故障电缆波形的时域分析及仿真研究

论文摘要

众所周知,传输电力的电力网主要依靠架空线路和电力电缆,随着电力电缆应用成本的下降和城市电网改造工作的开展,电力电缆便担负起城市美化和电力传输的重任。到目前为止,电力电缆故障的精确测距仍然缺少有效方法。本文就电缆故障中概率最高的高阻故障进行深入的研究,采用时域分析的方法研究电缆高阻故障波形和故障点放电模型,并开发了相应的应用程序对该类故障电缆进行时域仿真。由于时域仿真的电缆高阻故障波形与电缆实际高阻波形有着共同的外形特点,所仿真的结果能让电力运行人员对电缆故障测距仪采样得到的波形有更清晰的认识,对提高电力电缆检测人员进行电缆高阻故障的定位的准确率,起到一定的辅助作用。本文以传统的有损传输线模型为基础,对电力电缆故障诊断技术进行理论性研究。把有损传输线剖分成相等的单元,推导出适用于具有高阻故障的不同故障模型的波动方程。而后采用欧拉改进法对其进行时域分析。在时域仿真部分,本文运用自行研制开发的基于Windows平台的故障电缆波形仿真程序对电缆低阻故障、高阻故障、开路故障的仿真。对电缆高阻故障,通过改变仿真中的参数(电缆长度、剖分段数、球间隙的宽度、仿真步长、故障点距离、故障点模型等),来比较得到的仿真波形,计算故障点的距离,并从仿真图形中总结出电缆高阻故障波形的规律。结合工程实际中的故障波形进行比较,可以从电磁波动的角度更好的理解故障波形的特点,对现场实地操作有一定指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究该课题的目的及意义
• 1.2 电缆故障产生原因及故障类型综述
• 1.2.1 电力电缆发生故障
• 1.2.2 电缆故障的形式
• 1.2.3 电缆故障的类型
• 1.3 国内外电缆故障测距方法介绍
• 1.4 行波法所面临的问题
• 1.5 本文完成的主要工作
• 第二章 行波测距的原理综述
• 2.1 传输线理论的有关概念
• 2.1.1 传输线的概念
• 2.1.2 均匀传输线
• 2.1.3 一次参数
• 2.1.4 一次参数的分布
• 2.1.5 波阻抗
• 2.1.6 反射系数
• 2.1.7 透射系数
• 2.2 传输线路的波动方程
• 2.3 小结
• 第三章 有限长传输线波动方程的推导及分布参数计算
• 3.1 电磁场理论中传输线波动方程的推导
• 3.1.1 由完纯导体组成的两线均匀传输线
• 3.1.2 由非完纯导体组成井且导线周围的介质不够理想
• 3.2 有限长二线均匀传输线的波动方程
• 3.2.1 第一段的波动方程
• 3.2.2 总的波动方程
• 3.3 有限长有损耗均匀传输线分布参数的计算
• 0的计算'>3.3.1 电导G₀的计算
• 0的计算'>3.3.2 电容C₀的计算
• 0的计算'>3.3.3 电感L₀的计算
• 3.3.3.1 自感的计算
• 3.3.3.2 互感的计算
• 0的计算'>3.3.4 电阻R₀的计算
• 3.4 小结
• 第四章 故障电缆模型的时域分析
• 4.1 传输线暂态过程的偏微分数值解法
• 4.2 确定边界条件
• 4.2.1 始端边界条件
• 4.2.2 终端边界条件
• 4.3 建立有限长度的有损耗均匀传输线波动方程数值解计算模型
• 4.4 关于时域求解的探讨
• 4.4.1 雅克比和高斯塞德尔迭代法介绍
• 4.4.2 方阵乘幂求和法
• 4.4.2.1 误差估计与可行性分析
• 4.4.2.2 算例
• 4.4.3 离散波动方程组的求解
• 4.5 电缆故障波形时域分析的应用
• 4.6 小结
• 第五章 电缆故障波形时域仿真程序的实现
• 5.1 程序主要功能框架
• 5.2 程序功能实现
• 5.2.1 脉冲电压法
• 5.2.2 脉冲电流法
• 5.2.3 低压脉冲法
• 5.2.4 电桥法
• 5.3 小结
• 第六章 仿真算例与实际波形的比较
• 6.1 本章目的
• 6.2 各种标准波形和仿真波形
• 6.2.1 低压脉冲测试波形
• 6.2.2 故障电缆仿真程序仿真波形
• 6.2.3 高压闪络测试波形
• 6.2.4 故障电缆仿真程序仿真波形
• 6.3 针对不同的算例的参数说明
• 6.4 低阻和短路故障
• 6.4.1 故障发生在始端50米处
• 6.4.2 故障发生在中间200米处
• 6.4.3 故障发生在末端350米处
• 6.5 高阻故障
• 6.5.1 500米电缆末端450米处发生故障
• 6.5.2 500米电缆中间250米处发生故障
• 6.5.3 500米电缆始端50米处发生故障
• 6.6 开路故障
• 6.7 小结
• 第七章 结语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文情况