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关键词： 电力电缆   管理模式   发展   展望  

摘要： 随着全球能源互联网理念的提出以及电力互联互通进程的推进,伴随着城市化进程、新能源项目的大力发展,对电力电缆的需求与日俱增,也使电力电缆管理模式研究受到各方关注。本文研究梳理分析了电缆管理模式技术的发展过程,结合目前正在兴起和逐步应用的新技术,提出未来新型电力电缆管理系统应基于大数据、云计算、物联网、人工智能、移动互联网、区块链的发展趋势,实现精益化和规范化管理,提高电网运维管理效率和智能化水平。

关键词： 电力电缆   物联网   状态全息感知   主动预警防护   通信  

摘要： 提出并设计一种基于物联网技术的电缆状态全息感知与报警系统,集成了无线传感器网络技术、自供电技术、多源感知技术、火灾联动控制技术。该系统可根据实际需要,采集并监测电缆沟井内的温度、烟雾、有害气体、液体溢满、设备倾斜等传感数据,旨在解决电力电缆监测系统部署困难、电缆沟环境复杂、安全隐患大等问题。通过多感知单元实现了数据的前端汇集,构建强边缘计算终端,实现预警前移,大幅降低电缆的运行风险。通过试验测试证明该系统方案可行,部署便捷,数据准确。

关键词： 电力电缆   绝缘性能   终端接头   修复技术   影响机理  

摘要： 电力电缆因具有占地面积少、线路损耗小等优点而被广泛应用于电力传输领域,其绝缘性能对供电可靠性有着极其重要的影响。在电场、温度、应力等因素的作用下,电力电缆及终端接头不可避免地会出现绝缘缺陷,劣化修复技术主要是在缺陷出现后能够快速、准确地对绝缘缺陷进行修复的方法。对此,阐述了电力电缆及终端接头的劣化原因,介绍了温度、机械应力、施加电压、空间电荷注入、污秽积累等因素对电力电缆及终端接头劣化的影响机理及规律。总结了目前常见的电力电缆及终端接头的修复技术并说明了各自的应用范围和优缺点,并针对电缆劣化机理、劣化修复技术和终端接头修复技术等方面提出相关建议。

关键词： 电力设备   电流互感器   电压互感器   自动装置   隔离开关   电力电缆   穿墙套管   中低压电网  

摘要： 本刊“电力设备”栏目征集以下内容稿件:中低压电网中的电力设备运行、状态在线监测、合理安排检修和设备更新、实现电力设备全寿命优化管理,以及中低压网建设与维护中应用到的各类施工设备和经验。涉及设备包括电气一次设备和二次设备,如发电机、电动机、变压器、断路器、隔离开关、接触器、熔断器、电压互感器、电流互感器、电力电缆、绝缘子、穿墙套管、继电保护及自动装置、直流电源设备等,探讨其功能特点与推广应用,研究分析其应用运行中所存在的问题及解决办法等。

关键词： 电力电缆   早期故障   次周期扰动模型   波形相似度   行波法  

摘要： 电力电缆绝缘从具有缺陷到完全击穿经历三个阶段:局部放电、早期故障、永久故障。在早期故障阶段,由于严重的局部绝缘缺陷,在电缆芯线和金属护层间会反复出现可自清除电弧放电,该类放电引起较局部放电显著得多的电气量改变,可观察到明显电力扰动。当电缆进入早期故障阶段后,会在短时间内发展成永久故障,因此早期故障形成的电力扰动可以作为永久故障的预警信号,对其检测有助于及时发现严重电缆绝缘缺陷,防止永久故障的发生。论文以目前使用最为广泛的10kV单芯交联聚乙烯电缆为对象,研究早期故障形成的电力扰动特征及发展规律,探索电缆绝缘早期故障模型、检测及定位方法。论文的主要工作内容如下:（1）提出电缆早期故障次周期电压扰动模型。通过对具有人为绝缘损伤的电缆进行实验,获得大量早期故障形成的电压扰动信号,采用希尔伯特变换与信号拟合方法对其分析,提出描述电压扰动波形的三个特征参数:锯齿波幅值A、时长T和偏移函数斜率b;基于特征参数,建立次周期电压扰动的等效电弧激励模型;仿真实验验证了用该模型表征电缆早期故障电力扰动的有效性。（2）提出针对电缆早期故障次周期电压扰动的初检和复检二步检测方法。初检阶段,利用改进的Ruzicka波形相似度评分函数对输入的电压波形进行初检,筛选出电压波形中可能存在的电力扰动;复检阶段,采用信号拟合方法,计算原始信号与拟合信号之间的拟合优度R2值,通过对R2评估排除初检中因检测窗划分导致的误检;提出的方法考虑了采样频率、背景噪声、系统谐波等对波形相似度和R2的影响;仿真验证了所提检测方法的准确性。（3）提出基于双端行波法的早期故障定位方法。基于电缆早期故障检测结果,分析双端行波法对电缆早期故障电力扰动定位的适用性及影响其定位精度的关键参数;针对行波波头难以标定的问题,提出采用基于派克变换与S变换的行波波头标定方法,将交流信号转变至直流信号,突出行波畸变位置,便于准确进行波头标定;仿真实验验证了所提方法的准确性。

