基于脉冲同步的配电电缆局部放电在线监测及定位方法

为了解决配网电缆局部放电在线定位难题,文中提出了一种基于脉冲同步的配电电缆局部放电双端在线定位方法,并研制了面向泛在电力物联网的配电电缆在线监测系统。首先,通过向电缆中注入脉冲信号,实现双端系统的时钟同步,并获得高频信号在电缆中的传播速度,解决了到达时间分析方法在配网电缆应用中同步困难的问题,并提出了采用基于能量法估计的局部放电脉冲到达时间,提高局部放电定位结果的鲁棒性。然后,描述了面向泛在物联网的配网电缆局部放电在线监测要求和架构。其次,详细讨论了关键硬件的实现方法,包括增益可调的高频电流互感器和感性脉冲注入装置。最后,为了验证提出方法和系统的有效性,在实验室10 kV电缆上进行了局部放电模拟试验,实验结果表明,提出的定位方法相比于传统的基于GPS同步的定位方法定位精度显著提升。此外,利用研制的测试系统对风电场真实的35 kV电缆进行了现场测试,验证了提出方法的可行性。

基于生成对抗网络的电缆局部放电异常自动监测设计

电力设备运行过程中,电缆绝缘损伤、内部缺陷、外部环境等因素容易造成电缆局部放电异常,进而引发电力事故和断电故障。为了及时、有效地监测电缆局部放电异常,在生成对抗网络环境下完成电缆局部放电异常自动监测。根据电缆内部结构分析电缆局部放电原因,利用生成对抗网络重构插补缺失数据,获取完整电缆运行数据。建立随机矩阵,获取电缆运行数据的概率密度函数,提取特征向量,构建特征指标矩阵对特征向量实施奇异值分解,辨识电缆局部放电状态,实现电缆局部放电异常的自动监测。实验结果表明:所提方法在提取电缆局部放电信号脉冲时波形振动幅度小且波形完整;电缆局部放电位置定位与实际位置一致;电缆局部放电位置的相对误差低于1%。

高压电力电缆终端局部放电在线监测方法仿真

随着电力传输技术的快速发展,高压电力电缆的应用日益普遍,对高压电力电缆终端的局部放电行为进行在线监测的需求也逐步增长。为了解决当前监测算法实效性差、准确率低等问题,提出了一种基于条件生成网络的灰度判别在线监测算法。算法首先通过红外相机对电力电缆终端进行特征采集,采集的灰度照片再使用均值化的方法进行背景去噪;然后再基于k-Means算法进行局部放电部位定位,确定电缆终端是否有放电现象;最后使用条件生成网络对放电判断步骤进行优化,并采用温差判别法判断放电程度,从而提升放电监测的准确率。实验结果表明,所提算法在局部放电监测方面准确率提升了5%,提高了监测的精确度,减小了由于局部放电对电力传输的危害。

10 kV电缆中间接头受潮XLPE-SiR绝缘界面放电演化分析

10 kV电缆中间接头交联聚乙烯硅橡胶(XLPE-SiR)绝缘界面在受潮条件下的放电行为严重影响配电网的可靠性,鉴于对绝缘界面放电行为的发展和特征研究较少,分析在受潮条件下10 kV电缆中间接头XLPE-SiR绝缘界面的放电行为,从仿真和试验2个方面验证XLPE-SiR绝缘界面的击穿过程。结果表明:在水分的作用下,XLPE-SiR绝缘界面会出现局部放电,并逐步演变为电弧放电。放电会产生2个影响:一方面引起绝缘材料的热解,形成电痕;另一方面,放电产生的热量导致水蒸发,有效地阻止了绝缘界面处放电的继续。随后,在存在电痕的情况下,进一步研究XLPE-SiR绝缘界面的放电行为。结果表明,当XLPE-SiR绝缘界面存在电痕时,水分的存在会迅速导致绝缘界面击穿。10 kV电缆中间接头绝缘界面受潮直接决定了其绝缘界面放电—短路故障的发展过程,因此在实际电缆中间接头的生产及施工工艺中需要加强防水管控。

