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关键词： 电力电缆   电缆引燃   天梯电弧   电缆防火检测  

摘要： 随着电网规模扩大,电力电缆在电力系统中的重要程度与日俱增,对电缆防火性能提出了更高的要求。在电缆火灾的诸多起因中,由电弧引发的火灾占比超过50%。故本文以电弧作为试验火源开展电缆引燃与防火性能检测研究,为电缆防火评估及火灾预防提供了重要参考。 首先,本文采用一种基于天梯攀升的电弧火源装置,并对该电弧火源的击穿与维持特性、电弧攀升特性、稳态特性以及等离子体特性进行研究。对于天梯电弧火源,其电极底部间距越大,击穿电极所需的电压越高;顶部间距越大,维持电弧所需的电流越大。电弧的攀升速率则与电极表面光滑程度、底部电极间距以及施加的电弧电流正相关,与电极夹角负相关。电弧稳定后,电弧的高度、弧长以及功率随电弧电流以及电极顶部间距的增大而增大,且增大电弧电流可提高电弧火源温度。随后针对一起因铠装层互联错误造成外护套引燃的电缆火灾进行分析,结果表明电弧火源装置在温度以及火源传热效果方面可实现对该火灾中电弧火源的等效。 其次,本文以高压电缆中的常见防火材料制作试验样本,依托氧指数试验平台与垂直燃烧实验平台,分别采用电弧火源与传统燃气喷灯火源开展防火性能检测试验。结果表明,在氧指数检测中由于引燃时间较短,试验受火源类型影响较小,而主要与电缆材料性能相关。在垂直燃烧检测中,由于相同功率下电弧火源温度远高于传统火源,且温度更集中传热更迅速,检测时电弧火源使试样表面温度更高,其导致在电弧火源下试样燃烧更剧烈。因此对于相同试样,其在电弧火源下的防火性能表现明显劣于以传统火源进行检测。 最后,在标准化电缆通道内开展电弧引燃高压电缆的试验,研究发现电缆引燃过程可分为电缆阴燃、出现明火以及电缆燃烧三个阶段,通过对CO、HCl气体以及PM10烟颗粒浓度进行监测可反应早期电缆引燃。进一步地,依照作用方式将电缆防火产品分为阻止火焰纵向穿越、阻止火焰横向穿越、阻止火焰在表面蔓延以及扑灭火焰四类。随后依次对含防火产品的电缆开展燃烧试验,采用熵权TOPSIS法对试验参量进行整合,并通过对比各样本与理想距离的相对接近度,建立电缆整体防火性能的评测方法,实现对电缆整体防火性能的评估。

