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关键词： 电缆故障   行波   神经网络   参数辨识   测距系统  

摘要： 随着经济的高速发展,工业、农业、商业等方面对电力的需求逐年增加,输、配电线路长度不断增加。受土地资源紧张、GIS设备增多等因素的影响,电缆线路长度占输电线路总长度的比重越来越高。电缆线路采用直埋、排管混凝土包封等方式敷设于地下,存在电缆本体不能直接被观察到、部分电缆线路图纸缺失、路径不明确、路径上有其他建筑设施等问题,其故障诊断、定点比传统架空线更加困难,需要的时间更长。高效的高压电缆故障定位方法能够减少检修时间、降低探测成本,有助于提高电网的供电稳定性,有着良好的社会效益和经济效益。因此,如何提高高压电缆线路的故障定位技术和故障检测水平,是当前急需解决的问题。本文针对电缆发生故障后难以准确定位的问题,提出了一种基于粒子群优化的BP神经网络故障测距方法。首先,分析了电磁波在电缆中传播的规律,构建了电缆分布参数模型,并基于该模型分析了故障电缆中故障点电压与电缆始端和终端的电压、电流之间的关系。引入BP神经网络进行电缆参数辨识,解决了电缆运行中由于分布电感、分布电容的存在导致的电缆参数改变和故障定位不准确等问题。针对神经网络算法高度依赖权值初值选取及收敛慢的问题,提出应用粒子群算法对其进行改进。其次,在详细分析电缆故障测距系统功能需求基础上,基于.NET Framework设计了电缆故障测距系统的体系架构,设计了系统硬件,并以C#语言为基础开发了系统软件功能。该系统实现了神经网络训练和电缆故障测距功能,并能够存储电缆故障数据。最后,选取哈尔滨地区常见的电缆故障算例进行故障测距诊断,实现了基于PSO-BP神经网络的高压电缆故障测距方法应用。测距试验结果与实际测量结果对比分析表明,基于神经网络方法对电缆参数辨识进而进行故障定位的方法计算误差满足要求,是有效可行且值得推广的方法。

