基于非线性频率特性分析的输电线路故障监测与诊断方法研究

摘要

输电线路作为电网中极其重要的组成部分，其运行安全性和可靠性越来越受到电力系统运行、管理和科研人员的重视。随着我国输电线路总长度和传输容量的不断增长，输电线路巡视、检修等运行管理的难度也越来越大，特别是常发性的隐性故障(如架空输电线发生断股、局部损伤故障等)的早期发现对输电线路安全运行意义重大，所以寻求一种输电线路状态在线监测与故障诊断有效方法对于输电线路安全可靠运行十分重要。
　　 本文针对输电线路的状态监测和故障诊断与预报提出一种基于非线性频率特性分析的输电线路故障在线监测新方法，运用非线性输出频率响应函数(NOFRF)研究输电线路的非线性输出频率响应特性与运行状态之间的内在联系，实现输电线路故障在线监测。
　　 本文参阅大量文献研究运用非线性频率输出响应函数(NOFRF)分析系统频域特性的理论与方法，分析系统时域模型参数对NOFRF的影响，研究从输入输出数据求取NOFRF的有效算法；建立输电线路(包括架空输电线路及电力电缆)的等效电路仿真模型；建立电力载波信号的输电线路状态监测与故障诊断模型；对输电线路各类故障进行分类，利用MATLAB和SIMULINK仿真工具对输电线路故障做仿真研究，分别建立电力电缆、架空输电线路各种故障类型的仿真模型，基于NOFRF建立输电线路不同状态下(正常、经典故障)的频率响应模式，研究输出频率响应与输电线路特征状态之间的内在联系，计算出基于NOFRF方法的输电线路不同运行状态下的特征值，从而建立特征值与故障征兆的对应关系，为系统状态与性能的评估提供客观可靠的依据。通过对各种输电线路故障的仿真分析，验证基于NOFRF的输电线路故障监测与诊断方法的有效性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1架空输电线路故障在线监测研究意义及发展现状

1.1.1课题研究背景和意义

1.1.2架空输电线路故障检测研究现状

1.2电缆绝缘在线监测的意义及研究现状

1.2.1电缆绝缘在线监测的意义

1.2.2国内外电缆绝缘在线监测的研究现状及趋势

1.3论文主要的研究内容

2非线性频率特性分析法故障检测原理

2.1 概述

2.2非线性输出频率响应函数

2.3基于NOFRF的非线性系统频率分析法

2.4基于非线性频率分析方法的故障检测原理

2.5基于NOFRF的故障监测算法

2.6小结

3架空输电线路故障在线监测

3.1架空输电线路等效电路模型

3.1.1等效集中电阻

3.1.2等效集中电抗

3.1.3等效集中电导

3.1.4等效集中电纳

3.2电力载波

3.2.1概述

3.2.2电力载波的耦合方式

3.2.3耦合技术的比较

3.3基于电力载波信号的架空输电线路状态监测与故障诊断模型

3.4本章小结

4架空输电线路故障监测与诊断方法研究

4.1基于NOFRF的架空输电线路正常运行状态的特征分析

4.2输电线接地故障的仿真分析

4.2.1输电线路第二段发生接地故障仿真实验

4.2.2输电线路第一段发生接地故障仿真实验

4.2.3输电线路第三段发生接地故障仿真实验

4.2.4输电线路第四段发生接地故障仿真实验

4.2.5输电线路第五段发生接地故障仿真实验

4.2.6小结

4.3基于NOFRF算法的输电线路高阻故障在线监测与诊断仿真实验

4.3.1概述

4.3.2架空输电线路第一段发生高阻接地故障仿真实验

4.3.3架空输电线路第二段发生高阻故障的仿真实验

4.3.4架空输电线路第三、四、五段发生高阻故障的仿真实验

4.3.5小结

4.4输电线路断路故障的仿真

4.4.1输电线路第一段发生断路故障的仿真

4.4.2输电线路第二段发生断路故障的仿真

4.4.3输电线路第三、四、五段发生断路故障的仿真

4.4.4小结

4.5输电线路断股、损伤故障的仿真初探

4.5.1输电线路第三段出现断股故障的仿真

4.5.2输电线路第四段出现断股故障的仿真

4.4.3本小节小结

4.6本章小结

5电力电缆故障在线监测

5.1电力电缆概述

5.1.1电缆的线芯电阻

5.1.2电缆的电感

5.1.3电缆的电容

5.2基于电力载波信号的电力电缆状态监测与故障诊断模型

5.2.1电力电缆等效电路参数模型

5.2.2电力电缆载波通信模型

5.3本章小结

6电力电缆故障监测与诊断方法研究

6.1基于NOFRF的电力电缆正常运行状态的特征分析

6.2电力电缆绝缘老化故障仿真分析

6.2.1水树枝老化模型

6.2.2电力电缆第一段出现水树枝老化故障仿真实验

6.2.3电力电缆第二段出现水树枝老化故障仿真实验

6.2.4电力电缆第三、四、五段出现水树枝老化故障仿真实验

6.3电力电缆发生低阻、高阻、断路故障分析

6.4小结

7结论与展望

7.1本文完成的主要研究工作

7.2后续工作展望

致 谢

参考文献

附 录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录