交联聚乙烯电力电缆电树枝生长及其局部放电混沌特性分析

论文摘要

大量采用地下电力电缆线路取代架空输电线路的输配电方式已成为国内外城市输配电网发展的主要趋势。交联聚乙烯（XLPE）绝缘电力电缆由于其优异的性能成为今后电力电缆行业的主要发展方向。XLPE电力电缆的劣化过程十分复杂,研究和运行经验表明,电树枝化是影响XLPE电力电缆长期安全运行的瓶颈,迫切需要深入研究XLPE电力电缆绝缘的老化规律和机理,特别是电树枝化的规律与机理,为XLPE电缆的设计制造和现场的运行管理,特别是在线诊断提供理论支撑。本文设计了XLPE电力电缆样品和相应的试验电极装置,搭建了基于实际XLPE电力电缆的电树枝化试验平台,并设计了相应的试验方法,结果表明该试验系统能满足XLPE电缆电树枝化试验研究的要求。以15kV的XLPE电力电缆作为试验样品,开展了常温下工频12kV21kV和室温到110℃下的电树枝化试验,分析了电压和温度对电树枝形态的影响,同时分析了电树枝局部放电的φ-q-n图谱,并将电树枝的生长发展分成4个阶段,分析了电树枝的在不同生长阶段局部放电的最大放电量相位Hqmax（φ）和平均放电量相位Hqn（φ）分布,提取了其偏斜度等统计特征量,结果表明电压和温度对实际XLPE电缆中电树枝形态影响与针-板电极得到结果的趋势相同,但是电树枝生长过程存在着一定的差异,同时Hqmax（φ）和Hqn（φ）的三阶矩sk值随着电树枝的生长发展而减小,可作为诊断电树枝生长发展阶段的参考量。XLPE电缆电树枝化试验的现象显示了电树枝生长可能存在确定性混沌特性, 6组电树枝样品局部放电最大放电量和总放电量时间序列的混沌分析结果进一步证实了这一结论,且时间序列的最大李雅普诺夫指数和关联分形维数值表现出随树枝分形维数的增大而减小的趋势,显示了电树枝局部放电时间序列的混沌特征可以作为判断电树枝形态特征的参考量,且最大放电量时间序列的表征效果要优于总放电量的时间序列。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 XLPE 电力电缆电树枝化研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 聚合物电树枝化特性与机理的研究
• 1.2.2 XLPE 电力电缆绝缘在线诊断的研究
• 1.2.3 电树枝局部放电特性研究
• 1.2.4 混沌理论在电树枝生长研究中的应用
• 1.3 本文研究的目的和主要内容
• 2 XLPE 电力电缆电树枝化试验系统设计
• 2.1 引言
• 2.2 试验样品与电极系统设计
• 2.2.1 试验样品结构
• 2.2.2 电缆端部电场分析
• 2.3 电树枝化试验电路系统
• 2.3.1 局部放电传感器系统
• 2.3.2 试验电路
• 2.4 试验步骤
• 2.5 小结
• 3 电树枝化试验结果与分析
• 3.1 引言
• 3.2 电树枝化试验结果
• 3.2.1 不同工频电压下的电树枝
• 3.2.2 不同升压速度下的电树枝
• 3.2.3 不同温度下的电树枝
• 3.3 电树枝形态的变化规律
• 3.3.1 电树枝分形维的计算
• 3.3.2 电压对电树枝形态的影响
• 3.3.3 温度对电树枝形态的影响
• 3.4 XLPE 电缆电树枝的局部放电特性分析
• 3.4.1 电树枝局部放电的φ- q - n 谱图
• 3.4.2 电树枝局部放电统计特征参量分析
• 3.5 小结
• 4 混沌理论简介与电树枝混沌证据分析
• 4.1 混沌理论的概念与发展简介
• 4.2 相空间重构理论及方法
• 4.2.1 相空间重构
• 4.2.2 相空间重构参数的选择
• 4.4 混沌时间序列的特征量
• 4.5 电树枝生长的混沌证据分析
• 4.6 小结
• 5 电树枝局部放电混沌特性分析
• 5.1 混沌时间序列的选择
• 5.2 混沌时间序列的初步检验
• 5.3 时间序列混沌特征的提取
• 5.3.1 相空间重构
• 5.3.2 最大Lyapunov 指数
• 5.3.3 关联维数
• 5.4 电树枝生长混沌特征分析
• 5.5 小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录