基于ART2A-E的交叉互联XLPE电缆绝缘在线诊断技术研究

研究110 kV及以上电压等级的XLPE电缆绝缘的在线监测与诊断技术,确保电缆的安全可靠运行具有重要意义。笔者根据屏蔽层交叉互联接地XLPE电缆在线监测的特点,提出了基于ART2A-E(Adaptive Resonance Theory)神经网络的交叉互联电缆绝缘在线诊断方法。首先,通过分析电缆绝缘老化的特点以及电缆加速老化的实验结果,建立交叉互联XLPE电缆的仿真模型。然后,计算首末端A、B、C三相接地线电流与电缆初始安装时的接地线电流幅值和相位的相对劣化度得到12个特征量,并以此特征量作为ART2A-E的输入样本进行模式识别。仿真实验结果表明,ART2A-E神经网络可以识别发生在交叉互联中的任意一段电缆的绝缘故障,为交叉互联电缆的绝缘在线诊断开辟了新的途径。

基于向量运算法的交叉互联XLPE电缆在线监测系统设计

介绍交叉互联XLPE电缆向量运算法的基本原理,针对交叉互联连接方式下难以直接测得流经电缆主绝缘电流的问题,设计基于向量运算法的交叉互联连接方式下的XLPE电缆绝缘在线监测系统。该系统由电流信号采集单元、电流信号传输单元和远程综合信息管理单元组成,采用GPRS无线方式进行数据传输。根据监测系统在Matlab/simulink平台中搭建相应的仿真模型,验证系统的有效性。

XLPE电缆交叉互联系统中高频局放检测位置对幅值特征的影响

针对高压电缆交叉互联系统中高频局放检测位置影响检测结果的问题,设计并搭建了采用典型截面的百米级110 kV交联聚乙烯电缆线路的交叉互联系统局放检测试验平台;采用高频电流传感器对交叉互联箱的接地线、同轴电缆、换位排和接头接地引出线等4个不同检测点的局放信号进行检测,分析局放信号幅值的变化规律。研究结果显示:检测位置的不同会导致测得的局放信号幅值特征相差较大,通过选取合适的检测位置,结合局放信号幅值比较及局放谱图分析,可以有效实现局放源的识别与判定。在现场实测时,建议HFCT的最优安装位置为中间接头接地引出线和交叉互联箱换位排处,同时换位排处应采用电容臂进行短接。

基于参数修正的交叉互联电缆单相故障测距方法

由于实际线路参数易受环境影响,基于暂态信息进行参数辨识的故障测距方法的计算结果可能无法代表真实线路参数,因此提出了基于参数修正的电缆故障测距方法。以交叉互联电缆为例,根据线芯与护层间电气耦合关系,建立了基于双π参数模型的电缆单相接地故障测距方程。基于模拟退火算法,利用电缆正常运行状态下的电气信息修正电缆线路参数。应用布谷鸟算法求解所建立的故障测距方程得到故障位置。基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了电缆故障模型,分析了故障距离、过渡电阻、线路参数变化因素对所提方法的影响。仿真分析结果表明,所提方法在不同因素的影响下,均具有较高的准确度,对交叉互联电缆进行故障测距有一定的参考意义。

基于线芯-护层过渡电阻无功特性的交叉互联电缆故障测距

高压电缆常见的接地方式是交叉互联接地,而交叉互联接地电缆故障时的测距相比单端接地或两端直接接地的电缆情况更为复杂,为此提出了基于线芯-护层过渡电阻无功特性的交叉互联电缆故障测距方法。首先,采集护层故障前后环流,构建不同电缆区段特征电流,判断故障发生区段;其次,考虑电缆金属护层对线芯的耦合作用和线路电容影响,建立交叉互联电缆的故障稳态等效阻抗模型,利用电缆首末两端线芯和护层的电压、电流推算电缆故障发生时不同区段沿线电压、电流,并基于同一位置电压相量对电缆参数进行修正;然后,利用故障点过渡电阻消耗无功功率为零的功率特性建立以故障距离为未知数的测距方程,采用二分法或弦截法等方法迭代计算求解得到故障点;最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了电缆故障模型,分析了故障距离、故障类型、过渡电阻、故障初相角等因素对故障测距方法的影响。结果表明,该方法的测距误差为0.4%左右,具有较高的准确性和有效性,对交叉互联接地电缆进行故障测距有一定的参考意义。

