电力电缆故障定位方法研究及在线检测装置实现

论文摘要

电力电缆在电力系统中应用广泛,由于电缆绝缘老化、受潮以及机械损伤等因素,随着运行时间增长,故障发生概率有逐年增加的趋势。因此,对电缆故障点在线检测具有迫切的现实意义。本课题旨在通过对电力电缆故障点测距常用方法和技术进行分析和比较,探索易于进行在线检测的方法和技术实现方法。本文以35kV交联聚乙烯绝缘电力电缆为原型,用ATP/EMTP建立了一个电力电缆系统仿真模型,并用该模型仿真了不同接地方式下的故障电流行波波形特征,分析了多种因素对故障行波的影响。故障分析过程中采用小波变换局部模极大值的方法检测故障行波的突变点特征,通过小波的故障点奇异性判据判断是否发生故障,并采用合适的测距算法来计算故障点距离。为了实现电缆故障点的在线检测,本文完成了电力电缆故障点在线监测系统的软硬件设计。硬件部分主要包括DSP工作电路设计、信号调理电路设计、A/D转换电路设计、电源模块电路设计、时钟电路以及复位电路设计。软件部分完成了基于DSP系统的小波算法,以及基于GPRS的无线数据传输工作流程设计。电缆端头一般都不在变电站内,安装在电缆端头的监测装置所测试的数据要采用通信技术才能及时传输到变电站。本文采用公共GPRS无线通信技术进行数据实时传输,将非变电站内的电缆故障点检测数据信息及时传输到变电站调度中心。采用GPRS技术进行通信的优点是不用组网,按流量计费,终端可长时间挂接在网上,通信成本低廉。利用SIM100模块对GPRS无线数据传输性能进行了试验,试验结果显示数据传输准确可靠。本文从电力电缆故障点检测方法和在线检测实现方法两个方面论述了对电缆故障点进行快速诊断的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 本课题研究方法及实验手段
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 国内外研究现状及进展
• 2.1 电力电缆的故障类型
• 2.2 电力电缆离线测距的现状
• 2.2.1 阻抗法
• 2.2.2 行波法
• 2.3 电力电缆在线测距的进展
• 2.3.1 应用高速光电传感技术的电缆故障测距
• 2.3.2 应用小波分析电缆故障测距
• 2.3.3 实时专家系统
• 2.4 本章小结
• 第三章 电缆线路中的波过程与仿真模型
• 3.1 电力电缆中的波过程与波动方程
• 3.2 行波的反射与透射
• 3.3 建立电力电缆仿真模型
• 3.3.1 仿真建模工具和数值分析工具的选择
• 3.3.2 相模变换
• 3.3.3 电缆模型截面参数
• 3.3.4 电缆系统仿真模型的建立
• 3.4 本章小结
• 第四章 电缆线路故障仿真与测距算法实现
• 4.1 不同中性点接地方式下的接地故障仿真分析
• 4.1.1 单相接地故障仿真分析
• 4.1.2 二相及三相短路接地故障仿真分析
• 4.1.3 故障瞬间电压相角对行波的影响
• 4.1.4 故障点与测量端的距离对行波的影响
• 4.2 电流行波的频谱分析
• 4.3 小波在行波法故障点定位中的应用
• 4.3.1 小波分析的基本理论
• 4.3.2 小波变换奇异性检测理论简介
• 4.3.3 信号奇异性的检测
• 4.3.4 仿真算例
• 4.4 不受波速影响的电缆在线故障定位方法
• 4.5 本章小结
• 第五章 电缆故障检测及无线数据传输系统
• 5.1 电缆故障检测系统
• 5.1.1 监控中心
• 5.1.2 GPRS 网络及 GPRS 模块
• 5.1.3 检测单元
• 5.2 基于 GPRS 的电缆故障检测无线数据传输系统
• 5.2.1 GPRS 技术
• 5.2.2 GPRS 组网方式
• 5.2.3 电缆故障检测信息传输的实现
• 5.3 系统软件设计
• 5.3.1 DSP 系统软件设计流程
• 5.3.2 小波算法软件流程图
• 5.3.3 无线数据传输系统流程图
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间发表的学术论文）