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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.

关键词： 电力电缆   局部放电   电磁波   对数周期天线   包络检波  

摘要： 局部放电是导致电力电缆绝缘遭到破坏的主要因素。电缆在制造过程中或电缆附件在现场安装时容易产生局部缺陷,该缺陷会在电力电缆绝缘内引发树枝状老化,并伴随以局部放电的形态表现出来,局部放电的发展最终会导致电力电缆绝缘发生击穿。特高频检测突出的优点是抗干扰能力强,将特高频法应用于电力电缆局部放电检测仍需在特高频电磁波传播特性、传感器技术、特高频信号采集技术和交流电压下局部放电特性研究等方面开展深入研究。为此,本文结合电磁场仿真技术开展了电力电缆局部放电特高频检测传感器的研究。论文包括以下主要内容:(1)介绍了局部放电的过程并说明了局部放电对电力电缆的危害。认识到了对电力电缆进行局部放电检测的重要性,并对电力电缆的发展过程有了一定的了解。分析了局部放电特高频信号的产生与辐射特性,同时也对电磁波在电力电缆内传播理论进行了分析。(2)使用HFSS软件建立了对数周期天线模型并对其进行了仿真设计,通过改变馈电点位置、介质基板厚度、附着材料等参数,得到相应对数周期天线的驻波比,当馈电点位置为L=323 mm时、基板厚度为1.0 mm、覆着材料为铜时,此参数下的对数周期天线驻波比最小,并对该尺寸下的对数周期天线的进行设计制作。(3)通过改变R、C的取值并进行比较,得出了当C=0.01 nF,R=10 kΩ时,其包络线效果最好。将倍压检波电路的输入频率从300 MHz升至1000 MHz,其包络曲线效果基本不会发生改变。设计了特高频信号包络检波系统,该包络检波系统统正弦响应波形畸变很小,输出频率与理论值偏差很小,但幅值低于理论值。(4)使用对数周期天线对典型绝缘缺陷模型下产生的局部放电信号进行检测,通过与三阶Peano分形天线进行对比,验证了对数周期天线能够满足电力电缆局部放电的检测的要求,使用对数周期天线和包络检波装置联合检测时检测正半周放电次数最多,且信号幅值较大,所采集到的放电信号相较于另外两种天线更为理想。

关键词： 电缆隧道   智能   监控系统  

摘要： 随着我国现代工业、互联网等高科技行业的高速发展以及居民生活水平的不断提高,用电需求量正在增加,用电需求多样性也越来越明显,进而对电力传输提出了更高、更复杂的要求。因而电力传输的基础设施建设成为更为重要的工作重点之一,电力隧道的建设必然增多。随着电力隧道建设的增多,由于地下电缆运维的特殊性,电力电缆隧道智能综合监控系统的设计和建设也应当同步进行,以适应日益复杂的地下电缆运维场景,降低运维成本、增加运维效率、增加输电线路电力传输的可靠性。