关键词： 电力电缆   有限元   敷设方式   温度场   载流量  

摘要： 载流量是电力电缆传输能力的最重要指标之一,准确地评估电力电缆载流量对于提升电力电缆线路的传输容量,提高电力电缆工作可靠性和运行经济性,延长其使用寿命有着重要意义。但是,电力电缆在实际工程中敷设环境恶劣而且复杂,这给载流量的准确测量或计算带来了很大的困难。基于上述原因,本文以110 k V和35 k V交联聚乙烯(Cross-linked polyethylene,XLPE)电缆为研究对象,采用COMSOL有限元软件建立了不同敷设方式下的这两种电压等级电缆仿真模型,对电缆的温度场分布及载流量数值进行了计算,研究了不同敷设方式对电缆温升和载流量的影响。具体研究内容如下:首先,介绍了热传导、热对流和热辐射这三种传热方式的导热微分方程,以及所对应的温度场边界条件,基于传热学分析了直埋敷设和沟道敷设的多物理场计算原理,利用COMSOL有限元仿真软件分别建立了直埋敷设和沟道敷设方式下XLPE电缆及不同环境的仿真模型。其次,在直埋敷设的基础上考虑了回填沙土、加盖混凝土保护板、装设套管等多种因素,建立电磁场、热场和流体场的耦合模型,分析了直埋敷设方式下的上述几种因素对电缆温度场变化及载流量的影响。结果表明,回填沙土能够提升电缆载流量,但随着回填沙土厚度的增加,电缆载流量的提升速度逐渐变缓;加盖混凝土保护板提升载流量效果不明显,与不加盖混凝土保护板时相比提升幅度小于0.5%;在排管内填充高导热材料可提升电缆载流量,与无填充情况相比,三相均填充高导热材料与中间相填充高导热材料、其他两相填充低导热材料对载流量的提升幅度均高于50%。最后,研究了沟道敷设对电缆温升和载流量的影响。结果表明,沟道内敷设的电缆为同一电压等级时,敷设的回路数越少,电缆的载流量越高;对于110 k V和35 k V电缆而言,由三回路减少至两回路时,载流量分别被提升了9.55%、8.86%。电缆间距对载流量提升有较大影响,载流量随电缆间距的减小而逐渐下降,尤其当间距小于电缆半径时载流量下降幅度较为明显,电缆紧挨排列时载流量的下降幅度最大。对于沟道内等距敷设不同电压等级电缆时,高电压等级电缆的载流量有所提高,低电压等级电缆的载流量与回路排列位置相关,即位于高电压等级电缆上方时载流量有所提高,反之,有所下降;沟道内不等间距敷设不同电压等级电缆时,各电压等级电缆的载流量升降与回路排列位置无关,均呈现下降趋势,且低电压等级电缆的载流量下降幅度明显。多回路电缆不规则混杂敷设时,沟道内温度场分布极不均匀,各电压等级电缆载流量大幅度下降。

关键词： 高压单芯电缆   海底三芯电缆   多导体传输线理论   影响因素分析   单位长参数计算   邻近效应  

摘要： 高压电力电缆是电网中重要的输电设备,在电网输电、变电站内部配电和工业用电等领域广泛应用。随着中国城镇化建设的推进和新能源发电的发展,城市地下电缆和海上风电的海底电缆应用越来越广泛。电力电缆发生故障时存在电磁暂态过程,因此对于电缆进行准确的宽频建模并分析相关影响因素至关重要。本文首先根据多导体传输线理论建立了三相单芯电缆系统的模型,计算了电缆的单位长阻抗和导纳参数,并针对不同铺设环境进行了讨论,给出了电缆模型基于级联参数的感应电压和感应电流计算方法。并且针对同一算例分别使用PSCAD和本文编程方法进行了计算,对二者计算结果进行了对比分析,验证了本文编程计算的有效性。其次,为了更好地建立高频范围内的电气参数,使用导体细分的方法对电缆进行了建模,详细地给出了导体细分方法建模的流程。并与解析公式计算结果进行了对比分析,证明单芯电缆在低频时受到邻近效应的影响较小,在高频范围内由于邻近效应变得显著,两种方法的计算结果存在一定差异。在此基础上对带有铠装的三芯电力电缆进行了完整建模。细分导体的方法可以良好地对三芯电缆铠装厚度有限和铠装厚度无限两种情况进行建模,最后分析了剖分密度对于计算结果的影响。最后,分析了不同频率下电缆排列方式、埋地深度、土壤电阻率、土壤分层情况、电缆间距对于电缆参数的影响。电缆排列方式变化对电缆本身参数影响不大,但是对称排列结构会使得电缆的互阻抗变得趋于一致。电缆埋地深度对电缆参数影响不大。土壤电阻率在100Ω·m范围内变化对电缆参数的影响较大,大于100Ω·m时土壤电阻率对于电缆参数影响不大。电缆间距的改变主要影响电缆之间的互阻抗,对每相电缆自身之间的参数影响不大。土壤分层情况下电缆埋设位置距离空气层和第二层土壤越远受到的影响就越小。

