教学课程资源库 更多>>

关键词： 局部放电   定位   XLPE电缆   电磁时间反演   时空聚焦  

摘要： 随着电力系统的发展及社会的需要,各种场景下对供电安全性和可靠性的要求越来越高。交联聚乙烯(Cross-linked Polyethylene,XLPE)电缆近年来得益于标准的工艺和设计结构,良好的电气性能和安全可靠的优点,在电网中已得到越来越广泛的使用。但随着电缆使用的环境变化及年限的增加,由电缆引起的事故频发。因此,本文对影响电缆局放电流的因素进行了研究,同时对XLPE电缆上的局放定位展开了深入研究。 本文首先基于XLPE电缆的横截面建立仿真模型,研究气隙与导体的间距、气隙大小、供电电压对局放电流的影响;其次,基于传输线理论,建立了分布式电路模型,等效不同长度的XLPE电缆,假设局放位置,利用传输线理论计算特征参数,将计算结果结合仿真模型,将电流信号遍历电缆线,再结合2-范数极大判据计算电流能量峰值,确定局放位置。最后,仿真结果与到达时间差法对比,定位精度有明显提升。研究表明:改变气隙与导体的间距、气隙大小、供电电压时,气隙离导体越远,局放电流越小;局放电流及放电时间随着气隙尺寸的增加而增加;局放电流随着供电电压的增大而增长;电磁时间反演方法对XLPE电缆上的局放定位精度较高,误差约为0.4%,相较于传统的到达时间差法定位精度提高了0.4%。该方法有效提高了定位精度,为电力电缆线的局放定位提供了数据支撑,具有一定的现实意义。

关键词： 电力电缆   温度分布   风机管理   电弧特性   绝缘引燃  

摘要： 随着城市的不断发展,管廊电缆在输配电领域中的应用越来越广泛。温度是电缆运行的关键指标,直接决定了电缆安全状态,若管理不当易产生电弧故障,导致火灾事故,严重影响供电可靠性,因此有必要对电缆温度及其影响下的电弧引燃特性开展研究。 本文首先建立改进的电缆解析计算模型,在热路模型中考虑多根电缆之间的热辐射作用,根据电缆所处的管廊位置,进行适应性对流换热系数的计算,对比有限元法的温度结果,表明改进的方法兼顾温度计算的准确性和时效性。在管廊电缆温度计算的基础上,提出了管廊内风机功耗优化控制策略。以90℃作为电缆导体温度的约束条件,采用改进粒子群算法优化管廊风机的运行方案,最大限度地降低风机功耗,节约管廊运行成本。同时,采用模型预测控制方法消除负荷预测误差的影响,增强了管廊风机控制策略的适用性。 针对电缆过热引发的电弧故障,基于磁流体动力学理论在COMSOL软件中建立了交流电弧仿真模型,获得了电弧和电极温度场的分布结果。此外,分析了电极间距、电极类型和环境温度对电弧温度场和电极温度变化的影响规律,为后续电弧引燃电缆绝缘实验提供理论基础。 针对电弧引燃电缆的问题,基于铜-碳电极搭建了电弧引燃实验平台,记录电弧发展过程中的形貌特征,电极两端电压和电流的波形变化,以及电极的温度分布。利用交流电弧引燃交联聚乙烯和聚氯乙烯两种电缆绝缘材料,探究绝缘温度对电弧引燃电缆绝缘的影响特性,在此基础上分析绝缘厚度和绝缘类型对电弧引燃的影响规律。通过对比相同时间内,不同绝缘的引燃时间和燃烧剧烈程度,获得了电弧对电缆的引燃特性。 本文改进了管廊电缆的温度计算方法,提出了管廊风机的优化运行控制策略,研究了热影响下电弧对电缆绝缘的引燃特性,对电缆运行安全具有一定的理论意义和实践价值。