关键词： 电力电缆   温度场   中间接头   有限元  

摘要： 随着城市化基础建设的不断完善,电缆所占的比重越来越大;为了确保电缆安全可靠运行,经国内外学者调查研究发现,温度是制约电缆安全运行的直观表征量。当电缆超负荷运行时,温度就会升高,这样就会给电缆的老化和寿命带来影响,甚至会造成供电事故;当电缆欠负荷运行时,没有达到满负荷运行时应有的载流能力,造成能量供给的不经济性。因此,在保证电缆的有效使用寿命和安全供电的前提下,分析电缆在长期运行的情况下温度变化显得非常重要。为了对电缆本体和中间接头的温度场变化进行定性定量分析,本文作了如下的工作:首先,本文阐述了现阶段高压电力电缆的研究现状,以电缆本体的基本结构为基础,分析了电缆损耗的计算原理和热量传递的三种传热方式,并介绍了电力电缆载流量IEC-60287标准计算方法所存在的不足,探讨高压电力电缆的温度场数值计算方法。然后,基于以上理论分析,通过有限元软件COMSOL建立了单回路三相电缆仿真模型。研究发现,在电缆温度达到90℃时,其载流量为900.5A,其与IEC国际标准下的载流量结果相比有所偏低,误差仅为1.02%,由此验证所建仿真模型是正确有效的。在双回路电缆排管敷设中可知,由于受到两侧电缆发热和邻近效应的影响,电缆中间相温度最高达到72.5℃,而两侧的温度为64.5℃和65.7℃,分别比两侧温度高出7℃左右。在相同的条件下,当截面由640mm增大到1400mm,温度降低了28.9℃。其次,由于电缆中间接头温度过高是导致电缆出现故障的主要因素之一,而现有的中间接头温度分析都是以整体的角度来分析,而本文则是将中间接头部分细化的各接触面来分析温度的实时变化。从中间接头结构入手,建立了电缆中间接头温度场计算模型。在工频电压110k V下,电缆中间接头缆芯较电缆铜壳径向温差达到28.6℃,轴向上较本体温差达到7.1℃;电缆接头的温度与绝缘层厚度、电导率、导热系数、电流密度以及内部缺陷等因素直接相关,所以通过改变参数研究表明:温度随绝缘厚度增加而增加,当绝缘层厚度由10mm增大到60mm,温度上升了30.11℃;温度随接触电阻电导率增加而减小,当电导率由5.99eS/m增大到10.99eS/m,温度下降了10.8℃;温度随绝缘导热系数的增大而降低,当绝缘导热系数由0.35W/(m·K)增大到0.6W/(m·K),温度降低了47.9℃;温度随电流密度的增大而升高,当电流密度由1.27eA/m增大到1.52eA/m,温度升高了22.8℃。而针对电缆中间接头内部缺陷问题,主要与中间接头的接触系数及环境温度有关。经研究发现,当中间接头接触系数由1增加到6时,本体缆芯的温度升高了1.8℃,而接头缆芯的温度升高了25.8℃,是本体缆芯升高温度的14.3倍;当环境温度由15℃升高至35℃时,本体缆芯的温度升高了20.9℃,接头缆芯的温度升高了22.6℃。由此,可以看出在改变相同因素的情况下,接头缆芯要比本体更为敏感。综上所述,本文是基于有限元法多角度分析电缆本体及中间接头温度的变化,得出影响温度分布变化的规律,为电缆的设计与施工提供参考和借鉴。

关键词： 铠装电力电缆   横切   限位   环切   虚拟仿真   静力学分析  

摘要： 目前,铠装电力电缆在电力管网中应用越来越普及,正在大规模地代替普通电缆,大量地被使用。在铠装电力电缆铺设过程中,就需要对铠装电缆进行剥线作业。然而到现今为止,铠装电力电缆剥线作业全部由手工完成,因铠装电缆相较普通电缆增加了铠甲层,使得剥线劳动强度大,效率低,甚至会对施工人员造成划伤等人身伤害,难度相当地大。针对这一情况,本文拟设计一款铠装电力电缆剥线机来代替手工作业,此剥线机的研制成功,可以降低作业人员的劳动强度、提升工作效率,还可以降低作业人员受伤的风险,加快施工进度。在研究前期,通过多次深入现场调研,查找相关剥线机器的文献,确定了剥线对象为铠装电力电缆的外橡胶保护层、铠装层、内绝缘层;剥线深度2-5mm、剥线长度0-2m等一系列剥线参数。通过不断地选取不同刀片和不同电机进行现场切割试验,最终选定圆形铣刀片为切割工具。根据剥线机拟实现的功能为向导,利用Solid Works软件开始进行剥线机整体的构思设计,剥线机总共分为横切装置、限位装置、环切装置、定位装置和机架五大部分,经过多次修改,确定了最终设计方案,并且完成了剥线机的三维实体建模和虚拟装配。在总体方案确立后,对剥线机压辊等关键性零部件进行计算和校核、电机电池等标准件进行选型计算,确保设计的合理性。利用Solid Works自带插件simulation对剥线机的一些零部件进行静力学仿真,发现侧板等有大量冗余材料。为此,首先对侧板进行静力学分析,再利用simulation对侧板进行拓扑优化,科学合理地去除侧板的多余材料,从而减轻了剥线机的整体质量,使得剥线机更加轻量化,设计更加合理。利用Solid Works自带插件motion对剥线机进行运动仿真分析,得到了剥线机仿真动画,以虚拟实际剥线环境进行剥线作业仿真,生动地展现了剥线机各机构之间的协调动作,并通过得出的仿真数据进行分析,验证了设计的可行性,达到了预期设计的目的。在现有剥线机方案的基础上,对剥线机进行了全新升级,得到了全新的剥线机图纸;利用大创及研究生经费进行了新方案剥线机物理样机的制作、安装调试及现场测试,并且能正常运转。