关键词： 电缆局部缺陷   首端阻抗谱   缺陷定位   缺陷状态评估  

摘要： 电缆在现代大型电气系统的电能及通讯信号传输中起着极其重要的作用。运行中的电缆易发生永久性故障,电缆故障一旦发生,将导致大型电气系统停运甚至失控,造成严重的经济损失和社会影响。电缆永久性故障的发生往往开始于局部潜伏性缺陷,电缆局部潜伏性缺陷引发原因主要分为:电缆由于局部高温、高湿、局部放电甚至核辐射而发生的局部老化,以及电缆由于机械外力而发生的局部破损。电缆局部缺陷若得不到及时有效的排除,将对大型电气系统的安全与稳定性构成严重的威胁。因此,实现电缆局部潜伏性缺陷的诊断具有重要意义。目前,电缆局部潜伏性缺陷的诊断方法乏善可陈。本文在相关研究的基础上,对基于电缆首端阻抗谱的电缆局部缺陷诊断方法进行了改进,利用矢量网络分析仪测量电缆首端输入阻抗随频率变化的曲线,称为电缆首端阻抗谱,当频率足够高时,阻抗谱主要与电缆本身特性相关,通过阻抗谱数据分析提取出电缆运行状态相关信息,进而实现电缆局部缺陷诊断,并采用仿真及试验对该方法进行了验证,研究的主要内容有:1、了解并阐述了电缆局部缺陷形成的原因及其类型;研究了传输线理论;分析研究了电缆缺陷的行波反射与透射现象;基于传输线理论推导了电缆首端输入阻抗计算模型,分析和总结了电缆首端阻抗谱的特性,研究得出,电缆首端阻抗谱的特性主要由表征电缆特性的传播系数所决定,由此将阻抗谱与电缆特性联系起来。为了加强对阻抗谱特性的理解,对阻抗谱的测量仪器矢量网络分析仪的相关测量原理做了研究。2、研究了电缆局部缺陷对电缆分布参数的作用机理。建立了含局部缺陷的阻抗谱计算模型,明确了局部缺陷与首端阻抗谱的关系。研究表明,电缆出现局部缺陷后,电缆局部分布参数的改变会导致缺陷处局部传播系数发生变化,传播系数改变直接影响的是阻抗谱,由此可知,局部缺陷会直接对首端阻抗谱产生影响。传输信号在缺陷电缆中进行传播时,首端阻抗变为局部缺陷处特征参数与缺陷位置关系的函数。3、改进了基于频域反射的电缆局部缺陷定位方法,研究如何从阻抗谱数据中提取缺陷处位置信息。由于首端阻抗是局部缺陷处特征参数与位置关系的函数,采用积分变换处理后得到了电缆传播系数沿电缆长度位置变化的诊断函数,实现了多处缺陷的同时定位,仿真试验证明了该方法的有效性。4、研究了实际电缆初始特征参数的获取方法,为评估电缆局部缺陷的严重程度提供基础。电缆缺陷引起其分子结构发生变化,在宏观上表现为复介电常数发生改变,那么缺陷状态可通过复介电常数表征。由于从阻抗谱数据中反解出复介电常数涉及多个未知变量,过程十分复杂,现在运用假设的方法,先假设各个缺陷位置的复介电常数与老化段长度,带入含缺陷段的阻抗谱计算模型中,将模型的计算值与测量值做差值,通过蚁群算法对差值函数进行优化搜索,寻找全局最优解。此时的复介电常数与真实值最为接近,可以用来对电缆缺陷严重程度进行有效评估,为电缆检修策略的制定提供依据。仿真实验验证了该方法的有效性。5、开展了实际电缆局部缺陷诊断实验,试验结果表明,本文提出的电缆局部缺陷诊断方法具有一定的有效性和可操作性。

关键词： 电缆中间接头   局部放电   超声波检测  

摘要： 电缆中间接头制作工艺复杂,对安装人员技术要求比较高,安装过程中如果混入杂质,或者切割绝缘时切割过深,都会引起局部放电的发生。局部放电是电缆绝缘的一大杀手,也是衡量电缆绝缘良好程度的一个重要指标。因此实时检测电缆接头绝缘的局部放电量大小是规避电缆故障的有效手段。目前国内外常用的检测手段基本都是离线检测,需要停电检测,已越来越不能满足生产要求。本文针对电缆中间接头绝缘发生局部放电时会产生超声波这一特性,对超声波检测法进行了深入研究。首先对电缆中间接头绝缘局部放电进行了建模分析,获取了局部放电信号在电缆中的传播规律,获取衡量电缆中间接头绝缘良好程度的重要参数。其次,对超声波的产生机理、波形特征、幅频特性及传播规律进行了研究,为超声波传感器的选型提供理论依据。在此基础上,在实验室环境中模拟电缆接头电气特性制作了电缆中间接头模型,并研制了一套超声波检测装置,包括超声波传感器、信号处理电路、下位机及外围电路、上位机及系统软件等。最后,在实验室对研制的超声波检测装置进行了实验验证,结果表明:制作的装置可行、有效,并可检测出局部放电量的大小,为电缆接头绝缘故障的检测提供了一种在线检测方法。

