110千伏交联聚乙烯电缆预制型接头局部放电宽频带检测研究

论文摘要

高压电缆附件是电力电缆运行的重要组成部分,更因其特殊的运行地位被电力部门视为重要电力设备之一。局部放电（Partial Discharge,简称PD）既是引起高压电缆附件内绝缘早期劣化的主要原因,又是表征其绝缘状况的特征量。因此,研究高压电缆附件PD检测和故障诊断具有深远的理论意义和实用价值。本文针对110kV交联聚乙烯（Cross-linked Polyethylene,简称XLPE）电缆预制型中间接头,根据电缆PD超高频（Ultra High Frequency,简称UHF）检测的特点,结合天线理论、电气测量技术,开展了PD宽频带检测的研究与分析。主要研究内容如下:定性分析了电缆接头内部结构和复合界面折、反射对UHF电磁波传播的影响。结合110kV XLPE电缆接头实际尺寸,利用时域有限差分法（Finite Difference Time Domain Method ,简称FDTD）理论仿真,研究了影响UHF法检测电缆接头内PD信号的4种因素,为宽频带传感器的研制提供了技术支持。研制了适用于检测高压电缆接头内PD的内置宽频带圆环型传感器,理论分析了传感器的电容耦合和微带天线感应双重特性,通过电磁暂态仿真软件ATPDRAW分析得出了内置圆环的宽度、半径以及信号输出端杂散电感对传感器时、频响应特性有直接影响,并提出了合理的优化方案。通过实测,传感器有效带宽为500MHz,能有效获取纳秒级暂态信号的下降沿或上升沿,具有良好的输出线性度,为宽频带检测系统的搭建奠定了基础。在实验室组建了110kV XLPE电缆接头PD宽频带检测系统,并对系统接线进行必要处理。引入R.Jobava提出的电缆阻抗加权比分布参数的传输线模型,分析了适合内置宽频带传感器安装的合理位置。在此基础上,对系统放电量、灵敏度进行标定,结合系统性能验证实验表明:检测系统带宽为1GHz,在VHF和UHF频段信号感应能力强,输出信号信噪比高等特点,敏感度小于5pC,传感器安装在距离接头1.5m,在实际应用中能够满足宽频带检测的要求。设计了110kV电缆接头模拟试验装置,改进了4种绝缘缺陷PD模型。通过大量PD试验,采集了4种绝缘缺陷产生的放电样本,量化了单次放电信号的时、频域特征,构建了? ? u ? n、? ? u、? ? n放电图谱,深入研究了4种绝缘缺陷的放电相位特点和统计特征,为工程应用提供了参考依据。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 交联聚乙烯电缆附件局部放电检测的意义
• 1.1.1 预制型电缆附件绝缘故障及局部放电的产生
• 1.1.2 预制型电缆附件局部放电检测的目的和意义
• 1.2 预制型中间接头潜伏性缺陷研究现状
• 1.3 电缆附件局部放电检测技术研究现状
• 1.3.1 常用的检测方法
• 1.3.2 超高频检测技术
• 1.4 主要研究内容和技术路线
• 2 时域有限差分法对电缆接头内超高频信号传播的分析
• 2.1 前言
• 2.2 中间接头内电磁波传播影响因素
• 2.2.1 内部结构
• 2.2.2 复合界面
• 2.3 时域有限差分法与仿真计算模型
• 2.3.1 时域有限差分法简介
• 2.3.2 电缆头仿真计算模型
• 2.4 仿真结果分析
• 2.4.1 接收角度对UHF 信号检测的影响
• 2.4.2 传播距离对UHF 信号检测的影响
• 2.4.3 金属护套对UHF 信号检测的影响
• 2.4.4 半导电层对UHF 信号检测的影响
• 2.5 本章小结
• 3 内置宽频带圆环型传感器的研制
• 3.1 前言
• 3.2 传感器的原理与设计
• 3.2.1 检测原理
• 3.2.2 结构设计
• 3.3 传感性能分析与优化
• 3.3.1 电容耦合
• 3.3.2 天线感应
• 3.4 传感器性能实测
• 3.4.1 暂态响应特性
• 3.4.2 输入输出特性
• 3.5 本章小结
• 4 电缆接头宽频带局部放电检测系统
• 4.1 前言
• 4.2 检测系统组成与接线
• 4.3 传感器安装位置确定
• 4.4 放电量标定
• 4.5 灵敏度标定
• 4.6 系统性能验证
• 4.6.1 数据采集性能
• 4.6.2 传感位置验证
• 4.7 本章小结
• 5 电缆接头绝缘缺陷放电特性试验与分析
• 5.1 前言
• 5.2 模拟电缆接头与放电物理模型设计
• 5.2.1 模拟电缆接头设计
• 5.2.2 放电物理模型设计
• 5.3 试验步骤与方法
• 5.3.1 试验接线与方法
• 5.3.2 数据采集
• 5.4 试验结果分析
• 5.4.1 单次放电时频域特性
• 5.4.2 φ-u-n 三维图谱
• 5.4.3 φ-u 、φ-n二维图谱
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士期间发表的学术论文
• B. 作者在攻读硕士期间参与的科研项目