能,选用LoRa通信芯片设计了无线收发电路,达到了长距离且超低功耗通信。考虑到测温节点小型化的设计要求,设计了一种433MHz的PCB天线。天线采用锯齿形结构设计,通过改变锯齿高低、间距,经过多次仿真测试,最终回波损耗小于-16dB,具有一定的增益。网关硬件部分以PIC单片机为核心,完成了通信、存储等电路设计。系统软件层面包括:数据采集、无线通信、通信协议设计等,完成监控主机和安卓App的界面设计。主要实现以下功能:节点的数据采集;节点、网关和监控主机之间的正常通信。监控主机能够实时显示当前所有节点的运行状态,绑定位置,报警情况等。可以查看历史报警记录,可以根据实际接入节点数设置上报周期、温差和心跳周期等。根据实际使用环境,可以修改当前通信方案。因为系统用于工业环境当中,以功能实现为基础,需保证在实际使用当中系统足够可靠。因此对系统性能方面进行了大量测试,最终实现系统待机功耗仅2.0uA,通信距离达到800m。相对于市面上同类产品而言,在系统功耗、发射功率、通信距离以及楼层穿透能力等方面都有较大提高。

关键词： 电力电缆   局部放电   窄带干扰   噪声抑制  

摘要： 电力电缆局部放电检测可以用于评估电力电缆的绝缘性能,准确提取识别局部放电信号是正确评估电力电缆绝缘性能的前提。由于实际测试现场中存在各种电磁干扰并且局放信号的能量比较微弱,所以局放信号通常会被电磁干扰所掩盖,影响局放信号的识别提取,其中周期性窄带干扰的影响最大。本文在研究现有的局放信号中窄带干扰抑制技术基础上,提出了基于广义S变换和谱线插值的局部放电窄带干扰抑制方法,并且在仿真和实测的含噪局放脉冲上开展了测试。主要研究内容如下:(1)阐述了电力电缆中局部放电理论,介绍了局部放电的产生和发展机理、检测方法、类别和数学模型,并分析了局部放电中各电磁干扰的特征,其中窄带干扰信号拥有能量强、数目多和持续时间长的特点,会严重影响局放信号。(2)对现有的局放信号中窄带干扰抑制方法进行分析,基于傅里叶变换的窄带干扰抑制方法由于受到频谱泄漏和栅栏效应的影响,所以窄带干扰抑制结果中残余噪声较大,尤其是在边缘部分;基于奇异值分解的窄带干扰抑制方法中,窄带干扰和局放脉冲的信号能量可能会相互影响对方的奇异值,造成窄带干扰抑制结果中会残留部分窄带干扰;逆向分离方法可以有效还原局放脉冲的波形特征,但是波形的极性和幅值具有不确定性。现有的局部放电窄带干扰抑制技术单从时域或频域角度抑制窄带干扰,导致窄带干扰抑制效果较差。(3)针对现有局放信号中窄带干扰抑制方法的局限性,提出基于广义S变换和谱线插值的局部放电窄带干扰抑制方法,该方法利用广义S变换确定无局放脉冲的时间区域,再利用谱线插值和傅里叶级数法估计确定窄带干扰参数,最后重构窄带干扰实现窄带干扰抑制。仿真和实测对比结果说明:相比于现有方法,该方法的窄带干扰抑制结果中残余噪声更小,窄带干扰抑制效果更佳,具有较好的应用前景。