关键词： 电力电缆   交叉互联   操作过电压   抑制措施  

摘要： 传输电能过程中,与架空输电线路相比,电力电缆线路的电容更大。同时,110k V和220k V电压等级的电缆线路中使用电缆材料比较固定,多为交联聚乙烯电力电缆,单位长度的电容很大是该类电缆特点,相对而言可能是架空输电线路的十倍甚至几十倍。因此,在这样的前提下,电力电缆线路的感应过电压危险程度要比同等长度的架空线路更为严重。此外,若是在长距离传输的情况下,110k V和220k V等压等级的电缆线路会存在更大的工频过电压和操作过电压,可能会超过规定的阈值。因此研究交叉互联的长电缆线路护层在电力系统操作过程中的感应过电压具有重要意义。本文的研究对象是长距离电力电缆线路的操作过电压,包括合闸和分闸过电压。通过建立长距离电缆线路及其互联系统的暂态电磁模型,研究各过电压水平,并解析电力电缆布置形式、分合闸操作的相角、电缆长度和残余电荷等不同影响因素对过电压影响的规律,进而据此考虑长距离电力电缆过电压的抑制措施。研究发现,对于长电力电缆线路来说,操作过电压中合闸过电压和分闸过电压整体差距不明显,但部分严重前提条件下的合闸过电压要大于分闸过电压。对于合闸过电压,合闸相角和线路残余电荷对过电压幅值影响较大,母线出线回数和电缆长度对过电压也存在一定影响,而电缆排列方式的影响较小。而分闸过电压的出现归根结底是由于断路器的灭弧性能不足导致电弧重燃引起的。总结来看,操作过电压的抑制措施主要有装设合闸电阻、避雷器、电抗器和提高断路器灭弧性能。

关键词： 故障定位   行波   BP神经网络   LM算法   电力电缆  

摘要： 现在工业企业的生产过程对供电系统的依赖性非常高,供电系统的稳定性对企业正常生产至关重要,当企业供电发生故障的时候能够在第一时间定位故障把问题解决,这对降低企业经济损失是非常有帮助的。但是现在正在使用的电力电缆故障定位系统定位误差比较大,无法帮助工作人员在最短时间内把问题解决,因此本文将对电力电缆故障定位系统进行升级改造。现有电力电缆故障定位系统是基于行波算法的,存在着故障定位精度低、元器件老化的问题。文中通过对4种行波故障定位算法原理的分析,确定了现有系统误差大的原因在于行波在有故障的电缆中进行传输的时候存在着折射、反射现象,从而使有效波头的特征不明显进而造成故障定位误差大。针对这个问题文中提出采用BP神经网络算法对有效波头进行特征提取,然后再结合行波算法进行故障定位。但是BP神经网络算法存在着收敛速度慢、拟合曲线误差大的问题,文中首先利用LM算法对这些问题进行了改进,然后通过仿真测试确定改进后的BP神经网络算法收敛速度大幅提高、拟合曲线误差大幅降低,可以满足使用要求。针对元器件老化的问题,文中对电流行波采集单元和智能综合分析单元的硬件电路重新进行了元器件选型和设计,并且对这两台设备的软件程序进行了设计。在完成这些工作的基础上,文中对电力电缆故障定位系统进行了实验室测试和实际应用测试,在实验室测试中从抗干扰能力和故障定位精度两方面进行了测试,测试结果表明系统能够稳定运行、定位精度大幅度提升。在某钢厂进行的实际应用测试中,系统能够准确的对电缆故障位置进行报警。文中研究的电力电缆故障定位系统,经过理论分析、测试分析可以确定能够达到预期效果。