关键词： 电力电缆   电磁感应原理   交流电   无损检测   Superlets信号处理方法  

摘要： 电力电缆的正常运作对电力系统的安全稳定运行至关重要,但目前缺乏对电力电缆缺陷故障进行在线检测的有效方法。鉴于此,本研究提出了一种基于电磁感应原理的电力电缆无损检测方法。根据该方法,当存在结构和材料缺陷故障的电力电缆中通过固定频率的电流时,通过沿电缆轴向移动的探针测量电缆周围的电势,运用Superlets对采集到的数据进行处理,可对缺陷进行准确定位。研究也提出了与该检测方法适配的数据成像和音频表征技术,可辅助检测人员提高检测效率。主要研究内容如下: 首先,基于比奥萨法尔定律与麦克斯韦方程推导了通电缺损电力电缆周围的电场强度理论公式,证明了电缆缺陷引起的电缆周围的电场强度在空间中的变化能被沿电缆轴线运动的探针探测,据此提出了单、双探针缺陷检测方法。依据理论模型编写了仿真程序,模拟生成了单、双探针检测时不同缺陷的电场信号,采用Superlets分析了缺陷信号的时频特征,并提出了以图像和音频对缺陷位置进行表征的后处理方法。 其次,根据理论分析,设计了试验装置及试验方案。其一,自制了缆芯带有缺口的通电模拟电缆,单探针测量了其周围的电动势,对缺陷进行了定位,验证了检测和表征方法的可行性和正确性。其二,对带有不同缺陷的工程电缆进行了单、双探针检测,结果表明,在电缆中通过不同频率的交流电时,本检测方法亦可对电缆保护层和绝缘层缺陷进行准确定位。 最后,设计了一台电缆缺陷无损在线检测原理样机,运用该原理样机对正常工作时的电力电缆进行了检测实验,表明该样机可被应用于实际工程中。 理论分析和实际检测都证明了本研究提出的方法可以检测到电力电缆上不同类型的缺陷,且高频交流电更有利于电力电缆局部缺陷的检测,而低频交流电对电力电缆整体状况的检测更有利。此外,本研究提出的数据成像及音频表征方法为检测人员提供了多种感知途径,有益于提升用户体验和提高检测效率,且为未来在电缆检测中引入机器学习等人工智能技术奠定了多维度的数据基础。基于电磁感应原理的电力电缆无损检测方法及后处理技术保障电力系统安全运行方面具有巨大潜力。

关键词： 电力电缆   高次谐波   电气性能   电场分布   发热特性  

摘要： 电力电子器件的规模应用，使新能源并网等场合使用的电缆中存在了大量的高频次谐波，频率范围可达2Hz～2500Hz,其对电力电缆性能的影响尚不明确。针对当前相关研究中存在的谐波频次范围低，绝缘材料种类少，仿真计算缺乏实验验证的不足，开展了谐波对电力电缆性能影响的理论和试验研究。　　首先，在2Hz～2500Hz,20℃～90℃范围内，测量了 XLPE、半导电层材料、Scotch 2220#电应力控制带材料和PVC的介电常数、介质损耗角和电导率，获得了各电气性能参数随频率和温度的变化规律，并对其影响的机制进行了分析,为后续仿真和分析提供了参考依据。　　然后，仿真计算了不同频率和温度条件下电力电缆本体和终端的电场分布以及本体的电容参数。对比分析了正常及气隙缺陷条件，电力电缆本体，参数型终端和几何型终端在不同频率下的最大电场强度。制备了不同终端类型的电力电缆试验模型，分别在阻尼振荡电压与谐波电压试验条件下，通过局部放电测量，对计算结果进行了验证。　　最后，通过仿真计算与试验研究了谐波对电力电缆发热的影响，对比分析了电缆本体，几何型终端和参数型终端在不同谐波频次作用下的温升差异，探讨了电力电缆绝缘材料与导体金属材料在温升中的作用。

关键词： 故障检测   FPGA   扩展频谱时域反射法   脉冲噪声   相关熵  

摘要： 全球气候变暖已经成为当今世界最紧迫的问题之一,为此中国政府出台了一系列政策来推动新能源的发展,作为新能源产业之一的光伏发电由于转换效率高、储量大、清洁安全等特性备受青睐。近些年来,为拥有更加充足的光照资源,越来越多的光伏发电站被建设于我国西北等光照充足的偏远地区,此类地区地广人稀、环境恶劣,所以偏远地区的光伏电站在维护电力电缆安全方面存在困难。因此,本文利用扩展频谱时域反射法(Spread Spectrum Time Domain Reflection,SSTDR)对偏远地区光伏发电站的电力电缆故障检测系统展开研究,以下为本文的主要研究工作: 首先,对传统的SSTDR电缆故障检测方法的基本原理进行了介绍,并在此基础上进行了优化,重新选取了合适的混沌测试序列、载波调制方式、调制比以及时延估计方案,提高了 SSTDR电缆故障检测法的性能。最后通过Simulink平台建立了电缆故障仿真模型,验证了该方法的有效性。 接着,针对传统时延算法面对脉冲噪声时运算结果峰值旁瓣比较低,且存在误判点较多难以判断的问题,提出了一种新型加权高斯相关熵时延估计方法。通过仿真验证,表明了该方法不仅可以在脉冲噪声环境下获得良好的时延估计效果,而且在强脉冲噪声干扰下依旧能够保持较高的定位精度。 最后,基于高云FPGA完成整个SSTDR电缆故障检测系统的设计,在下位机硬件平台完成信号的发射、接收、存储和基本互相关运算,在FPGA硬件部分完成对电缆故障的初步检测,在上位机部分基于MATLAB GUIDE平台实现了改进的广义相关熵时延估计算法。当FPGA端检测到故障发生,或者遭遇脉冲噪声的干扰无法判断是否发生故障时,利用上位机软件的改进算法对电缆故障进行二次检测。

