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关键词： 电力电缆   频域反射法   反射系数谱   Z变换   缺陷定位  

摘要： 针对传统缺陷定位函数分辨率较低且数据冗余度较高的问题,本文提出了一种基于反射系数谱Z变换的电缆缺陷定位方法。首先利用传输线理论建立了电缆的反射系数谱模型,分析反射系数谱定位电缆缺陷的可行性。然后介绍Z变换的原理,根据反射系数谱的特征确定Z变换算法中各参数的值,构建了新的电缆缺陷定位函数。缺陷定位实验的仿真与实测结果显示,相比于传统的方法,本文所提方法中电缆缺陷定位函数的分辨率更高,并且数据的冗余度更低,能更精准地定位电缆缺陷,同时可以减少干扰峰的影响,为电缆缺陷的定位提供了新的思路。

关键词： 内热源   高压电力电缆   着火时间   截面积   表面温度  

摘要： 为探究高压电力电缆因过载或短路且线芯发热影响下的着火机制,使用加热棒模拟电缆内部故障热源,并开展电缆着火试验,分析内热源功率及电缆线芯截面积对电缆温升、着火时间等着火关键参数的影响,发现电缆从被加热至着火到燃烧的全过程可分为初期加热、热解气体逸出、着火、燃烧及熄灭4个阶段。结果表明:绝缘层熔融物的滴落会导致火焰形态发生变化,电缆各结构层表面温度的升温速率随内热源功率的增加及与内热源表面距离的减小而增大,功率的增加弱化了电缆线芯截面积对各层升温速率的影响;电缆的着火时间与内热源功率呈线性递减的关系。

关键词： 电力电缆   故障原因   故障诊断   防范对策   可靠性  

摘要： 电力电缆作为现代电力传输系统的关键组成部分，其可靠性对于保障社会经济活动的连续性和安全性至关重要。但电力电缆在实际应用中经常出现故障，不仅会导致电力供应中断，还可能引发严重的安全事故。为加强电力电缆的安全管理和维护：本文首先阐述了电力电缆的基本结构和工作原理；其次，系统地分类和分析机械损伤、电气故障等电力电缆故障的类型及其成因；之后，深入研究了电力电缆故障的诊断技术，包括传统的诊断方法和现代的高科技手段；最后，本文提出了针对故障原因和诊断结果的电力电缆故障防范对策，以提高电力系统的稳定性和安全性。