地下交叉互联高压电缆分布式护层电流传感系统的时滞控制方法

交叉互联高压电缆系统中的分布式护层电流检测对于护层接地故障诊断至关重要。为解决地下高压电缆不依赖外部时标的分布式护层电流传感时间同步问题,该文基于交叉互联高压电缆护层间的耦合关系,采用并联Smith预估补偿器提升时滞补偿效率,获取残差最小的时间偏置补偿时滞量,提出多护层电流传感器时滞误差的递归最小二乘跟踪方法,以电容电流短时不变为稳定判据,对实际测量时分布式护层电流传感器之间的时延进行估计和控制。该方法在220 kV高铁牵引变压器一次侧高压电缆分布式护层电流传感系统上进行了试验验证,验证结果表明,该方法收敛至最小残差值点,平均残差为0.30 A,准确时滞量为3.93 s,能实现分布式护层电流传感的时间同步。

高压电缆交叉互联接地电流异常分析

以一起66 kV线路交叉互联换位失败引起的接地电流异常为例,通过停电前的理论分析和模型列举,初步确定了隐患原因为接地线入箱核相错误,导致交叉互联换位失败,停电打开接地箱后,验证了该理论分析正确。采用红外测温,分析护层环流实测值,能够极大地缩短停电时间并快速定位缺陷。结果表明,应按投运年限对电缆线路开展差异化巡视,应对施工人员和工程验收人员加强培训、应对类似缺陷隐患案例进行总结并建立案例库,应强化并完善高压输电电缆的全寿命周期管理,以此降低故障排查难度,缩短停电时间,提高高压电缆输电可靠性。

随桥电缆交叉互联护套接地电流影响因素分析

交叉互联接地方式可以降低电缆两端直接接地点之间的感应电压差,抑制金属护层的感应电流,从而成为电缆线路主要的接地方式之一。本工作通过建立随桥电缆交叉互联段的计算模型,计算不同情况下的接地电流,研究交叉互联段各单元段长度、接地电阻、负荷,以及两端是否采用同一接地点对接地电流的影响。计算结果表明,交叉互联段两端是否采用同一接地点对接地电流的不平衡度最大。因此,建议实际工程中在尽量保证交叉互联各单元段长度差异较小的前提下,尽可能让交叉互联段两端采用不同的接地系统进行接地,以降低接地电流幅值和不平衡度。

电缆交叉互联箱体设计探讨

随着城市化进程的快速推进,我国人口呈现高度集中状态,受到高度集中的人口以及高层建筑的影响,传统的架空线路正被占地面积少、故障率低的交联聚乙烯电缆线路所替代。长距离输电交联聚乙烯线路由于电缆环流的存在需对电缆铠装层或者金属护层进行直接接地或者交叉处理,本文从交叉互联箱现有结构出发,考虑了现有电缆交叉互联箱存在的缺点,从便利性、防水性角度考虑,设计了一款电缆交叉互联箱盖板,该盖板从一定角度来讲解决了现有电缆交叉互联箱存在的问题,从而实现了交叉互联箱的稳定、便利应用。

交叉互联接线的交联聚乙烯(XLPE)电力电缆绝缘在线监测理论分析

介绍了交叉互联接线的交联聚乙烯(XLPE)电缆运行方式和进行绝缘监测的诊断原理。根据同频率下相量的可结合运算特性,将各交叉节点监测到的电流数据转化为相量值,依据电路连接方式和关系进行运算,直观地得到各段线路的泄漏电流,从而可以判断交叉互联电缆各段的绝缘状况。对交叉互联接线的XLPE电力电缆的一个标准单元展开分析,通过分析交叉互联电缆安装运行情况,计算出其等值电路,并分析监测各处电流相量合成情况;说明利用相量运算分析方法的理论依据,再利用Matlab进行仿真实验计算,证实了该方法的实用性及可靠性。