关键词： 铁路电力电缆   故障分析   电缆运维   停电试验   在线监测  

摘要： 近年来随着铁路的快速发展,尤其是高速铁路已成为“国家名片”,铁路电力设备也迎来了大发展。10kV电力线路作为为铁路沿线重要负荷输送电能的唯一途径,作用举足轻重。其中由于电力电缆运行的可靠性和环境友好等原因,无论是旧线改造、还是新线建设,其使用量逐年增长,高铁电力线路更是绝大多数都为电缆线路。所以10kV电力电缆运行是否安全可靠,关系着铁路行车及运输安全。提高铁路10kV电力电缆运行可靠性,对于铁路供电系统来说十分必要,对于电力电缆故障分析及高质量运维具有重要意义。论文针对10kV电缆的运行现状及需求,研究了电缆的故障定位方法,运行维护方法与预防性试验方法,具体内容如下:针对铁路10kV电力电缆典型故障特点,完善了Crow-AMSAA电缆故障预测模型。统计分析了典型10kV电缆的故障类型和故障原因,获得了电缆的故障统计特性,对比了电缆故障测距方法和故障精确定位方法,为10kV电缆检修策略提供依据。分析了10kV电缆的预防性试验方法。对比了绝缘电阻试验、耐压试验等停电试验方法的有效性,红外检测、局部放电检测等带电检测方法和直流分量法、叠加法等在线监测方法有效性,分析了各种方法的适用性,提出现阶段铁路电力电缆预防性试验可行性。提出了适用于铁路10kV电力电缆的“离线+在线”的检测方法及运维试验办法,综合振荡波局放检测技术、荧光光纤在线测温技术及基于行波双端测距的故障在线预警和精确定位技术,通过现场应用,验证了可行性、实用性及可靠性,提升了铁路10kV隐患发现的及时性。图64幅,表8个,参考文献56篇。

关键词： 电力电缆   故障诊断   故障定位   BAS算法   时延估计算法  

摘要： 科学技术的发展促进了电气设备的智能化和多元化,为人们美好生活提供便利的同时致使供电系统变得更加复杂。电缆是整个电力系统传输电能的纽带,对于电力系统的稳定运行至关重要。然而,电缆在运行中不可避免的会因各种各样的问题引发故障,如果不及时处理,会给生产生活带来不可估量的损失。因此,及时有效地诊断电缆故障并定位故障点以快速解决问题,对电力系统的供电安全意义重大。本文针对目前电力电缆故障特征不明显导致故障检测效率低、定位精度低以及实时性低等问题,提出了基于云边协同的电力电缆故障诊断与定位系统。该系统包括边缘感知层,网络传输层,云台计算层和应用管理层。其中边缘感知层用于电流故障信号的采集和预处理;网络传输层采用异构融合交互网络将信号预处理结果上传至云台计算层;云台计算层对上传数据进行分析处理,完成电力电缆的故障诊断与定位;应用管理层显示分析结果,为运维人员提供维修决策。本文针对电力电缆应用场景复杂多变、电流信号含有大量噪声干扰的问题,提出了一种基于EEMD融合BAS-CNN-Attention网络的电力电缆故障诊断方法。该方法首先利用EEMD方法对电流信号进行分解,然后通过相关系数筛选出包含故障信息的IMF分量。最后,将特征信息输入到BAS算法优化的CNN网络中,并利用Attention机制关注更显著的特征以降低特征维度,加强网络判别性从而实现精准分类诊断。相比传统的时域和频域分析方法,该方法具有更高的鲁棒性和准确性,有效地提取电力电缆故障信号的特征信息,从而实现故障诊断的可靠性和精度。针对现有电力电缆故障定位方法时间长、效率低的问题,提出了改进的时延估计算法估算出相邻两监测节点接收故障信号的时间差,实现快速定位。本文设计系统应用到淮北矿业集团桃园煤矿配电室高压电缆并进行测试,现场应用表明,该系统实现了电力电缆故障精准监测,达到了预期的设计目标,保障了电力系统安全稳定运行,具备理论研究意义和工程应用价值。图 [53] 表 [12] 参 [81]

