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关键词： 电力电缆   路径定位   工频磁场   有限元  

摘要： 随着电力电缆技术的发展,电力电缆在城市配电网中得到了广泛的应用。直埋电缆由于操作简便,成为了早期城市配电网络主要的敷设方式之一。然而,在早期的城市建设进程中,人们对电力电缆的管理较为落后,使得电力电缆的路径资料不全或者不准确,时常发生挖断和损坏电力电缆的事故,给国家经济和人们生活带来了严重的影响。因此,为保障供电系统的稳定性和安全性,对电力电缆路径定位技术进行研究有着十分重大的现实意义。目前电力电缆路径定位技术主要分为主动式探测和被动式预警两种类型。主动式探测通过发射机向待测目标直接或者间接施加一种特殊的信号,根据电磁感应原理对接收机所接收的信号进行分析处理,从而演算出电缆的位置。不足的是当有多回电缆同时存在时,其定位效果较差。被动式预警则是在已知电缆附近加装监测设备,通过人工智能技术识别是否有破坏电缆的事故发生。但是检测模块覆盖范围有限,当电缆距离过长时,该方法的经济性相对较差。针对目前检测技术的局限性,本文从电力电缆的电磁特性出发,提出了一种基于工频磁场的电力电缆路径定位方法。本文主要研究内容如下:首先,本文对电力电缆进行了简单的概述,包括电力电缆的分类、基本结构和铺设方式。介绍了工频电磁场计算方法,根据安培环路定理和叠加定理推导出多回三相电力电缆的工频磁场计算模型,并通过MATLAB软件实现了对电力电缆工频磁场的编程计算。其次,以配电网中常见的三芯电缆和单芯电缆为研究对象,本文分别仿真分析了不同回路数情况下的三芯电缆和不同敷设方式下的单芯电缆磁感应强度在一个周期内的变化规律,并以此为基础引入了路径定位特征点和定位特征值K的概念。然后仿真分析了不同因素对电力电缆工频磁场分布和定位特征值K的影响,包括电缆线芯位置、电流、埋深、敷设间距以及不同检测路径。最后,本文提出了一种基于工频磁场的电力电缆路径定位方法。该方法通过检测电缆上方磁感应强度变化率最大的点实现预警定位,根据电缆上方工频磁场分布的对称性实现精确定位。利用ANSYS Maxwell有限元仿真软件分别对型号为YJV-8.7/10-3*240mm2的交联聚乙烯三芯电缆和型号为YJV-8.7/15-1*400mm2交联聚乙烯单芯电缆进行电磁仿真验证。仿真结果表明,不同敷设方式下电缆上方磁场均呈对称分布,定位特征点和定位特征值K均能够较好地反映电缆的相对位置。并通过电力电缆路径定位实验,进一步验证了本文所提方法的可行性。

