长距离电力电缆绝缘在线监测及故障定位技术研究

摘要

长距离电力电缆存在金属护层交叉互联和负载电流造成电压降的问题，因而与短距离电力电缆绝缘的在线监测存在很多不同。本文根据长距离电缆金属护层交叉互联的结构特点，提出了双电流传感器（CT）法来对流过电缆主绝缘的泄漏电流进行测量，对双 CT法的原理进行了阐述，得到该方法适用于任何连接方式下的长距离电力电缆绝缘在线监测，无论其金属护层交叉互联与否。基于双CT法的原理提出了长距离电缆绝缘介质损耗因数（tan?）在线监测技术，长距离电缆故障定位技术及长距离电缆护套绝缘在线监测技术。
　　对于长距离的负载电流引起电压降对监测电缆主绝缘tanδ值的影响问题，给出了基准电压的选取方法及数学推导，并结合双CT法提出了基于双CT法的双端同步测量 tan?在线监测法，给出了该方法的实施方案，并对该方法进行仿真验证，结果表明选取两端电压的相量和的一半作为参考电压，电力电缆主绝缘 tan?值不会受负载电流变化的影响，仿真结果与理论分析结果一致；同时证明了当系统中存在同步误差、电压误差、频率波动及谐波时对该方法的可行性没有影响。
　　对于长距离电缆故障定位技术，本文采用基于双 CT法的双端同步故障定位法。该方法又分为双端同步短路故障定位法及双端局部放电故障定位法，分别对这两种方法的原理分别进行了介绍，并进行了仿真计算；对于双端同步短路故障定位法，仿真结果表明该方法能够准确计算出短路点的位置，同时证明了当系统中存在同步误差、频率波动及谐波时对该方法的可行性没有影响，该方法的优点是不受故障点的过渡电阻影响；对于双端局部放电故障定位法，根据局部放电信号在电缆传播过程中的函数关系对放电点的位置进行定位，由于局部放电信号在长电缆中传输时衰减很大，因此搭建试验电路对该方法进行测试，结果表明通过对信号放大处理能够在电缆两端检测到局部放电波形，而且可以根据放电点产生波形到达两端的时间信息确定放电点的位置，证明了该方法的可行性。对于局部放电信号的检测，本文采用高频与特高频相结合的方法。对于高频信号的检测，本文设计了一种拆装式PCB型Rogowski线圈作为高频信号传感器，该传感器不仅可以对高频信号进行检测，而且可以对工频信号进行测量，对线圈的原理和结构组成进行了详细介绍，并对线圈的幅频特性进行了分析；对线圈进行了试验，结果表明：线圈具有良好的输入输出关系、较高的测量精度和频率特性，能够满足测量工频、高频信号的要求；对于特高频信号的监测，采用复合式螺旋天线作为特高频信号传感器，其检测频带达500MHz~2GHz，且具有良好的频率特性。两种方法相结合可以有效去除干扰，之后再对信号进行小波去噪，进而得到准确的局部放电信号。
　　对整个在线监测系统的硬件及软件进行了设计。硬件设计包括前置信号处理电路、系统测量与控制电路和取能电源的设计；监测系统是以TMS320F2812型DSP芯片作为数据处理和逻辑控制的核心，采用ADS8364模数转换芯片作为模数转换器，设计了相应的外围连接电路；利用GPS模块的授时功能为系统提供同步采样信号；GPRS模块进行无线数据传输。软件方面，采用基于模块化的思想，实现了数据的同步采集、数据的传输等功能；利用LABVIEW软件设计了电力电缆绝缘在线监测系统的上位机终端显示界面。
　　将整个在线监测系统应用于海南联网工程中的海底电缆绝缘在线监测，根据海底电缆本身的特点以及运行环境的特殊性，提出了基于双 CT法的双端四电流传感器法对海底充油电缆护套绝缘进行在线监测，对该方法的原理进行了阐述，提出了通过护套绝缘电流泄漏比和接地回路环流感应系数的变化作为判据来判断电缆护套的绝缘状况。对整个在线监测系统进行了现场安装，给出了现场监测数据，并利用仿真对护套电流和电容电流的进行计算，现场监测结果与仿真计算结果一致，验证了双端四电流传感器法的正确性。

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第1章 绪论

1.1课题研究的背景、目的和意义

1.2电缆在线监测及故障定位技术国内外研究进展

1.3金属护层交叉互联方式下的三相电力电缆

1.4长距离电缆绝缘在线监测存在的问题

1.5主要研究内容

第2章 长距离电缆绝缘tanδ在线监测方法

2.1长距离XLPE电力电缆绝缘监测方法的原理

2.2基于双CT法三相电力电缆绝缘在线监测的实现方案

2.3长距离电力电缆tanδ在线监测参考电压的选取

2.4长距离电力电缆绝缘tanδ在线监测的仿真分析

2.5本章小结

第3章 基于双CT法的长距离电缆故障定位和局部放电检测

3.1长距离电力电缆故障定位方法的原理

3.2长距离电力电缆故障定位方法的仿真分析

3.3长距离电缆局部放电点的定位方法

3.4基于PCB型Rogowski线圈电流传感器的研制

3.5特高频信号传感器的设计

3.6小波分析

3.7局部放电信号测试

3.8本章小结

第4章 三相电力电缆绝缘在线监测系统的设计

4.1信号处理电路的设计

4.2测量系统核心单元设计

4.3取能电源设计

4.4 GPS模块与GPRS模块

4.5硬件实物图

4.6系统软件设计

4.7实验调试

4.8基于LABVIEW软件平台的界面设计

4.9本章小结

第5章 长距离电缆护套绝缘在线监测技术

5.1海南联网工程介绍

5.2超高压长距离充油电缆护套绝缘监测的原理

5.3充油电力电缆护套绝缘在线监测的实施方案

5.4护套电流及电容电流的计算

5.5本章小结

结论

创新点

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