关键词： 变色油墨   电力电缆   高温预警   有限元分析  

摘要： 随着输电等级的不断提高和输电容量的不断增长,电力电缆因局部过热导致的线路故障和灾害日益频繁。由于电力电缆的温度监测具有监测范围广泛,内部温度获取困难等固有难处,包括解析法和数值法在内的主流温度场计算方法不能很好地完成运行现场中电缆温度场的计算任务,现行温度监测方法亦难以满足电缆温度监测全程式、非侵入式的要求。 为了寻找适合电力电缆使用场景的测温方法,开展了新型变色油墨的温变特性研究。从变色油墨的变色原理入手,介绍了变色油墨的制备过程,提出了组合色块提升变色油墨测温精度的方法,分析了变色油墨在电力领域的适用性,并设计了变色油墨测温的整体方案。 针对电力电缆内部层温度的获取问题,依托ANSYS有限元仿真软件,搭建了电力电缆的运行仿真模型,并对其温度场的分布情况进行了输出。重点探讨了线芯载流量和环境温度两方面因素对电缆稳态温度场的影响。利用不同运行条件下电缆表皮温度与绝缘层温度及线芯温度差值的仿真值,拟合得到了YJV8.7电力电缆的表皮温度与绝缘层温度及线芯温度的差值曲线,搭建了联系表皮温度和绝缘层温度及线芯温度的桥梁。 最后,构建了一套基于变色油墨的电缆沟中电缆集群高温预警系统。此系统可在满足电力电缆全程式、非侵入式测温要求的同时,完成故障区段缺陷等级的划分,且具有低改造和建设成本,高适用性等优点。

关键词： 综合评价   指标体系   组合赋权  

摘要： 当前,电力电缆产品质量评价方法过于简单,只对产品是否合格进行判断,无法满足电力行业的管理需要。为了改进电力电缆产品质量评价方法,本文提出一种基于博弈论的电力电缆产品质量综合评价模型,以提高评价的准确性和可靠性。为实现电力电缆产品质量评价模型的应用及服务,本文完成数字化电力电缆产品质量综合评价系统的设计与开发,该系统可为电力电缆供应商和采购方提供更客观、全面和可信的产品质量评价服务。具体工作如下。首先,论文对电力电缆产品质量综合评价进行需求分析。在此基础上,按照综合评价的流程,比较每个环节的可选方法的优劣,得到适合电力电缆产品质量评价的最优方法组合。提出基于博弈论的组合赋权方法。其次,构建电力电缆产品质量综合评价模型并进行实例验证。该模型综合考虑定量和定性因素,选取9个评价指标,形成评价指标体系,确保评价指标的客观性和代表性。然后采用模块化设计思想,将模型划分为指标预处理模块、指标赋权模块和质量评分模块,详细设计每个模块的输入输出和功能。最后对其进行实例验证和优良性测度。结果表明,该模型在电力电缆产品质量评价方面具有可行性和有效性。最后,设计和实现电力电缆产品质量综合评价系统。完成系统的逻辑架构、技术架构、页面布局、系统功能和数据库的设计,实验结果表明该系统能为电力电缆产品质量综合评价模型的实现和应用提供支持。本研究提出的建立科学电力电缆产品质量综合评价模型的具体方法和实现步骤,能够为相关领域的研究和实践带来参考价值。