基于模糊C均值聚类的高铁动车组电缆终端局部放电识别

局部放电检测作为一种诊断车载电缆终端绝缘状态的有效手段,在列车实际运行环境中面临强干扰问题,为此文章提出了一种基于波形参数分析和模糊C均值聚类的车载电缆终端局放脉冲干扰分离策略。在实验室搭建了局部放电测试平台并采用高频电流法(HFCT)获取了电缆终端的局放信号和典型脉冲干扰信号,通过对脉冲单波进行包络处理,提取脉冲的3个参数作为特征向量,然后采用模糊C均值聚类方法对局放信号与脉冲干扰信号进行分离。试验结果表明,该方法能够有效地将局放信号与脉冲干扰信号分离,减小脉冲干扰信号对局部放电检测的影响,对提高局放手段评估车载电缆终端绝缘状态的准确性具有一定意义。

多应力条件下电缆附件局部放电的演变过程

电缆附件界面是多层复合介质绝缘结构,在温度、气压、电场等物理条件下都易产生局部放电(partial discharge,PD)。为了研究多种应力条件下局部放电的演变过程,在10 kV电缆终端中设计典型刀痕缺陷,并在实验室搭建“冷热负荷-工频电压-冲击电压”多应力条件下的协同老化平台,利用该平台对电缆进行老化试验,利用工频局放测试平台检测不同老化时间下电缆终端的局部放电。利用波动法对不同老化阶段下的电缆附件局放信号进行消噪,并采用阈值窗提取消噪后的局放信号中的PD脉冲,构建电缆附件局放相位分布(phase resolved partial discharge,PRPD)谱图。实验结果表明:多应力条件下,在不同老化程度下,刀痕缺陷电缆附件的局放经历三个“起伏”击穿,放电幅值存在多段式“增-减”的变化趋势。

温度对车载高压电缆终端局部放电特性的影响研究

电缆终端作为高速列车的一个重要设备,在接触网与列车之间的能量传递中起着重要作用。然而由电缆终端界面缺陷引起的局部放电,严重影响着电缆终端的绝缘性能与列车的行车安全。通过实验的方法,制作了含有不同长度气隙的电缆终端试验品,并在27.5 kV的电压条件下进行了实验,探究了不同缺陷长度的电缆终端在不同环境温度下的局部放电特性。结果表明,相同气隙长度的电缆终端在27.5 kV的电压条件下,其局部放电量随着环境温度呈现出先上升后下降的趋势。根据这一特性可以知道在一定的电压等级之下,电缆终端的放电量主要受温度影响,当超过某一温度后,由于温升导致的电缆终端内部压力变化成为影响局部放电量的主要因素,并且随着气隙长度的增加,同一温度下的局部放电起始电压呈现增加的趋势。

基于PSO-DBN的矿用电缆局部放电特征识别研究

为解决矿用电缆局部放电特征识别的问题,提出利用粒子群算法优化的深度置信网络(PSO-DBN)实现矿用电缆局部放电特征识别。搭建了隔爆兼本安型局部放电监测系统采集放电信号,构造了局部放电相位分布模式(PRPD)图谱并提取特征参数,采用PSO算法自适应地选择DBN的超参数,从而确定最优的网络结构。用PSO-DBN模型对气隙放电、划伤放电、沿面放电3种矿用电缆缺陷局部放电信号进行特征识别,识别准确率分别为93.3%、96.7%、95.0%。研究表明,该方法可以有效识别局部放电类型,为矿用电缆故障检测提供了新的方案。

一种宽频带、高磁导率电缆局部放电检测装置的研制与应用

提出了开发宽频带、高磁导率电缆局部放电检测装置研究方向,通过分析铜钴元素复合添加对铁磁材料性能的影响规律,研发出一种高磁导率材料,开发出高磁导率磁芯。开展宽频带传感器封装工艺研究,分析了封装间隙对磁通的影响规律,确定了传感器封装工艺参数。选取实际在运高压电缆线路进行现场测试,验证了宽频带、高磁导率电缆局部放电检测装置功能。

基于卷积神经网络的电网电缆局部放电自动化诊断系统

针对当前电缆局部放电诊断过程中利用信号难以匹配特定放电故障等问题,设计基于卷积神经网络的电网电缆局部放电自动化诊断系统。采集电网电缆局部放电信号,将信号转换为二维图像,将放电信号二维图像作为卷积神经网络的训练样本,训练卷积神经网络;将采集测试样本,基于训练好的卷积神经网络实现电网电缆局部放电自动化诊断。实验结果显示,该系统在卷积核数量为100的条件下,基于GAF时间序列转换图像特征可获取较为满意的诊断结果,降低研究对象局部放电故障时间,提升研究对象运行稳定性。

