基于混沌特征量的电缆局放定位与绝缘老化诊断研究

摘要

随着电力系统的不断发展，电力电缆线路规模也随之变大。其中，交联聚乙烯（XLPE）电缆是目前使用最多，应用最为广泛的一种。由于与环境、外力作用及自身质量等因素影响，XLPE电缆绝缘故障在运行过程中时有发生，严重威胁电力系统的安全稳定运行；因此，如何有效检测电缆绝缘缺陷，正确预警电缆绝缘故障，对电力系统安全经济运行具有重要意义。局部放电及水树是XLPE电缆绝缘劣化的重要原因，监测并定位电缆局部放电是电缆状态运维的重要手段，也是研究热点之一。
　　由于局部放电脉冲信号沿电缆传输时，不仅自身会发生严重的衰减畸变，而且还会受到周围信号的干扰，在线检测困难。已有研究表明，电缆中的局放信号是一种具有混沌性质的信号，而混沌信号具有较强的抗干扰能力，局放时间序列的混沌特征参量不易受到电磁干扰的影响。本文在现有电缆局部放电机理及绝缘老化诊断研究的基础上，以混沌时间序列分析方法为基础，对XLPE电缆的局放定位与绝缘老化诊断方法进行了深入研究。主要工作有：
　　（1）研究了局部放电信号混沌特征参量的计算方法，通过对三种时间延迟与嵌入维计算方法的对比分析，及Matlab仿真计算，发现C-C算法更适合局放信号进行时间延迟与嵌入维的计算。
　　（2）采用小波去噪方法来对实际局放信号中的噪声信号进行去噪处理，并对去噪前后局放信号的混沌特征参量进行对比分析，发现去噪前后局放混沌特征参量有了比较明显的改变。计算结果表明：噪声信号对局放混沌特征参量计算有较大的影响，为了准确的得到真实局放信号的混沌特征量，对初始含噪局放信号进行小波去噪处理是十分有必要的。
　　（3）搭建了XLPE电缆局放传输的Matlab-Simulink仿真模型，该模型综合考虑了导体集肤效应和半导电层等因素的影响。仿真研究了局放信号沿XLPE电缆传播的衰变规律，发现随着传输距离的增加，局放信号波形逐渐畸变展宽，高频分量衰减严重，证明了XLPE电缆是具有低通滤波性的。仿真研究了局放混沌特征参量沿XLPE电缆的传播规律，认为随着传输距离的增加，最大 Lyapunov指数?会慢慢趋于稳定，基本保持不变。因此，本文采用最大 Lyapunov指数?来作为反映电缆绝缘老化状态的特征量。随着传输距离的增加，关联维数按照对数函数趋势减小，利用关联维数这种特殊的函数变化关系，提出了一种基于混沌特征量的局放定位新方法。并通过仿真实验数据进行了验证，表明了这种新的局放定位方法是一种有效可行的方法。

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第一章 绪 论

1.1 研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要工作

第二章 局部放电时间序列混沌特性分析

2.1 混沌理论及基本特征

2.2 局部放电信号混沌特征参量的计算方法

2.3 局部放电信号混沌特征分析

2.4 本章小结

第三章 基于小波分析的电缆局放信号去噪

3.1 噪声对混沌特征量计算的影响

3.2 小波去噪原理及步骤

3.3 电缆局放特征信号的提取

3.4 本章小结

第四章 交联聚乙烯电缆局放仿真模型

4.1 局放脉冲信号沿电缆的传播特性研究

4.2 考虑频变特性的XLPE电缆模型研究

4.3 本章小结

第五章 XLPE电缆局放定位与绝缘老化诊断仿真分析

5.1 电缆绝缘老化局放特征量分析

5.2 Matlab仿真分析

5.3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录（攻读学位期间发表论文目录）