关键词： 电力电缆   故障定位   人工智能   信号识别  

摘要： 随着经济社会的高速发展,各行各业用电需求与日俱增,对电能质量的要求也愈发提高,推动了坚强智能电网建设的跨越式发展。作为配电线路电能传输的关键载体与城市功能运转的支撑动脉,电力电缆被广泛应用于电力工程建设之中,使用数量日渐增多,位置分布日趋复杂。然而,一旦地埋式电缆出现故障,若不及时消除,将会威胁电网安全,严重影响企业生产与居民生活。因此,面对突发电缆故障亟需尽快定位、修复故障,恢复供电。在传统电缆故障定位操作过程中,测距与定点离不开人工识别故障信息并且手动标定脉冲时延,存在依赖主观判断、定位效率低下的局限性。为摆脱传统定位方法依靠人工识别与手动标定的制约,本文利用实测数据研究基于人工智能的测距和定点方法,旨在提高电缆故障定位的自动化和智能化水平,论文主要工作及成果如下:(1)提出了一种基于放电波形智能识别的电缆故障测距方法。分析脉冲电流测距法和二次脉冲测距法的系统构成和工作原理,鉴于识别击穿放电波形是进行故障测距的前提,设计基于PSO-SVM的击穿放电波形识别算法,综合时域和频域特征量刻画击穿与未击穿放电波形关键差异,构建了 PSO算法优化的SVM识别模型,在训练测试后针对击穿放电波形进行智能识别。识别之后利用小波模极大值自动标定脉冲电流放电波形的测距时差,利用Pearson相关系数自动标定二次脉冲放电波形的测距时差,由算法输出准确故障距离测算结果,实现电缆故障放电波形的智能识别和自动测距。(2)提出了一种基于声磁波形智能识别的电缆故障定点方法。分析声场、磁场分布规律以及声磁同步法定点原理,为摆脱人工听辨声磁信号的局限性,设计基于CNN的声磁波形智能识别算法,通过CWT生成时频图刻画声磁信号与干扰信号的关键差异,构建GoogleNet-CNN识别模型对声磁信号进行正确识别。识别之后针对手动标定声磁时差存在观测误差的问题,设计了基于EMD-TEO的声磁时差自动标定算法,利用EMD分解滤除混叠噪声,利用TEO自动标定波形起点,量化声磁信号时差,根据时差大小判断故障点具体位置,实现电缆故障声磁波形的智能识别与自动定点。(3)通过采集现场实测数据,分别对基于放电波形智能识别的电缆故障测距方法以及基于声磁波形智能识别的电缆故障定点方法进行验证,评估识别模型对于故障信息的智能识别效果,测试标定算法对于脉冲时差的自动标定效果,以测距计算故障距离和定点搜寻故障位置,实验结果证明所提方法可以实现对电缆故障的快速准确定位。

关键词： 10kV   电力电缆   故障统计  

摘要： 10kV及以上线路在使用时要从多个角度考虑问题,只有全面了解引起线路失效的内外原因,才能防止线路损坏和线路受外界因素的干扰。

关键词： 国家电网   输电电路   电网结构   电力电缆   常见故障  

摘要： 在我国电网事业不断发展的同时,其建设规模也呈现出了快速增加的趋势,实现了对电网整体结构的不断优化和升级。电网结构的核心组成内容为输电电路,社会各界对输电电路运行质量的关注度逐年提高,电力电缆在电路运行时起到了非常关键的促进作用。从电网发展的现实情况出发,电力电缆出现故障的几率非常高,需要采取积极的措施予以快速的处理。本文对电力电缆的基本概念进行了深刻的剖析,同时对输电电路电力电缆的常见问题进行了透彻的了解,采取积极的措施来高效的解决电力电缆故障问题。

关键词： 物联网   电缆状态检修   日常维护  

摘要： 电力物联网由前端传感器、通讯模块、数据处理中心等组成,可以实时采集被监测对象的基本参数。计算机将温度、电流、振频等参数进行统计、分析后,通过智能判断或人工分析,可以掌握电力设备和电缆的工况,为日常维护和故障修理提供了参考。首先设计了基于物联网的电力电缆状态检修系统,该系统主要包括感知层、网络层和应用层三部分。随后以某110 kV变电站电缆故障为例,在故障原因分析的基础上,使用基于物联网的电缆状态检修技术进行了故障溯源。结果表明,其中一个监测点的温度异常升高,据此可以缩小故障查找范围,为及时、准确地查找故障提供了技术支持。

关键词： 电力电缆载流量   机械通风量   隧道敷设方案   数据拟合   等效数学模型  

摘要： 隧道敷设电力电缆载流量在机械通风作用下得到显著提升,但载流量提升引起电缆发热量增加又对机械通风量提出更高需求,二者相互影响最终达到动态平衡。相关规范给出的载流量和通风量计算方法较繁琐,不易找出二者对应关系。为此选取典型规模隧道敷设方案,通过载流量和通风量计算结果绘制曲线并采用SPSS分析软件进行数据拟合,得出简化后的等效数学模型。通过研究找到了隧道内电缆载流量和机械通风量对应关系,提升了设计效率,为优化电缆布置和机械通风配置方案提供了依据。