关键词： 局部放电   定位   CEEMDAN   小波包   AB算法  

摘要： 电力电缆局部放电在线检测与定位能及时反映电缆绝缘状态,为检修提供依据,从而避免电网运行事故的发生,对保障供电网络可靠运行具有重要意义。电磁耦合法通过高频电流传感器(HFCT)耦合局放脉冲实现局放信号检测,不破坏电缆本体,不影响电网运行,因此得到广泛应用。但由于电缆工作环境复杂,通过电磁耦合元件检测到的局放信号易受噪声干扰,从含噪信号中有效提取局放信号并准确可靠拾取其初至脉冲是实现局放定位的关键。本文针对复杂噪声环境下的电缆局部放电检测与定位技术展开研究。局放信号在电缆中的传输特性是实现放电测量与放电源可靠定位的重要理论基础。本文利用电力系统暂态分析专用软件PSCAD/EMTDC,对电缆局部放电传传输模型进行了搭建。仿真结果表明,局部放电信号在电缆中传输时,由于电缆中电阻及电导的存在,使得信号幅值衰减,由于电感及电容的存在,信号相位不断发生变化,且信号中的高频分量随着传输距离的增加衰减越严重。该仿真结果与前述理论一致,验证了所搭建的电缆传输模型合理性,对后续定位分析打下基础。针对局部放电信号采集时复杂噪声(以白噪声与窄带干扰为主)的影响,本文提出一种基于CEEMDAN结合小波包的去噪算法。该方法首先利用CEEMDAN将含有局部放电的信号进行分解,通过计算分量与原始信号的互相关系数确定有效分量,利用奇异值分解(SVD)算法对有效分量中的窄带干扰信号与频率混叠进行抑制;然后利用小波包阈值法对合成的有效分量中的剩余白噪声进行滤除,从而达到信号去噪的目的;为验证本算法的实用性,利用时变峰度法对去噪后的信号进行初至时刻拾取。仿真实验结果证明,本文所述方法去噪后的信号能量损失小、波形畸变程度低,并且能够在背景噪声为-6dB的情况下,使得局放信号初至时刻的拾取结果与人工拾取结果一致。在以多传感器为基础的局部放电定位算法中,准确对信号到达传感器的时刻进行拾取,是提高定位精度的关键。为了提高拾取算法适应性,本文提出一种于改进Allen-Bear算法的局部放电拾取算法。该算法结合Allen算法与Bear算法特征函数的特点,对原有长短时窗能量比中仅考虑时域特征的特征函数中加入代表频域的分量,在保证局部放电信号到达时刻拾取精度的同时,提高了算法的抗干扰能力。通过仿真与实测数据分析,验证了本文所提算法在拾取时,对信噪比、局放波形与幅值、时窗长度以及局放在信号中位置的适应性明显优于现有波至拾取算法,具有一定的实用价值。

关键词： 电力电缆   脉冲反射   故障测距   小波分析   电波检测  

摘要： 随着中国城市化的发展,作为电力网络重要组成部分的电力电缆应用越来越广泛。电力电缆虽然具有安全可靠性高、铺设运行简便等特点,但随着应用数量的不断增加以及运行负荷和时间的不断增长,电力电缆故障发生频率也越来越高。由于电力电缆结构复杂,且常被铺设于地下,一旦发生故障,若不能及时定位故障位置并进行修复,将会带来巨大的经济损失。如何利用电波信号在电力电缆中的传输特性进行快速、准确的故障位置检测,对保证电网正常运行具有重要的意义。本文在研究了电缆中脉冲电波传输特性的基础上,针对现有检测系统测量误差大、集成化程度低等问题,提出了小波分析和曲线拟合相结合的处理方法,设计了脉冲发生和信号检测系统,实现了对电缆中电波信号的采集、去噪和奇异性检测,主要工作如下:首先,介绍了脉冲反射法电缆故障测距与时域反射测量技术的国内外现状,阐述了数字信号处理技术在故障测距中的应用。分析了脉冲电波在电缆中的传输特性,利用SPICE软件,对电磁波时域反射原理进行了仿真。针对脉冲电波信号在电缆中传输时存在损耗的现象,以XLPE中压单芯电缆为对象,研究了电缆高频波传播特性,并对高频情况下信号的衰减和色散规律进行了仿真分析。接着,针对信号采集时容易受到噪声影响,导致测距误差较大的问题,研究了基于小波分析的电缆脉冲信号阈值降噪技术。结合MATLAB小波分析工具利用sym8小波对实测信号进行了去噪处理,处理结果显示具有较好的去噪效果。脉冲反射法测距的精度依赖于入射波和反射波波前的识别,为减小信号衰减和色散带来的影响,研究了小波模极大值进行奇异性检测的方法。针对小波模极大值法在信号奇异性较弱时测距误差大的问题,提出了曲线拟合和小波模极大值结合的方法,实现了较为准确的电缆故障测距。最后,设计并实现了脉冲信号发生和检测系统。整个系统以*** 6D处理器和FPGA为基础,设计了窄脉冲源电路、信号调理电路、数据采集模块、测距方式切换模块和SPI通信模块等硬件电路和FPGA逻辑,完成了Nios II软件、Linux设备驱动的编写,并基于Qt框架设计了系统GUI界面程序和自动测距算法。实现了纳秒级窄脉冲输出、信号的采集和处理、电缆故障自动测距、数据波形显示等功能,并使用故障电缆对系统软硬件进行了测试,验证了该系统能够有效的进行电缆中脉冲电波信号的检测与故障测距。