电缆中间接头缺陷仿真与局部放电实验研究

由于电缆接头制作工艺的影响,中低压电缆的中间接头故障率较高。以10 kV XLPE电缆为对象,研究缺陷类型对电缆局部电场分布与局部放电特性的影响。通过构建电场分析的仿真模型,搭建局部放电实验平台,研究不同的电缆接头制作缺陷对电缆接头局部电场畸变的影响,对实验试样进行局部放电实验。结果表明,电缆接头制作过程中不同类型的缺陷及缺陷大小对电缆接头部位电场分布、电场的畸变程度、放电初始电压与放电量均有不同程度的影响。研究结果为构建电缆线路工作状态在线监测系统以及电缆运行状态评估与故障诊断提供了依据。

电力电缆局部放电的产生机理及在线检测技术研究

本文以电力电缆局部放电(PD)的基础理论为切入点,探讨了影响PD产生的各种因素,并详细讨论了PD的机理。随后介绍了几种常用的在线检测方法,包括电气检测、超声波检测和光学检测,并对这些技术的优缺点进行了比较。基于以上理论设计了一套结合φ-OTDR传感系统和超声波检测法的电力电缆PD在线检测系统,通过实验验证了该系统的有效性。数据融合与时间序列分析结果表明,该系统能够实现高精度的PD源定位,显著提升PD检测的准确性,具有良好的应用前景。

直流电压下热老化对表面划伤交联聚乙烯电缆局部放电特性的影响

为了研究热老化对表面划伤交联聚乙烯(XLPE)电缆直流局部放电发展过程的影响,本文采用实体10 kV电缆制作了表面划伤缺陷模型并进行不同时间的加速热老化处理,利用脉冲电流法研究了直流电压下缺陷电缆的局部放电特性。基于缺陷电缆局部放电量随加压时间的变化,提取出最大放电量、不同放电区间的平均放电量和放电重复率的统计图谱,然后基于电荷运输理论提出了局部放电和电荷输运模型对缺陷电缆局部放电结果进行解释。结果表明:缺陷电缆的局部放电起始电压随着老化时间的增加而增大,其放电量-时间图谱呈现“梳齿”状放电特征;随着热老化时间的增加,缺陷电缆在>100 pC区间的平均放电量和放电重复率逐渐减小,且其“梳齿”状放电特征在老化21天时彻底消失,表现出局部放电的自愈性。热老化过程中XLPE划伤缺陷表面氧化产生了电荷陷阱,由此产生了均匀密集的空间电荷层,使缺陷内部电场下降,从而削弱了缺陷电缆的局部放电。研究结果为XLPE电缆缺陷的直流局部放电研究提供了数据支撑。

基于VMD-IKHA-DBN的高压输电电缆局部放电模式识别方法

针对当前高压输电电缆局部放电模式识别准确性不高的问题,本文提出了一种基于VMD-IKHA-DBN的高压输电电缆局部放电模式识别方法。首先分析了高压输电电缆局部放电产生原因及类型,并搭建了高压输电电缆局部放电实验平台用于采集原始信号。然后采用变分模态分解算法完成局部放电的信号分解,并引入多尺度排列熵理论构建特征向量样本集合。最后提出一种基于Logistic混沌映射、动态反向学习和高斯变异的组合策略改进的磷虾群算法用于优化深度信念网络超参数,从而得到基于IKHA-DBN的高压输电电缆局部放电模式识别模型。实验结果证明本文所提出的方法识别准确率达到了98.3333%且识别效率较高,实现了高压输电电缆局部放电模式的高效准确识别,在电缆运检工作中可以充分发挥工程效能。

工频和超低频交流电压下XLPE电缆局部放电特征对比分析研究

XLPE电缆局部放电实验技术能够及时发现设备绝缘缺陷,是目前电缆质量评价的重要手段。现有电缆局部放电实验多在超低频(0.1 Hz)电压和工频(50 Hz)电压下开展,为了深入挖掘两类电压下局部放电特征的关联性,本文在实验室内人工制作了四种典型XLPE电缆缺陷模型,包括断口不齐、绝缘划痕、夹层污染以及半导电层残留,开展了超低频、工频电压下XLPE电缆局部放电实验,依次从局部放电电压特征、放电活跃性、相基统计特征和放电统计时延四个维度对比分析了四种电缆缺陷的局部放电特性。结果表明,两类电压下局部放电特征有较高的一致性和等效性,且在不同放电类型下特征存在明显差异,可以较好地区分缺陷类型。此外,本文验证了超低频电压下局部放电测量的有效性和适用性,为XLPE电缆的绝缘状态评估提供了一定的技术依据。