基于阻性电流和护层电流的交叉互联电缆绝缘监测及诊断

长距离高压电缆采用三相金属护层交叉互联的接地方式减小金属护层中的感应电压,这种交叉互联方式给电缆绝缘在线监测及诊断带来了困惑。因此,提出一种基于阻性电流和护层电流分析的电缆绝缘在线监测及诊断方法,给出泄漏电流与护层电流分离的公式推导,并得到从泄漏电流中分离出阻性电流的计算公式。运用MATLAB/Simulink平台建立三相电缆的等效模型,对方法进行了仿真验证,同时搭建三相电缆实验模型,分别对交叉互联电缆绝缘劣化、护层回路开路、中间接头护层击穿这3类典型故障进行实验研究。结果表明:实现了对交叉互联后每一段电缆绝缘状况的在线监测及诊断;配合安装在同轴电缆上的电流传感器的测量电流,能够实现对金属护层开路、中间接头击穿故障的诊断;实现了对不同类型电缆故障的诊断及故障位置的确定,同时也验证了方法的正确性和可行性。

XLPE电缆交叉互联接线时的绝缘在线监测

XLPE电力电缆的交叉互联接线方式具有屏蔽层接地回路环流小、经济安全等优点,但因无法直接测得各段流经主绝缘的电流值的特征量而给绝缘在线监测带来了困难。为了研究电缆在交叉互联接线时的绝缘在线监测方法,介绍了电缆主绝缘各项参数的等值计算方法,并且对交叉互联接线的XLPE电力电缆的一个标准单元展开了分析,通过分析和计算其等值电路,说明了利用向量运算分析方法的理论依据,以及定量的分析了各处监测点的电流值。利用Matlab仿真可以检测到各处电流值和母线电压的向量值,计算出流过主绝缘电流向量值,然后计算出等值阻抗值、等值容抗值和介质损耗角正切值等绝缘参数,从而可以判断交叉互联电缆各段的绝缘状况。不同绝缘故障下电缆的仿真分析结果表明:无论是单相绝缘故障还是多项同时出现绝缘问题,向量运算分析方法均能准确判断各段的绝缘状况。采用此向量运算方法来判断各段电缆的绝缘状况可靠且可行,为绝缘在线监测提供了一种新方法。

110 kV XLPE电缆金属护套交叉互联接地探讨

结合110 kV XLPE电力电缆金属护套交叉互联接地工程的典型故障案例,用矢量法分析讨论了不同的交叉互联接地方式下,电缆金属护套中的感应电势和环流幅值变化,提出并实施科学的同轴电缆接线方式,快捷有效地降低感应电势和环流幅值。

XLPE电缆交叉互联系统中的局放脉冲传播特性

为了更好地认识电缆及其附件中的局部放电脉冲在电缆交叉互联系统中的传播规律,对一个真实的XLPE电缆交叉互联系统进行了试验研究。通过在一相上加电压,激发出精确预制在电缆附件中缺陷的局部放电,采用差分法和宽频带脉冲检测器等方法检测了系统内设计好各测点的局放脉冲,并分析了此放电脉冲在不同频带下的传播特性,得出了局放脉冲在交叉互联系统中的传播规律和特点。结果表明,现场实测中可通过分析探讨出的局放脉冲在电缆交叉互联系统中的传播规律,并结合现场检测的局放的其他参数,来综合判断局放脉冲传播的方位和测点局放的真伪。

基于沿线电流故障分量差值的交叉互联电缆故障测距

为解决长距离高压电缆采用交叉互联接地方式时故障测距较为复杂的问题,提出基于沿线电流故障分量差值分布的交叉互联电缆故障测距方法。首先,通过故障发生前后护层环流判断电缆故障区段。其次,考虑线芯与护层之间的耦合关系,基于双π模型推导电缆不同区段发生故障时的沿线电压、电流方程。在此基础上,通过求解电流故障分量差值函数零点得到故障距离,并结合切线方程对所得故障距离进行修正。最后,搭建电缆故障模型对测距方法进行仿真验证。结果表明,所提方法测距误差为1%左右,具有较高的准确性,对采用交叉互联接地方式的电缆实现故障测距具有一定的参考意义。