关键词： 电力电缆   绝缘缺陷诊断   泄漏电流   频谱特征  

摘要： 电缆作为输配电设备中重要的组成部分，其安全稳定运行对整个系统的可靠性和稳定性有极大的影响，实现及时准确地检出电缆绝缘缺陷，并对电缆绝缘状态进行评估对电力系统的稳定运行具有重要意义。泄漏电流中蕴含丰富的绝缘信息且满足现场带电检测的需求，是极具前景的可实现在线监测与诊断的检测手段。为此，本文开展了基于泄漏电流频谱特征的XLPE电缆绝缘缺陷诊断技术研究，提取了典型绝缘缺陷的泄漏电流频谱特征，并对其频谱特征演化规律的物理机理进行了分析;在此基础上，提出了一种基于泄漏电流频谱特征的电缆绝缘缺陷诊断与识别方法。论文涵盖的创新性成果如下:　　（1）制作了电缆热老化、终端接头破损进水、高压导体金属尖刺、外半导电层尖刺缺陷四种缺陷模型，并对上述的四种缺陷模型以及通过高压导体金属尖刺进一步培养而来的电树枝缺陷的泄漏电流进行了测试，通过对泄漏电流的频谱特征进行分析发现:对于不同的缺陷类型，泄漏电流中的谐波成分有着较为明显的区别;随着缺陷严重程度的加深，谐波畸变率（THD）会随之升高，谐波中频次较高的分量占比也会增加;THD和各次谐波贡献率（Hn）与缺陷种类以及严重程度之间存在明确的相关关系。初步确定了以泄漏电流2-7次谐波贡献率以及THD为基础作为缺陷类型识别以及严重程度诊断的参数，为利用泄漏电流频谱特征对电缆绝缘缺陷进行诊断提供了数据支撑。　　（2）建立了基于跳跃电导理论的XLPE电缆热老化泄漏电流仿真模型和基于双极性载流子模型的XLPE电缆高压导体尖刺缺陷泄漏电流仿真模型，通过实测与仿真结果的对比分析，为上述两种缺陷在不同严重程度下泄漏电流中谐波分量的形成以及THD与Hn的演化规律提供了机理上的解释。建立了 XLPE电缆电树枝缺陷电场分布仿真模型，对电树枝不同发展阶段的电场分布情况进行仿真分析，结合对尖刺缺陷泄漏电流频谱特征形成机理研究的结论，定性地解释了电树枝缺陷在发展过程中泄漏电流谐波分量形成和频谱特征演化规律的机理。针对泄漏电流频谱特征形成机理的研究为利用泄漏电流频谱特征对电缆绝缘缺陷进行诊断提供了理论支撑。　　（3）针对于缺陷类型识别与严重程度诊断两者对特征参量差异化的需求，提出了分层识别诊断的策略。确定了将THD与Hn作为缺陷类型识别的特征参量;将基于方差对计算维度m优选后的信息熵、基于皮尔逊相关系数ρ优选后的Hn、THD作为缺陷严重程度诊断的特征参量。分别构建了缺陷类型识别神经网络模型和针对于不同缺陷的严重程度诊断神经网络模型，并对分层式识别诊断方法的整体性能进行了测试。测试结果表明，对于不同种类、不同严重程度缺陷的识别诊断准确率均达到了 90％以上，整体上的平均识别诊断准确率达到了 95.8％。

关键词： 局部放电   模式识别   拓扑数据分析   深度学习   图卷积神经网络  

摘要： 作为电力传输体系中关键的组成部分,XLPE电缆的局部放电现象是其绝缘性能劣化的重要指标,其检测对评估电缆状态和指导维护具有重要意义。本文结合拓扑数据分析和深度学习技术,探讨了提升电缆局部放电模式识别效率的方法,其中拓扑数据分析用于提取关键的局部放电信号特征,而深度学习模型则在模式识别任务上发挥其强大的性能,展现了在电缆局部放电识别上的应用潜力。 本研究首先构建了电缆局部放电试验平台并描述了试验设备。随后,模拟了四种XLPE电缆绝缘缺陷,收集原始放电数据。通过时域波形和局部放电相位分布使用相位分辨局部放电图谱(PRPD)进行分析,发现不同绝缘缺陷放电特性各异,但PRPD图谱在某些相位分布相似模式的区分度不佳。因此提出了基于非线性序列分析的脉冲序列分析(PSA)谱图分析局放信号,初步解决了相位混淆的问题。 针对局部放电信号非线性序列分析特征提取的存在的困难,本研究采纳了拓扑数据分析(TDA)技术以提取信号的动态特征,并结合粒子群算法及符号熵精细调整相空间重构参数,进一步通过边界式拓扑数据分析方法对算法进行了优化。特征有效性的分析证明了TDA技术在解决局部放电信号相位混淆问题方面的有效性,能够在基础分类模型上实现高达97.00%的整体识别率。粒子群与符号熵精选的时延参数准确捕捉了局部放电信号的动态变化,而边界式拓扑数据分析在加速特征提取的同时,确保了关键信息的完整保留。 考虑到基于符号熵的时延参数选择方法及单一时延参数在局部放电信号点云分析中的局限性,本研究提出了MTDPI-GCN模型,一个结合图卷积神经网络(GCN)开发的多时延参数点云分析框架。该模型集成了基于注意力机制的信息交互与特征池化技术,并引入点云拓扑特征的Wasserstein距离作为优化约束。实验结果表明,MTDPI-GCN在识别准确率达到99.00%和收敛稳定性方面均优于现有图卷积模型,验证了其在局部放电点云数据处理上的效率和先进性。

