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

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 TimeDomain 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，优化了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φ-u-n、φ-u、φ-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。

目录

文摘

英文文摘

声明

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