高压电缆护层环流监测系统设计及其电磁耦合特性研究

论文摘要

随着电力电缆在电力系统中的应用越来越广泛，电力电缆的绝缘状态直接影响到电力系统的安全可靠运行，电力电缆的供电可靠性也越来越受到供电部门和电力用户的关注。近几十年来，国内外针对电力电缆绝缘在线监测的研究进展快速，取得了许多研究成果。但是，大多数电力电缆绝缘状态的监测主要针对电力电缆主绝缘，对电缆外护套或者是金属护套的状态监测研究较少。本文从电力电缆金属护套环流在线监测角度入手，分析了金属护套环流对电力电缆安全稳定运行的影响，认为金属护套环流过高有可能成为电力电缆安全稳定运行的潜在威胁，并讨论了对其进行有效预防和及时处理的方法。在阐述单芯电力电缆的构成和电缆金属护套的保护接地方式的基础上，论述了目前使用的各种电力电缆绝缘在线监测方法的特点和局限性，详细分析了电力电缆金属护套环流在线监测对于保证电力电缆安全稳定运行的意义。研究了电力电缆金属护套环流的产生机理，并对电缆金属护套感应电压进行了分析和推导，得出了电力电缆线路正常运行时和短路的情况下，金属护套感应电压的解析计算公式，同时对典型金属护套环流算例进行了推导计算；通过有限元软件Ansoft Maxwell对三相单芯电力电缆模型的电磁耦合特性进行了研究，研究了三相电缆布置方式及空间位置参数对金属护套环流的影响，为构建基于GPRS的电力电缆金属护套环流在线监测系统提供理论参考。最后，本文设计了基于GPRS的电力电缆金属护套环流在线监测系统，完成了系统的硬件调试和软件设计，现场运行结果表明，本文设计的单芯电力电缆金属护套环流监测系统具有稳定可靠、测量准确、实时数据传输等优点。可满足运行中的电力电缆网络金属护套环流的在线监测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 开展电力电缆绝缘在线监测的意义
• 1.2 XLPE 电力电缆故障分类及其特征
• 1.3 XLPE 电力电缆绝缘在线监测研究的现状和分析
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 高压电力电缆的结构及其接地系统
• 2.1 电力电缆的结构
• 2.2 电力电缆接地系统
• 2.2.1 电力电缆接地系统的作用
• 2.2.2 电力电缆的保护接地方式
• 2.3 电力电缆金属护套感应环流分析
• 2.3.1 电力电缆金属护套感应环流的产生机理
• 2.3.2 电力电缆金属护套感应环流异常的危害
• 2.3.3 电力电缆金属护套感应环流判断标准
• 2.4 小结
• 第3章 XLPE 电力电缆金属护层感应电压的解析计算
• 3.1 引言
• 3.2 电缆线路正常工作时金属护套感应电压的解析计算
• 3.2.1 任意排列的单回路电缆线路
• 3.2.2 任意排列的双回路电缆线路
• 3.2.3 任意排列的多回路电缆线路
• 3.3 电缆线路短路故障时金属护套感应电压的解析计算
• 3.3.1 三相短路
• 3.3.2 相间短路
• 3.3.3 单相接地短路
• 3.4 XLPE 电力电缆接地环流的计算
• 3.5 电力电缆线路案例分析
• 3.6 小结
• 第4章 电力电缆金属护套电磁耦合特性的仿真分析
• 4.1 有限元方法的概述
• 4.2 二维涡流场分析理论
• 4.2.1 A-Φ方程组
• 4.2.2 涡流与趋肤深度
• 4.3 单回路三相单芯 XLPE 电力电缆金属护套电磁耦合特性分析
• 4.3.1 单回路三相单芯电力电缆仿真模型的建立
• 4.3.2 激励源的添加
• 4.3.3 网格剖分
• 4.3.4 电缆线路不同敷设方式下金属护套电磁耦合特性的分析
• 4.4 与解析法的比较分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于 GPRS 的电力电缆金属护套环流在线监测系统的设计
• 5.1 金属护套环流在线监测系统的总体设计方案
• 5.2 金属护套环流在线监测系统的硬件设计
• 5.2.1 环流信号传感器
• 5.2.2 滤波电路
• 5.2.3 RTU 终端
• 5.2.4 GSM 短信模块
• 5.3 金属护套环流在线监测系统的软件设计
• 5.3.1 LabVIEW 和 MySQL 简介
• 5.3.2 金属护套环流在线监测系统功能介绍
• 5.3.3 系统主程序
• 5.3.4 系统管理和数据采集
• 5.3.5 数据处理和超限报警
• 5.3.6 数据存储和数据查询
• 5.4 金属护套环流在线监测系统的运行分析
• 5.5 小结
• 结论与展望
• 结论
• 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）
• 附录 B （攻读硕士学位期间参加的研究课题）