关键词： 高压电力电缆   聚乙烯外护套   热解实验   产气特性   火灾早期预警  

摘要： 高压电缆因其占地小、输送容量大、安全可靠性高等突出优点被广泛应用于城市电网中。但各种故障会导致高压电缆局部过热进而引发火灾，近年来高压电缆火灾事故呈现高发态势，而现有的电缆火灾探测技术难以同时快速并准确地发现高压电缆火灾隐患。高压电缆外护套多由聚乙烯（Polyethylene，PE）等高聚物组成，温度过高时易分解生成 CO、烯烃类气体等一系列和温度有关联且在空气中鲜见的气体。通过研究这些高压电缆PE外护套热解特征气体与温度之间的相关联系，不失为一种实现高压电缆火灾早期预警策略。为此，本文开展了以下研究：　　首先，本文通过氧消耗燃烧性能测试实验获得了高压电缆 PE外护套材料的火灾特征指标，分析了不同辐射强度下的各项火灾特征指标。实验结果表明辐射强度变化对各项火灾特征指标都呈现出了一定的规律：辐射强度增加会导致火灾危险性增大。初步掌握了PE外护套材料的火灾特征，为后续开展90～250℃范围内PE外护套热解实验奠定了基础。　　然后，在基于自行搭建的高压电缆热解实验平台上开展不同温度和不同湿度下的高压电缆 PE外护套热解实验。通过傅立叶红外法与气相色谱法，对不同温度下 PE外护套热解气体产物进行定性及定量分析。在两种不同测试方法下，热解气体产物生成特征整体较为一致：PE外护套热解会生成CO2、CO、烷烃、烯烃、炔烃类气体，并且各热解气体生成量均随温度上升而增加;此外，CO2和 C2H2是产生最早也是最多的气体;对于烷烃、烯烃、炔烃而言，炔烃最先生成且生成量最多，其次为烯烃，而烷烃最后生成且生成量最少。不同湿度下的 PE外护套热解实验发现：随着湿度的增大，热解气体生成量呈下降趋势，并且在湿度较低情况生成量越大的气体这一下降趋势越为明显，甚至可能会出现气体不再生成的情况。　　最后，根据高压电缆 PE外护套热解实验提取出了 PE外护套热解特征气体，进一步构建了PE外护套热解气体特征量，并基于这些热解气体特征量，采用灰色相关算法与多项式拟合算法，提出了高压电缆PE外护套过热状态初步评估方法。　　本文进行了高压电缆 PE外护套氧消耗燃烧性能测试实验研究，分析了不同温度下以及不同湿度下的高压电缆 PE外护套热解产气特性，最终初步构建了高压电缆 PE外护套热解气体特征量，为未来高压电缆火灾早期预防提供了实验依据与理论支撑。

关键词： 10kV电力电缆   施工   故障   防范措施  

摘要： 在10kV电力电缆施工过程中，因为各种原因，导致一些故障出现，例如在施工过程中电缆质量问题、由于空气中水分含量大和不良天气原因导致绝缘体腐蚀、施工不规范导致的各种安全隐患问题等。这些故障问题会影响电力电缆的质量，导致工程建设项目的核心作用无法有效发挥。对此，相关部门需要针对10kV电力电缆施工中常见的故障进行分析研究，从而采取有效的防范措施，以保证工程项目的高质量、可持续发展。本文也将针对当前10kV电力电缆施工中常见的故障和防范措施进行分析。