关键词： 带电检测   变压器   电力电缆   粗糙集理论   贝叶斯理论   故障诊断  

摘要： 随着电力工业的不断发展,保障电力设备安全稳定运行具有十分重大的意义,变压器和电缆的故障诊断是电力保障的重要一环,传统的带电检测手段信息太多,且故障发生存在一定概率,难以对变压器和电缆开展综合分析。针对以上情况,本文通过构建粗糙集故障诊断模型,挖掘事物的潜在规律,并引入具有概率推理知识的贝叶斯网络,构建了基于粗糙集理论与贝叶斯网络的变压器和电缆故障联合诊断模型,同时针对数据存在认知不确定性,引入区域模型和可靠性分析。本文首先对变压器和电缆的带电检测原理和应用进行总结,并对变压器放电类、过热类、受潮类、老化类、劣化类、绕组变形等故障类型以及电缆的接地、断线、绝缘、受潮、短路等故障特征进行划分,构建了基于带电检测技术的故障条件属性和决策属性;其次,研究了粗糙集理论模型,并对粗糙集信息表的约简和分类进行推导,通过实际案例验证了该方法的有效性;接着,研究了贝叶斯网络模型,对该模型的朴素、半朴素、增强的朴素、树形增强的朴素四类贝叶斯分类器进行对比,并通过实际案例分析该理论模型的构建策略;随后,构建了基于粗糙集和贝叶斯理论结合的设备故障诊断模型,搭建了基于带电检测技术的变压器和电缆的故障属性集和故障类型集,计算出了变压器和电缆的故障连接关系,并画出了贝叶斯网络结构图,通过实际案例验证了该模型的准确性,利用历史故障对传统油色谱分析、粗糙集理论、贝叶斯网络和本算法进行诊断结果对比,证明本算法具有更高的准确性;最后,结合现场实际案例进行实际应用,组合带电检测特征分析技术和本论文模型,分析结果表明,基于粗糙集和贝叶斯理论的设备故障诊断模型确实能够辅助现场进行故障诊断,但当数据存在认知不确定性时,会对结果造成误判,最后通过引入三角模糊数和可靠性分析,对已判断的结果进行可靠性分析,降低误判带来的影响。

关键词： 电缆线路   故障查找   运行维护  

摘要： 电力电缆线路的故障查找以及运行维护是保证供电正常的关键环节.基于此,本文就电力电缆线路故障的查找以及运行维护策略展开探讨,从故障的判断、预定位、精准定位、外护套故障定位等方面给出故障查找方法,并在准备、维护与检修、预防机制的建立、加强巡检等方面进行运行维护策略的研究.

关键词： 经济社会   城市整洁性   环境  

摘要： 近年来随着经济社会的不断发展以及城市整洁性要求的不断提高,传统的外架式电缆方式开始向地面隐藏方式转变.采用这种方式的好处是节约了土地资源,美化了环境,但是也存在线路维护管理困难的问题.当电力电缆出现故障时会造成大面积的停电,给社会经济带来巨大损失.因此,需要快速对电缆故障进行检测,并定位出电缆出现故障的位置,从而及时修复问题.本文将从电力电缆故检测的必要性、检测方法以及检测方法的发展趋势上进行探讨分析.