交联聚乙烯电缆电树枝引发特性及局部放电分析

论文摘要

随着电力系统的飞速发展,电网电压运行等级的提高,需要技术参数更高,性能更优良,运行更为可靠的输电设备,交联聚乙烯（XLPE）电缆由于其优异的性能,在城市地下配电网中得到了广泛的应用。但是在XLPE电缆的运行中出现的电树枝化现象极大的影响了电力系统的安全运行,本文主要研究了XLPE电缆中电树枝的引发过程与局部放电特性,提出了一种能够有效的分析电树枝发展状态的方法。本文在实验室原有试验平台基础上,建立用于检测电树枝局部放电的高频数字式局部放电监测系统,电流传感器能够在不破坏电缆附件的基础上便捷的检测到XLPE电缆的局部放电信号,并且综合运用硬件与软件的方法有效的去除了环境噪声,试验结果表明监测系统能够在噪声环境下实现对电树枝局部放电信号的监测。为了研究各种因素对树枝引发时间的影响,本文设计了在3种不同类型的缺陷下的电树枝引发试验,经过对比不同缺陷下电树枝的引发时间,发现空气气隙对电树枝的引发有促进作用,符合光降解理论中对电树枝引发机理的描述。为了进一步研究电压对电树枝引发时间的作用,设计了在12kV21kV四个电压等级下以0.1kV/S与1kV/S的两种不同升压速度的电树枝引发试验,发现随着电压与升压速度的增加,电树枝的引发时间也随之缩短,结合光降解理论对试验结果进行分析,认为电压与升压速度的增加使得空间电荷的注入效率提高,加速了聚合物分子的断链,缩短了交联聚乙烯电缆中电树枝的引发时间。本文在φ-q-n图谱的基础上,将统计的方法与时频联合分析方法进行结合,提出了基于统计参量的时频分析方法,即φ-f-q图谱,并利用该图谱分析了在不同老化阶段及不同形态下的电树枝放电特性,发现电树枝放电的能量主要集中在5MHz7.5MHz频带内的- 40°90°、120°250°与7.5MHz10MHz频带内的- 20°90°、150°250°这四个区域,通过对频率成份分析,发现了其变化规律:（1）随着电树枝稠密程度增加,其位于7.5MHz10MHz频带内的放电能量越大;（2）在电树枝发展的早期,电树枝放电的频率主要集中在5MHz至7.5MHz之间,随着电树枝的不断发展,在7.5MHz至10MHz频段内的局部放电信号逐渐增加。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 交联聚乙烯电力电缆电树枝放电特性研究的意义
• 1.2 电树枝化现象的国内外研究现状
• 1.2.1 电树枝的引发
• 1.2.2 电树枝的发展
• 1.3 电树枝放电与XLPE 电缆局部放电的关系
• 1.4 电树枝放电的特征量
• 1.4.1 电树枝放电的特征量
• 1.4.2 电树枝放电特征量的研究现状
• 1.5 论文研究目的和主要工作
• 1.6 小结
• 2 高频数字式局部放电在线监测系统设计
• 2.1 引言
• 2.2 高频传感器系统的设计
• 2.2.1 电流传感器参数的确定
• 2.2.2 金属屏蔽盒的设计
• 2.3 抗干扰的措施
• 2.3.1 硬件抗干扰
• 2.3.2 软件抗干扰
• 2.4 试验平台与试验步骤
• 2.4.1 试验平台
• 2.4.2 试验步骤
• 2.5 小结
• 3 电树枝引发特性分析
• 3.1 电树枝的引发理论
• 3.1.1 电子碰撞理论
• 3.1.2 光降解理论
• 3.2 缺陷模型的建立
• 3.3 试验结果与分析
• 3.3.1 不同缺陷对电树枝起始时间的影响
• 3.3.2 不同外施应力对电树枝起始时间的影响
• 3.4 电树枝的抑制方法
• 3.4.1 电缆设计方面的措施
• 3.4.2 敷设施工方面的措施
• 3.5 小结
• 4 电树枝放电的特征量分析
• 4.1 引言
• 4.2 常用的局部放电特征量
• 4.2.1 相位分布特征
• 4.2.2 统计特征
• 4.2.3 矩特征
• 4.2.4 TW 自动识别谱图
• 4.2.5 基于分形特征的特征量
• 4.2.6 对单个波形的特征量提取
• 4.2.7 组合特征
• 4.3 局部放电信号的时频特征
• 4.3.1 联合时频分布的概念
• 4.3.2 常用的时频分布
• 4.4 电树枝放电特征量的提取
• 4.4.1 单个放电脉冲特征的提取
• 4.4.2 三维放电图谱的构造
• 4.5 电树枝放电的时频特性分析
• 4.5.1 不同生长阶段下电树枝放电的时频特征
• 4.5.2 不同形态下电树枝放电的时频特征
• 4.6 小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录