交叉互联的单芯XLPE电缆绝缘在线监测系统

为了在线监测交叉互联的单芯XLPE电缆的绝缘状态,提出基于NI数据采集卡的电力电缆绝缘在线监测系统。该系统包括安装于金属护层交叉互联处的电流、电压传感器,装有NI公司数据采集卡的下位机,分析数据的上位机;根据金属护层感应电压与护层电流的变化情况,采用先进的硬件设备与基于LabVIEW编译的监测程序实时监测电缆的运行状况,并及时判断故障是否发生。其中,数据采集卡保证了信号的同步采集,上位机与下位机通过网络进行通信,保证了数据实时分析。系统利用LabVIEW对信号进行采集与分析,实现了数据存储、波形回放与故障判断的功能。

交叉互联高压电缆护层保护器故障对同回路两端护层电流相量差的影响

高压电缆护层保护器故障对同护层回路两端护层电流相量差的影响规律是制定护层接地故障判据的理论基础。为识别护层保护器故障,在器件级别构建了电容和非线性电阻并联的护层保护器故障等效电路,在系统级别构建了三相9段交叉互联电缆在护层保护器正常和故障时的数学物理模型,推导了护层保护器故障阻抗与同护层回路两端直接接地点护层电流相量差的传递函数。以110 kV电缆为仿真案例,结果表明:同回路两端护层电流相量差既可以区分正常和故障状态,又可以区分不同位置护层保护器金属性接地故障;护层电流相量差相角对金属性接地和低阻接地敏感,同回路首端和末端护层保护器发生100Ω接地故障时,护层电流相量差相角偏差范围分别为17.9°~24.9°和33.4°~51.1°;216Ω接地故障时护层电流相量差相角偏差范围分别为9.4°~13.6°和12.4°~17.5°。护层电流相量差受电缆3小段不等长和相电流影响显著,受地阻抗和相电压波动影响不显著。

局部放电脉冲在XLPE电缆交叉互联系统中传播特性探讨

局部放电脉冲在含有交叉互联系统上的传播有其一定的规律。通过在一个真实的交叉互联系统上的试验,在一相上加电压,激发出精确预制在电缆附件中缺陷的局部放电,采用差分法和宽频带脉冲检测器等方法对在系统内设计好各测点的局放脉冲进行检测并对此放电脉冲在不同频带下传播的特性进行分析,得出局放脉冲在交叉互联系统中传播的规律和特点,并提出如何利用这些规律和特点进行电缆局部放电的在线实测。

XLPE电缆交叉互联系统中局放脉冲时域特征仿真研究

在长距离XLPE电力电缆的局部放电检测中,由于电缆护套交叉互联结构的存在,缺陷相的局部放电信号会流入另外两相的电缆护套中,使得信号的检测及分析都十分困难。为了确定放电源的位置及相别,文中通过对XLPE电缆交叉互联系统进行仿真建模,结合带电检测过程中的实际可测点,对不同检测点位置的信号时域特征及分布变化规律进行了仿真研究,研究结果显示:不同检测点的脉冲时域特征相差较大,与放电源的位置及接头的接地形式密切相关,通过选择合适的检测点及综合比较各检测点的信号可以有效判断放电源所处的接头及相别。

交叉互联电缆泄漏电流的分离及相间介损相对变化监测应用

交叉互联电缆系统中介损监测存在两大难点,一方面交叉互联接线方式和同轴电缆的使用使得泄漏电流和护层电流的分离复杂,另一方面电压信号获取困难且对同步精度要求高。为此,建立了交叉互联电缆系统的等效模型,提出了泄漏电流与护层电流分离法,改进了交叉互联相间介损相对变化的在线监测方法而无需参考电压信号。在武汉某电缆隧道安装了电缆在线监测装置,以2014-12、2015-03和2015-05结果为例,三相结果基本满足I2BA>I2AC>I2CB的关系,表明B2段电缆相对变化程度比A2和C2段更快,其中2014-12—2015-03相间泄漏电流变化程度最大为0.89%,相间泄漏电流变化程度均<1%,未发现明显老化现象,与该段线路的环流和局部放电在线监测装置监测结果一致。