电力电缆水树在线检测新方法的研究

论文摘要

随着电力工业的快速发展,交联聚乙烯电缆广泛应用于电力系统。近年来,交联聚乙烯电缆绝缘故障时有发生,严重威胁电网的安全稳定运行。因此,深入研究交联聚乙烯电缆绝缘劣化机理,在线监测交联聚乙烯电缆绝缘状态,对智能电网建设具有重要意义。本文在国内外研究的基础上,着重研究了交联聚乙烯电缆绝缘老化机理和水树的形成过程,以及水树枝劣化对电缆绝缘特性的影响；并对现有的交联聚乙烯电缆水树在线检测方法进行了阐述和分析比较。基于水树的非线性特性,建立了电力电缆水树的Matlab仿真模型,利用该模型对交联聚乙烯电缆水树的交流叠加检测法进行了仿真研究。结果表明：在电缆屏蔽层上叠加50V的交流电压(频率为101Hz)时,可检测到微小的频率为1Hz的特征电流,且该特征电流随水树枝劣化而增大。仿真得到的统计规律与实验结果一致,表明了交流叠加法检测水树的可行性。针对现场微弱特征电流难以检测,在线检测系统灵敏度低的难点,本文提出将混沌控制理论应用于交联聚乙烯电缆水树检测中。利用Duffing混沌振子系统对与周期策动力同频的微弱周期信号敏感,而对频差较大的信号及噪声免疫的特性,构造特定的混沌系统,以测量信号作为混沌振子系统周期策动力的扰动,实现对1Hz特征信号的精确测量,使监测系统能有效发现交联聚乙烯电缆的微小水树枝缺陷,仿真和实验结果表明了该方法的有效性。对交联聚乙烯电缆的绝缘监测具有工程指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本课题的主要工作
• 第二章 交联聚乙烯电力电缆及水树在线检测的方法
• 2.1 交联聚乙烯电力电缆绝缘老化机理及监测
• 2.1.1 交联聚乙烯电力电缆绝缘老化机理
• 2.1.2 交联聚乙烯电力电缆水树的形成和电缆特性的变化
• 2.1.3 水树老化的判断标准
• 2.2 XLPE水树在线检测方法
• 2.2.1 直流分量法
• 2.2.2 直流叠加法
• 2.2.3 介质法
• 2.2.4 交流叠加法
• 2.2.5 其他检测方法
• 2.2.6 研究方法的选取
• 第三章 交流叠加法原理及检测系统的关键技术
• 3.1 交流叠加法检测原理
• 3.1.1 水树枝劣化特征电流
• 3.1.2 水树枝劣化仿真模型
• 3.1.3 仿真结果分析
• 3.1.4 实验及其结果分析
• 3.2 交流叠加法检测系统的关键技术
• 3.2.1 交流信号叠加方法
• 3.2.2 微弱特征电流的测量
• 第四章 混沌理论概述
• 4.1 混沌理论的发展与应用
• 4.1.1 混沌理论的发展
• 4.1.2 混沌理论的应用
• 4.2 混沌基本理论与特点
• 4.2.1 混沌的含义
• 4.2.2 混沌的基本特征
• 4.3 混沌理论用于微弱信号检测
• 4.3.1 弱信号检测的意义
• 4.3.2 混沌检测微弱信号方法的现状
• 第五章 Duffing混沌振子用于交联聚乙烯电缆水树在线检测
• 5.1 基于混沌振子信号检测理论的水树枝劣化特征电流检测方法
• 5.1.1 Duffing系统数学模型及分析
• 5.1.2 Duffing-Homes混沌振子
• 5.1.3 混沌振子检测周期信号机理
• 5.1.4 水树枝劣化特征电流信号检测
• 5.2 实验及结果分析
• 5.2.1 计算机仿真实验
• 5.2.2 实验数据处理
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读硕士期间完成的论文）