关键词： 局部放电   电力电缆   光纤传感技术   声波检测  

摘要： 电力电缆绝缘状态的可靠性对于电力系统的安全运行至关重要,局部放电检测是评估电力电缆绝缘状态的有效手段之一。声发射检测技术由于其具有非侵入式、在线检测、易于实现空间定位等优势,在电力设施局部放电检测中得到了广泛的应用。然而,电力电缆分布范围广、传输距离长、敷设环境特殊、放电位置随机以及局部放电声发射信号频带宽等特点,造成局部放电的检测与定位困难,电力电缆局部放电的声发射受放电强度、放电通道尺寸以及电缆多层介质等因素影响,导致声发射机理复杂,局部放电声发射信号弱,易受噪声干扰,影响信号的特征提取与辨识。因此,本文针对电力电缆局部放电声发射检测开展研究,构建电力电缆局部放电声发射瞬态过程模型,为局部放电声发射检测奠定理论基础;研究并设计相-频调制分布式光纤声波传感系统,为实现长距离下的局部放电声发射信号宽频响应检测及定位提供技术手段;通过分析局部放电声发射信号的时-频分解特征,提升局部放电检测信噪比;研究局部放电声发射信号的特征分布规律,实现局部放电类型及演化阶段的辨识。具体研究内容如下: (1)电力电缆气隙放电的声发射及瞬态过程建模与分析。建立圆柱形气隙缺陷局部放电感应电荷模型,分析了弛豫时间和功率密度随放电量和气隙高度的变化规律。分析声发射源与感应电荷模型之间的关系,确定了放电量和气隙高度对声发射源的影响规律。考虑电力电缆多层介质对声波传播的影响,构建了声发射瞬态模型。通过有限元分析和实验验证,确定了声波强度与放电量呈正相关,线性拟合的R-square为0.9895;声波频率与气隙高度呈负相关,线性拟合的R-square为0.9589。 (2)面向电力电缆局部放电声发射检测的相-频调制分布式光纤声波传感系统设计。从相位域构造多相位脉冲调制方案,进一步突破传感距离与空间分辨率的相互限制,解决旁瓣抑制比对压缩脉冲瑞利旁瓣噪声影响的问题,提升传感系统的检测灵敏度。从频率域构造无串扰频分复用调制方案,实现传感距离与频率响应带宽的同步提升。分析了多信道串扰噪声对信号解调的影响,设计出升余弦滚降串扰噪声抑制方法。构建分布式光纤声波传感系统的相-频联合调制方案,解决了电力电缆局部放电声发射检测中的长距离、高定位精度和宽频响应之间互相制约的难题。实验证明在5 km的传感距离与5 m的空间分辨率下,频率响应带宽从10 k Hz提升到100 k Hz,传感系统基底噪声小于0.02 rad,并验证了传感系统可实现多点定位与检测。 (3)电力电缆局部放电声发射信号多固有模态分解和改进复数全卷积神经网络的自适应时-频降噪方法研究。分析分布式声波传感系统中相位噪声的概率分布函数,获取了信号检测过程中的相位噪声分布范围。针对局部放电声发射信号采用变分模态分解,获得具有高斯平稳过程的多个固有模态。依据局部放电分解规律设计了样本熵判决条件,确定了多固有模态最优分解层数。构造融合复数卷积模块的全卷积神经网络,结合传感系统相位噪声分布范围训练了神经网络,实现了时-频域中放电信号和背景噪声自适应区分。表明在实验选取的复杂噪声干扰下,降噪后局部放电声发射信号的底噪稳定维持在0.01 rad,Pearson相关系数达到0.9820。 (4)电力电缆局部放电声发射信号的数据降维与特征提取。通过相-频调制分布式光纤声波传感系统对电力电缆局部放电进行检测与降噪处理,分析不同缺陷类型下的声发射信号。针对局部放电声发射信号进行同步提取变换,获得具备高时-频分辨率的时-频分布结果。采用主成分分析对局部放电时-频分布预处理,降低数据降维的复杂度。依据数据降维规律调整均匀流形逼近与投影方法的超参数,实现局部放电声发射信号的特征提取。实验表明依据数据降维后的特征分布规律,可以准确辨识局部放电类型及放电演化阶段。