高压XLPE电缆绝缘诊断技术研究

摘要

随着我国电缆制造工艺的不断提升，110kV电压等级及以上高压交联聚乙烯(CrossLinked Polyethylene，XLPE)电缆在城网改造与建设过程中获得了广泛应用，俨然成为电网中重要输配电设备之一。高压XLPE电缆在送电过程中会受到外界诸如电、热、机械力等不利因素影响，若不及时掌握其绝缘状态并采取相应维护措施很有可能导致其绝缘击穿并引发事故。针对XLPE电缆的绝缘检测，预防性试验已凸显其弊端，在线监测理念逐步受到认可，但是将现有在线监测方法用于高压交联聚乙烯电缆的绝缘故障诊断并不完全可靠，因此，本文以110kV XLPE电缆为对象进行了如下研究:
　　首先，阐述电缆绝缘故障检测的深刻意义，总结国内外XLPE电缆绝缘检测技术的研究现状，分析常用电缆绝缘故障检测方法的局限性，并讨论高压XLPE电缆绝缘诊断的关键问题及其今后发展方向。
　　其次，深入研究XLPE电缆的绝缘老化基础理论。在分析高压XLPE电缆基本结构的基础上，重点分析交联聚乙烯绝缘中水树枝、局部放电、电树枝的形成、发展与老化过程，总结影响电缆绝缘老化的外在因素，为后续章节探讨高压XLPE电缆的绝缘诊断问题奠定理论基础。
　　然后，针对不同接地方式下高压XLPE电缆的绝缘诊断技术分别展开讨论。对于单端接地XLPE电缆的绝缘诊断，指出现阶段采用单一绝缘在线监测方法的不足，提出“绝缘综合评估”的思想，并将模糊理论应用其中，建立110kV XLPE电缆模糊绝缘综合评估模型，该模型采用模糊层次分析法替代原有的层次分析法对各绝缘参数进行权重分配，改进了层次分析法中存在的判断矩阵一致性问题，同时在模糊综合评估过程中引入相对劣化度概念，使得该模型的模糊诊断矩阵更贴近电缆实际劣化情况。算例分析表明了模糊绝缘综合评估模型的有效性，为单端接地高压XLPE电缆的绝缘诊断提供了一种新的研究思路。
　　对于交叉互联接地XLPE电缆的绝缘诊断，根据流过电缆屏蔽层的电流为工频（同频同相位）向量及同频率下向量能进行结合运算的特性，按照交叉互联等值电路对各交叉互联点的接地线电流合成情况进行向量运算，得到流过各段主绝缘的电流和加载在各段主绝缘上的电压，依据阻抗定律对各段电缆的主绝缘进行绝缘状况判断，并通过仿真计算验证了向量分析法的有效性。
　　最后，设计以监测高压XLPE电缆接地线电流为目的的绝缘在线监测系统。监测系统包括原始信号采集、原始信号调理、A/D转换、信号处理、信号传输及后台监测等几个主要模块。下位机现场检测单元中的原始信号采集模块采用LEM HO-10-P/SP33型非接触式电流传感器，可满足电缆接地线电流高精度的采集要求;原始信号调理包括电流/电压转换电路、低通滤波电路、锁相倍频电路及限幅电路;A/D转换模块采用12位逐次比较型模数转换器MAX199;信号处理模块选用低功耗、高性能的单片机AT89C55，并设计了相应的外围接口电路。系统软件部分对数据采集、串口通信、数据计算程序进行了设计，上位机监控单元采用RS485通信方式进行数据与后台的通信、并采用DAO和动态图形显示方式实现数据库和历史数据趋势分析的程序实现。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文的背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 预防性试验

1．2．2 绝缘在线监测

1．3 存在的问题

1．4 本文主要研究内容

第二章 高压XLPE电缆绝缘老化基本理论

2．1 高压XLPE电缆基本结构

2．2 XLPE电缆绝缘故障产生原因

2．3 高压XLPE电缆绝缘老化机理

2．3．1 水树枝老化

2．3．2 局部放电老化

2．3．3 电树枝老化

2．4 本章小结

第三章 单端接地110kV XLPE电缆绝缘诊断技术

3．1 110kV XLPE电缆金属屏蔽层接地方式

3．2 单一监测方法局限性

3．3 模糊综合评估

3．3．1 模糊诊断理论

3．3．2 模糊层次分析法

3．3．3 模糊综合评估步骤

3．4 基于模糊综合评估的XLPE电缆绝缘状态诊断

3．4．1 评价因素集的建立

3．4．2 评语集的建立

3．4．3 各绝缘参数权重确定

3．4．4 隶属函数的建立

3．4．5 算例分析

3．5 本章小结

第四章 交叉互联接地110kV XLPE电缆绝缘诊断技术

4．1 XLPE电缆交叉互联原理

4．2 XLPE电缆交叉互联绝缘诊断依据

4．3 交叉互联电缆数学计算模型

4．3．1 等值电路电流计算

4．3．2 等值电路电压计算

4．4 仿真分析

4．4．1 参数设置

4．4．2 模拟仿真

4．5 本章小结

第五章 高压XLPE电缆绝缘在线监测系统

5．1 总体设计方案

5．2 现场检测单元硬件设计

5．2．1 原始信号采集模块

5．2．2 原始信号调理模块

5．2．3 A／D转换模块

5．2．4 数据处理模块

5．2．5 现场检测单元总体结构

5．3 系统软件设计

5．3．1 数据采集程序

5．3．2 串口通信程序

5．3．3 数据计算程序

5．3．4 数据管理程序

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文及成果

攻读硕士学位期间参与研究项目