关键词： 单芯交流高压电缆   磁场传感器   优化设计   磁芯   线圈   放大电路  

摘要： 随着社会经济的发展,电力电缆的使用量在不断的增加,同时由于自然因素和人为因素的影响,电缆容易出现故障问题。为了保证电缆的稳定运行,电缆的检测对供电的可靠性至关重要。传统的基于电场的传感器虽然可以实现对电缆老化、缺陷和故障的检测,但是操作过程复杂,检测的效率有待进一步提高。因此,本文基于电力电缆的电磁特性,提出了一种用于电力电缆快速检测的磁场传感器设计与研究。本文通过仿真对电缆周围的磁场进行了计算,选择了将法拉第电磁感应定律作为传感器的基本原理,设计的磁场传感器主要由三部分组成:磁芯、线圈和放大电路,详细研究了每一部分对传感器性能的影响,对每一部分进行了优化分析,并对设计的磁场传感器进行了灵敏度的标定和实际检测。从磁化曲线、磁滞损耗、涡流损耗、剩余损耗等角度对比分析了各种磁芯材料,基于COMSOL建立的磁场传感器模型分析了磁芯长度、磁芯的长径比、线圈长度与磁芯长度之比、磁通收集器对磁场传感器的影响。结果表明:坡莫合金适合用来作为磁场传感器中磁芯的材料,磁芯最优的长径比为20,线圈长度与磁芯长度之比为0.3。当磁芯长度较小或是磁芯的长径比较小时,添加磁通收集器对增加磁芯有效磁导率的效率没有增大磁芯长度的效率高;当磁芯长度到达一定值后,添加磁通收集器的效率更高。基于COMSOL建立的线圈仿真模型,对线圈电阻和电感的影响因素进行了分析,得到了线圈电阻和电感的拟合公式,并对公式进行了实验验证。从线圈的质量和磁场传感器的噪声角度考虑,对线圈的匝数和铜漆包线的直径进行了优化。结果表明:线圈匝数、线圈长度、铜漆包线直径和线圈半径会对线圈的电阻和电感产生影响,线圈匝数最优为11000匝,漆包铜线的直径最优为0.08 mm。设计了一款基于磁通负反馈的放大电路,并在Multisim中进行了性能分析,使用Altium Designer 20对放大电路进行了PCB设计,并焊接电路,测量了放大电路的实际效果。结果表明:磁通负反馈扩大了传感器的频带宽度,使得放大电路的幅频特性和相频特性得到了改善,满足设计需求。对所设计的磁场传感器进行了组装,搭建实验电路标定了磁场传感器的灵敏度,并进行了实际测量。结果表明:研制的磁场传感器灵敏度为327.6 m V/μT,体积小、灵敏度高、携带方便、可靠性高。

关键词： 电力电缆   钢芯铝绞线   材料价格  

摘要： ~~

关键词： COMSOL   温度场   监测系统   ZigBee   电缆沟  

摘要： 随着电力行业的不断发展,电缆扮演着越来越重要的角色。而电缆常常由于温度过高造成运行故障,引发经济损失,因此在线实时监测电缆的温度值得我们深入研究。本文首先在单根电缆、单回路电缆上进行IEC计算模型与数值法之间的对比,来证明数值法的有效性。实验表明:在电缆敷设较简易的情况下两者偏差不是很大,随着电缆敷设规模的扩大,数值法计算的结果更加精确。随后利用COMSOL软件对现场的电缆沟进行了温度场的仿真,得出位于电缆沟中靠近墙壁的电缆整体温度较高。这为后续的传感器布点提供了理论支持,并分析了环境因素对温度场分布的影响。根据前述的仿真建立了一套基于Zig Bee的电缆沟在线监测系统,所设计的系统可以实时的采集温湿度数据。根据工程中的实际要求,硬件系统进行电路的选型和设计。软件系统对整体的结构进行设计与介绍,主要有节点数据的采集与处理,和上位机的通信以及上位机的显示界面。为了更精确的得到电缆的线芯温度,本文将采用WOA-BP智能算法对采集的结果进行处理,得到了误差允许范围内的电缆线芯温度值。整个监测系统最终在电缆沟现场进行测试,结果表明本文设计的电缆温度场在线监测系统,能够完成温湿度的实时采集,并及时传输数据至上位机进行动态显示。其中数据的平均丢包率只有0.066%,在允许的范围内,支持准确数据的高效传输。本文利用多物理场耦合仿真对电缆沟进行了仿真,在电缆导芯预测方面进行了算法的优化,对电缆在线监测系统的应用进行了一定程度的推广。