关键词： 故障诊断   五次谐波法   中点行波法   谐波诊断系统  

摘要： 电力电缆作为电能输送的主要载体,如果发生故障将直接影响所连接的大型用电设备或者区域供电系统,带来严重经济损失甚至人造成员伤亡。时刻关注电力电缆故障类型及程度至关重要,并且在发生故障后需要及时进行故障定位,方便有关人员进行维护。 在对电力电缆主要结构研究的基础上,认为应力是造成电缆故障的原因。使用COMSOL Multiphysics软件仿真了电力电缆在不同应力作用后的状态,对比分析不同应力在不同程度下对电缆的影响。根据应力与谐波的关系,电缆的故障类型可以由对不同次数的谐波分析得到。在与其他电力电缆故障诊断方法对比后,采用可以实时监测且对电缆无损的谐波诊断法。 对比电力电缆故障选线常用方法后,选用五次谐波法进行故障选线,通过比较故障相与非故障相零序电流五次谐波值来进行选线。对比常用测距方法,选用行波法进行故障测距,通过行波在传输过程中波头到达检测点的时间来进行距离计算。并对行波法进行了改进,提出了一种新的相模变换来获取行波模值分量,能够获取所有的短路类型;使用中点行波法,解决了传统行波测距方法中行波速度与实际速度间存在误差的问题;使用乌燕鸥算法优化的变分模态分解对行波特征进行分解,用Teager-Kaiser能量算子来进行波头标定解决了波头标定不准确的问题。与其他同类型方法进行对比,准确度和降噪能力均有所提升。 在谐波诊断系统HDS(Harmonic Diagnosis System)基础上首次加入故障选线及测距模块,通过分析安装在不同位置传感器采集的信号,来进行故障诊断及定位。并根据相关参数来计算劣化度,通过劣化度来改变不同模块的运行方式,能够降低设备功耗。该系统能够实时监测电缆的运行状态,在电缆有故障倾向时预警,在出现故障后及时将故障类型及位置信息发送给运维人员。 图[62]表[3]参[80]

关键词： 聚丙烯   电力电缆   β成核剂   热老化   微观结构   电学性能  

摘要： 交联聚乙烯(Cross-linked polyethylene,XLPE)是目前高压直流电缆的主流绝缘材料,但存在交联工艺复杂、生产能耗高、无法回收利用、交联副产物引发空间电荷积聚等问题。而聚丙烯(polypropylene,PP)因无需交联、生产能耗低、环保可回收等优点,在替代XLPE成为高压直流电缆绝缘材料方面,具有巨大的潜力。目前,对于稀土类β成核剂的聚丙烯改性研究较少,且大多数研究都未进行任何老化实验,考虑到实际工况中热氧老化因素的研究更是鲜有。为此,本文通过添加β成核剂对等规聚丙烯进行改性,在β成核剂对PP绝缘材料微观结构和介电性能的影响以及改性PP绝缘材料的热老化特性方面进行了相关研究。 首先,在等规聚丙烯颗粒中添加0.1%、0.3%、0.5%、1.0%质量比的WBG-II型β成核剂制备PP薄膜试样,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、差示扫描量热(DSC)和X射线衍射(XRD)等测试手段对试样的微观结构进行表征。结果表明:β成核剂未对PP分子结构产生明显的影响,但显著提高了PP试样中β晶型的含量,细化了球晶,提高了结晶度和熔融温度。当β成核剂含量达到0.5%时,β晶型含量达到峰值83.7%,结晶度提高至54.73%,相较于纯PP试样的结晶度提高了29.9%。但当成核剂含量达到1.0%时,成核剂团聚减少了成核剂与PP接触的有效面积,抑制了异相成核过程,β晶型含量开始降低,结晶度和熔融温度也出现下降。 其次,采用介电响应特性测试、电导电流特性测试、空间电荷分布特性测试、直流击穿试验等测试手段对试样的介电性能进行表征。结果表明:β成核剂的加入可提高PP试样的相对介电常数、空间电荷注入阈值场强和直流击穿场强,降低了空间电荷积聚量。当成核剂比重为0.5%时,阈值场强达到最高,为19.59 k V/mm,相比纯PP试样提高了30.5%;直流击穿场强为267.17 k V/mm,相比纯PP试样提高了50.1%。β成核剂改性对介电性能的改善可归结为结晶度和β晶型含量的提高以及球晶的细化。结晶度和β晶型含量的提高引入更多的深陷阱,降低了电导电流,提高了空间电荷注入阈值场强;球晶的细化可进一步降低载流子的自由行程,提高直流击穿场强。当成核剂含量过高时,成核剂出现团聚,PP试样的介电性能开始出现下降。 最后,针对成核剂比重为0.5%的PP试样在135℃进行加速热氧老化,并对老化试样的微观结构和介电性能进行表征。结果表明:热老化会使得PP试样内老化产物增大,羰基指数增大。整个老化过程可分为重结晶阶段和热氧老化阶段。在重结晶阶段,重结晶使得分子链排布更加规整,试样的结晶度和熔融温度提高;在热氧降解阶段,氧化反应导致的分子链断裂使得PP晶体结构被破坏,试样的结晶度和熔融温度降低,试样内部陷阱深度降低,并且产生大量的极性基团,导致电荷更易注入试样内部,空间电荷抑制能力减弱,阈值场强和直流击穿场强也会随老化时间的增加而减小,直流电导增加,介电常数和介电损耗增大。PP微观结构出现劣化,介电性能有所下降。