信号峭度不定干扰下的电缆局部放电模式识别研究

电缆不同类型缺陷引发的放电故障受信号偏斜度、峭度的影响,造成电缆的局部放电信号模式识别效果较差。为此,在信号峭度不定干扰下,提出基于卷积神经网络的电缆局部放电模式识别方法。采用小波阈值去噪方法预处理电缆局部放电信号。运用双树复小波变换提取局部放电信号特征。通过提取偏斜度和峭度刻画信号的分布特征,可以解决信号峭度不定干扰问题。采用卷积神经网络训练提取的特征,并将该特征作为分类器完成电缆局部放电模式识别。试验结果表明,该方法的识别准确率高于95%、识别时间低于5.4 s。该方法应用后具有较好的电缆局部放电模式识别性能。

10 kV XLPE电缆中局部放电声波衰减规律研究

超声传感技术的应用有望实现电缆局部放电的在线监测,因此有必要对相应型号电缆局放声波频率及幅值的衰减规律进行研究。基于型号为YJV-185 mm2的10 kV XLPE电力电缆,结合2组不同频率声源的仿真计算和1组“针—孔”局放实验,研究局放声波信号在电缆中的频率及幅值衰减问题。研究结果表明:声波在多层复杂介质中的衰减规律和在单一介质中的衰减规律不一致;声源频率组成对电缆表面可检测声波频率及幅值的影响不可忽略;电缆中“针—孔”局部放电的声源模型可以近似为带宽为1 MHz、峰值时间为1μs、频率范围为0~1.5 MHz的高斯脉冲;本文所用型号电缆的“针—孔”局部放电声波信号在电缆中的径向衰减系数值约为8.17 dB/mm,电缆表面的轴向衰减系数为0.43~0.52 dB/mm,电缆表面的可检测声波频率为0~40 kHz;高灵敏度传感器的中心频率建议设计为20~40 kHz,而分布式检测传感器分布密度的设计需要具体问题具体研究。

基于小波重构的电力电缆局部异常放电定位技术研究

电力电缆局部放电定位技术作为有效的电力电缆质量监测手段已经在电力系统中广泛应用,由于异常放电信号在传播过程中会受到各种因素的影响,因此常出现定位结果不准确的情况。本文应用小波重构对电力电缆局部异常放电定位技术进行研究。通过小波分解采集的电力电缆局部异常放电后进行信号重构,重构后的信号提取特征并识别定位电力电缆异常放电位置,实现对电力电缆质量状态的监测。通过测试技术方法,证明基于小波重构的电力电缆局部异常放电定位技术为电力电缆的维护和管理提供了有效的技术手段。

冷热循环单周期内电缆附件XLPE-SiR界面局部放电演变特性研究

电力系统的日负荷特性导致配电电缆处于持续的冷热负荷循环状态。现场经验表明,在电力系统负荷突变或环境温度变化剧烈过程中,电缆附件绝缘故障频繁发生,而对于这种运行条件下的电缆附件界面绝缘特性的研究却鲜有报道。为此,该文对电缆附件界面预制传感器,探究冷热循环单周期内的界面压力变化情况。首先,对预置半导电突起缺陷的电缆附件进行50个周期的冷热循环预老化实验。随后,将一个冷热循环周期内附件面压及温度变化情况与一个周期内的局部放电情况进行对比分析。实验结果表明,在一个冷热循环周期内电缆附件的局部放电将经历4个阶段,在温度上升与下降阶段都将出现短暂的局部放电活跃现象,而在温度恒定、界面状态稳定时,局部放电反而相对受到抑制。经分析,认为该现象是由于冷热负荷循环过程中界面温度与界面压力两方面因素相互作用而导致的。最后,从硅橡胶主绝缘的材料特性与界面空腔放电的角度出发,解释了一个冷热循环周期内附件界面局部放电行为特性。

基于改进蚁群算法在电力电缆局部放电检测中的研究

围绕电力电缆缺陷老化的局部放电检测方法提出的各种算法,多数对突变的数据进行提取计算能力有限,无法快速锁定关键要因。为提高电力电缆缺陷老化的检测速度,在蚁群算法基础上,充分依据模糊信息熵加以有效改进,提出寻找最优解以及最优解路径约束的理念,约简数据,优化系统,有效降低偏差,可实现良好在线检测。经过对电缆缺陷老化的局部放电检测试验,具有较好的稳定性和检测准确率。