关键词： 高压直流   电力电缆   局部放电   传导模型   直流纹波  

摘要： 随着我国经济飞速的发展,电力网络也进入高速发展的阶段,高压直流输电已经成为电力系统的重要组成部分。高压直流输电线路的绝缘性能与电力系统的安全可靠运行有直接的关系,其中高压直流电缆的绝缘属于非自恢复绝缘,绝缘中可能存在局部缺陷进而引起局部放电行为。局部放电作为评估电力设备绝缘性能好坏的有效手段之一,研究高压直流条件下局部放电的特征规律是很有必要的。首先,本文回顾了直流电压下电缆局部放电的国内外研究现状,介绍了直流电缆中可能存在的绝缘问题,分析了电缆局部放电仿真的四种理论模型,为本文的仿真工作提供了理论依据。其次,基于局部放电仿真的传导模型,利用COMSOL软件建立了高压直流电缆绝缘的等效仿真模型,对固体绝缘单气隙局部放电进行了模拟,考虑了叠加谐波直流电压对放电特征的影响。研究了叠加谐波的含量、谐波阶次对绝缘气隙局部放电的影响,并探究了绝缘温度与放电特征之间的联系,仿真结果表明,谐波含量及谐波阶次的提高都会使局部放电的重复率增大。另外,绝缘温度的变化会影响气隙放电的重复率及平均放电量。最后,为了验证仿真方法的有效性,搜集了已发表的考虑直流纹波、绝缘温度以及气隙压强对局部放电影响的试验数据,参照其试验条件建立局部放电的仿真模型,通过合理调整仿真参数,能够使得仿真结果与已发表的试验结果呈现出良好的对应关系。本文通过仿真考察了直流纹波、绝缘温度和气隙压强对气隙局部放电特征的影响规律,研究结果有助于增进对高压直流电缆绝缘局部放电现象的认识和促进对直流电缆局部放电检测的研究和应用。

关键词： 小电流接地系统   行波法   故障选线   电力电缆   架空线  

摘要： 现有小电流接地系统行波故障选线方法多着眼于故障行波初始波头所包含的故障信息,由于小电流接地系统线路长度短、出线数目多,故障行波将在短时间内发生复杂的折、反射过程,如不能准确识别并捕捉初始波头将导致选线失败。针对现有行波选线方法存在的不足,本文通过分析小电流接地故障行波的动态传播过程,提出了基于行波波形相似度比较的小电流接地系统故障选线方法。本文主要工作如下:1.介绍小电流接地系统行波故障选线基本原理,从小电流接地系统实际线路结构出发,深入研究了故障行波的动态传播过程,分析了现有行波选线方法的不足。针对中低压配电网广泛应用的电缆线路,总结了金属护层接地线行波电流与零模行波电流之间的相似关系。2.通过分析行波的折、反射过程,总结出基于行波波形相似度比较的故障选线思路。在分析故障行波时频能量信息的基础上,提出了基于行波波形综合相似度比较的小电流接地系统故障选线方法。该方法首先利用S变换提取故障行波电流时频能量信息,进而通过时频能量信息求取波形相似度,最后通过计算比较行波波形综合相似度系数实现故障选线。3.在分析故障行波波形相似关系的基础上,提出了基于行波波形综合距离比较的小电流接地系统故障选线方法。该方法以各线路故障行波暂态波形之间的平均Hausdorff距离衡量行波波形之间的相似关系,进而根据行波波形平均Hausdorff距离计算每条线路和其他线路的行波波形综合距离,最后通过比较行波波形综合距离实现故障选线。4.在PSCAD仿真环境下搭建小电流接地系统故障仿真模型,并借助MATLAB对仿真所得数据进行处理。通过设置不同类型的故障仿真条件,分析讨论了故障点位置、过渡电阻、中性点接地方式、噪声等因素对所提行波故障选线方法的影响。现场实测数据进一步验证了所提方法的有效性。仿真与实测数据分析表明,本文所提方法可以有效弥补现有行波选线方法仅利用行波初始波头的不足,充分利用暂态行波故障信息,且不受系统中性点接地方式、故障位置等因素影响,选线结果准确、可靠,为小电流接地系统行波故障选线提供了新思路。