关键词： 高压电力电缆   环境取能   开放式磁芯   低功耗   电源管理电路  

摘要： 高压电力电缆作为电网中传输电力的重要手段,及时对电缆的状态进行监测对确保电缆正常运行、提高用电可靠性至关重要。目前电力电缆状态检测主要通过传感器实现,在电缆表面通过接触或非接触方式感应电缆状态信息,通过无线或有线信号将数据传输到终端,实现电缆状态实时监控的效果。作为现代电子技术发展的产物,传感器做到了小型化、集成化,在电力电缆状态检测方面优势明显。但传感器在电力电缆特殊环境下存在能量供应问题,严重限制了传感器的使用。为了解决电力电缆环境下传感器供能问题,学者们提出利用电缆周围磁场为传感器供电的方式,但是如何提高装置适用范围并在有限体积下实现高效率磁场能量获取是需要突破的技术难点。针对上述问题,本文提出了可调式磁芯取能线圈,将环境中的磁场能转化为电能,并利用设计的电源管理电路将获取的电能处理后供给负载使用。文章整体结构如下:本文首先对电力电缆环境下传感器传统取能方式以及自环境取能方式进行调研并做优缺点比较,提出了磁场取能的方法并说明该方法具有较高的应用价值。在磁场取能方式确立后,对取能线圈磁场取能原理进行推导计算,然后对常用高压电力电缆分类并分析周边磁场方便取能线圈设计。基于上述分析通过有限元仿真软件对取能线圈核心部分磁芯进行材料和结构的建模计算,提出可调式磁芯设计来优化输出效果,后面结合磁芯及取能环境设计合理的线圈域再次提高功率输出。其次,通过得到的取能线圈输出数据,采用电路仿真软件对电源管理电路进行设计。该电路主体包括整流、滤波和稳压电路,为了提高电路的可靠性以及适用范围,电路中设计加入冲击电压保护模块以及储能模块。最终将电路输入端获得的交流电转化成稳定直流电输出,供负载使用。最后,通过以电力隧道为背景环境,单芯交联电力电缆为主体构建实验平台,测试取能线圈实验效果。在实验测试阶段,首先对比取能线圈的实验波形与仿真波形,再探究距离对取能线圈输出影响。然后利用实验室交流信号发生器对设计的电源管理电路模块进行实验探究,测量磁场取能装置整体输出效果,包括开路电压、输出功率以及带载能力,并通过放电实验验证电路可靠性。整个取能装置适用于不同电压等级、不同尺寸的电力电缆,易安装和拆卸,可调磁芯体积和质量都小于传统环绕式磁芯且磁芯不易饱和,输出功率在一定程度上满足传感器等低功耗负载使用。设计的电源管理电路功耗低,并可在减小供能死区的同时可稳定输出3.3V电压,较好地解决了电力电缆环境下传感器供能问题。