关键词： 配网电缆接头   温度检测   预测预警   机器学习  

摘要： 随着我国工业化和城市化的发展,电缆成为配网线路的主力军。作为配网电力电缆的一个重要状态量,温度是表征其运行状况的“晴雨表”。本文针对中低压配网电力电缆接头热点,进行温度检测及计算和异常预警研究。根据配网现场及试验检测得到的数据,分析接头温度特性。基于相关参数,在COMSOL仿真软件中建立电缆本体及接头几何模型。考虑其电磁-热耦合形式,得到相关温度分布云图,并对仿真结果进行关系拟合。以此为基础,进行由接头表面温度计算其线芯温度的研究,建立接头暂态热路模型并进行简化求解。从适用性角度出发,利用BAS算法优化GRNN网络,提出BAS-GRNN的接头线芯温度计算模型,避免热路模型中对热参数的依赖性。对某区域配网内检测数据进行相关性分析,以接头表面温度、负荷电流、环境温度作为线芯温度计算输入量。通过与BP网络及GA-BP网络对比,验证GRNN网络优越性及BAS算法的高效性。对接头表面温度、线芯温度指标的变化趋势进行预测。组合EEMD-LSTM模型,通过EEMD分解原始温度序列,放大历史温度数据的特征信息,并通过LSTM网络实现接头温度单步及多步预测。该模型可及时预判接头故障前后的变化趋势。综合上述方法,从实时监测及预测得到的各项温度指标中,提取数据集并进行特征变换,得到温度异常检测样本,使用孤立森林算法对电缆接头温度异常进行检测,实现温度预警。孤立森林算法可以同时考虑多指标检测,与单一指标检测相比,可靠性更高。由温度检测结果,对接头处实际地理环境温度、湿度、压强及接头负荷电流、接头温度、局部放电、护层电流等多信息进行融合,建立电缆接头状态评估预警模型。应用实际配网电缆线路检测数据,在MATLAB中对以上所提模型进行编程计算并求解。结果表明,本文所使用机器学习算法模型均具有良好的网络性能。所提预警模型以温度检测为切入点,效率更高,同时比单一阈值预警更具全面性。通过案例分析验证,模型可以满足实际工程应用需求,具有一定应用价值。

关键词： 电力电缆   小波变换   故障测距  

摘要： 电力电缆作为电力系统相当重要的一个部分，在很大程度上确保了电力系统的正常运转。但实际应用过程中，电力电缆时常会发生各种故障，如果故障未及时排除解决，必然会造成电力系统的失稳，对人类的日常活动造成很大的影响。因此要确保电力系统的安稳性，需及时排查检测出电力电缆发生故障的位置点，保证电力电缆可靠稳定运行，本文重点对电力电缆的故障诊断及测距展开研究，主要研究内容如下。　　首先，对电力电缆故障诊断测距的研究现状进行分析介绍，归类分析了电力电缆故障发生的原因及类型，同时，分别介绍了阻抗离线测距法、行波离线测距法，以及在线测距法三种不同电力电缆故障测距的方法，利用ATP仿真软件构建电力电缆故障模型，采集相应的电力电缆故障的电压行波信号。　　其次，采用基于PSO方法的电力电缆故障信号去噪研究。电力电缆实际所采集到的电压行波信号必定会受到周边电磁波等的干扰，因此，电压行波信号必定混合着干扰的噪声，如果不采用相关方法去除这些噪声，则其将干扰脉冲起始点的选择判断，噪声未去除甚至将造成脉冲起始点的误判，进而影响到电缆故障的测距诊断。采用小波软阈值去噪，虽能取得一定的去噪效果，但软硬阈值两种去噪方法分别存在一定的缺点，导致所采集到的电压行波信号不能完全去噪。因此，本文采用基于双目标函数的PSO(粒子群)算法对小波阈值去噪进行优化，并以优化后的算法对所采集到的电压行波信号去噪。通过仿真实验结果表明，所改进的去噪优化算法能够将电力电缆故障信号中的噪声去除，同时有效保留了原始信号的基本特性。　　最后，通过仿真实验对于电力电缆故障过程中所产生的信号测距方法及进行了深度探究。测距方法中最重要的研究对象为故障信号的反射脉冲信号起始点的定位，其中对于该信号奇异点的检测有小波变换模极大值法和曲线拟合法两种主要的方法，但由于其都具有一定的局限性，因此，本文在这两种方法的基础上，提出了以脉冲起始点为基础的新型方法，该方法主要以经过去噪处理的电压行波信号反射脉冲为初始点，结合电缆故障测距方程来实现对故障点的快速精准定位，最后通过实例仿真的验证，来对本文所选用的测距方法进行合理的评价，结果证实该方法确实有效提升了电缆故障的测距的精度。

关键词： 电力电缆   材料价格  

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