关键词： 电力电缆   频域反射法   接头定位   快速傅里叶变换   Kaiser窗  

摘要： 电缆中间接头绝缘较为薄弱,易出现缺陷导致运行故障,掌握已投运的电缆线路的中间接头数量与位置分布尤为重要。频域反射法基于宽频测试,获取信息丰富且抗干扰能力较强,能够用于电缆线路中特征阻抗不连续点的定位中。现有研究多针对实验室内短电缆的缺陷或故障定位,对长电力电缆中间接头定位研究较少。因此,本文围绕频域反射法用于定位电缆中间接头的方法展开理论基础和关键问题的研究。首先,基于传输线理论和传输线波过程原理,建立了电力电缆本体和接头的等效电路模型,研究接头的频域特性及其对电缆首端输入阻抗谱的影响。研究表明,电缆中间接头特征阻抗沿其轴向方向的变化趋势为先增大后减小再增大再减小,接头各部位的衰减系数为电缆本体的0.45～1.22倍、波速为电缆本体的0.685～1.003倍。电缆本体首端输入阻抗谱是具有一定周期性的曲线,电缆中间接头会在其引入由接头位置和波速决定的周期性分量,根据此原理通过信号分析方法定位接头位置。其次,基于离散信号傅里叶分析理论基础,提出了基于电缆首端输入阻抗虚部频谱定位电缆中间接头的方法。研究表明,加Kaiser窗能有效提高接头的分辨能力;数据尾部补零能够增大定位结果的分辨率;增大扫频范围、减小窗函数主瓣宽度,可避免主瓣之间出现重叠现象;减小扫频间隔可避免后续多次反射带来的“伪主瓣”现象;以分贝作为单位时,接头主瓣峰值将随着空间位置的增加而线性递减,且扫频范围越大,线性递减程度越大。在仿真模型中,定位误差为-0.05～0.04%。最后,开展了实验室环境下实物模型的测试实验。实验表明:距首端最近的接头会受到引线的作用,其定位误差更大,为-2.719%,其他空间点的定位误差为0.1%～1.7%。当缺陷程度较小或缺陷与接头间距较小时,将出现主瓣淹没或合并现象,从而造成较大的定位误差。小电阻接地故障对应的主瓣将淹没相邻接头的主瓣,导致无法定位此接头,甚至会影响接地故障成倍距离附近的接头定位效果;当接地电阻大于20倍的特征阻抗时,接地故障对定位效果的影响较小。

关键词： 电缆在线监测   取能线圈   整流升压电路   空间磁场能量收集   三芯电缆   能量管理模块   取能模块  

摘要： 电缆作为城市能源互联网中能量传输的主要载体,其运行状态监测得到密切关注。无线传感器网络作为电缆运行状态监测系统的重要组成部分,也成为学术界与工业界的研究热点。然而无线传感器网络的能量供给成为了限制其发展的最大问题,由于传感器节点具有分布性,并且大部分节点工作环境恶劣,所以很难提供有线供电。因此,在电力电缆应用场景下的空间能量收集技术提供了一种有效解决途径。本文旨在研究用于三芯电力电缆应用场景的空间磁场能量收集技术,针对三芯电缆周围空间的磁场能量收集开展相关理论研究与技术创新,为三芯电力电缆的无线传感器网络提供一种能量供给方案。本文首先介绍了空间磁场能量收集的工作原理。针对三芯电缆内部结构复杂,空间磁场不均匀的问题,研究提出一种电缆周围空间磁场的简化计算模型,推导出三芯电缆周围空间磁场的解析形式。在此基础上,推导出取能装置感应线圈的输出电压,对取能装置的输出电压进行预测分析。利用有限元仿真软件搭建三维模型,验证了简化计算模型的有效性。研究结果为取能装置的布局优化设计提供了理论基础。此外,还对取能模块关键结构参数对输出性能的影响进行分析,对结构参数进行优化计算,得到了取能模块的优化模型。对取能装置的能量管理模块进行优化设计,针对三芯电缆取能模块的布局特点,设计能量管理模块电路拓扑,包括取能模块电路模型,提出一种半波整流升压电路拓扑,搭建基于LTC-3331稳压芯片的电路模型,得到不同电缆负载电流条件下的取能装置的输出特性,证明取能模块在宽范围负载电流条件下能满足传感器节点负载需求,仿真结果证明了上述取能装置的可行性。在取能装置优化设计的基础上,设计实验样机并搭建了实验平台,对取能装置的整体性能展开测试研究。实验结果验证了装置的有效性,并为取能装置应用于三芯电力电缆应用场景进行磁场能量收集提供了重要依据。本文的研究重点在于三芯电力电缆应用场景下的空间磁场能量收集技术,进一步发展了相关理论研究,取能装置系统建模以及仿真分析方法。