基于绝缘电阻的电缆用乙丙橡胶绝缘表面电痕故障诊断方法研究

摘要

本论文是国家自然科学基金面上项目“矿用高压电缆绝缘故障机理及其寿命评估方法研究”（项目编号：51377113）的主要研究内容之一，即研究矿用10kV乙丙橡胶绝缘电缆因表面电痕形成的老化及其故障诊断方法。
　　目前，我国煤矿井下已大范围使用10kV供电，其输电电缆以矿用移动金属屏蔽橡套软电缆为主。它的主绝缘层材料为乙丙橡胶（Ethylene Propylene Rubber，EPR）。虽然乙丙橡胶绝缘具有优异的耐候、阻水、耐热性和耐腐蚀性能，以及良好的柔韧性及介电性能，然而煤矿井下工况条件复杂，电缆往往同时受多种老化因子的作用，引起绝缘劣化及损坏。如电缆由于经常拖拽，外护套易发生损伤，使得主绝缘层和金属屏蔽层裸露在外，则在此处容易发生沿面放电，形成表面电痕。此外，矿用电气设备接线腔内的高压电缆接头往往不做特殊处理，直接裸露在外。如果接头处理不当或表面有污染物，在较低电压作用下也会因为沿面放电形成表面电痕。这些表面电痕将使绝缘产生不可逆转的损伤，并逐渐劣化直至绝缘失效。
　　针对矿用10kV乙丙橡胶电缆绝缘存在的以上问题，本文以乙丙橡胶绝缘表面电痕为研究对象，理论和试验相结合，研究不同表面状态下，乙丙橡胶表面电痕的形成和破坏机理及其诊断方法。具体研究内容如下：
　　基于矿用乙丙橡胶电缆绝缘运行环境，首先研究了电缆用乙丙橡胶在不同电场分布下的沿面放电情况，并对放电结束后的表面电痕情况进行了分析；然后根据IEC60587试验标准研究了乙丙橡胶的耐电痕性能；最后研究了绝缘污秽对乙丙橡胶绝缘污秽的影响。
　　在实验分析的基础上，选择体电阻、极化-去极化电流和回复电压来对乙丙橡胶的表面电痕化程度进行表征，并详细分析了测量电压、测量温度和电痕化程度对体电阻、极化-去极化电流和回复电压的影响情况和影响机理。
　　基于不同电痕腐蚀及绝缘污秽程度下，体电阻、极化-去极化电流和回复电压的曲线差异，提取典型特征参数，对电痕化故障进行表征。
　　简要介绍了模糊理论和神经网络的基本理论，在分析了各自优缺点的基础上将二者结合起来形成模糊神经网络，实现故障诊断功能。主要依托 LabVIEW软件平台，编写了特征量提取程序，并选择合适的隶属函数对原始特征数据进行了模糊化处理，经神经网络训练，进而实现诊断故障。
　　研究结果表明，对不同电场情况下的沿面放电过程进行研究，有助于深入认识电场分布情况对起始放电、放电发展过程和电痕形成的影响；IEC电痕试验可以实现乙丙橡胶的耐电痕性能评估；所选故障特征量与模糊神经网络故障诊断相结合的方法，可以对乙丙橡胶绝缘的表面电痕腐蚀与绝缘脏污进行准确的识别分类。

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第一章 绪论

1.1课题研究的目的和意义

1.2矿用乙丙橡胶电缆概况

1.3国内外绝缘材料表面电痕破坏研究现状

1.4国内外高压电缆故障诊断方法研究现状

1.5本文的研究目标及主要研究内容

第二章 乙丙橡胶表面电痕破坏机理及试验分析

2.1不同电场分布下的沿面放电

2.2 IEC标准电痕试验

2.3绝缘污秽试验

2.4本章小结

第三章 基于绝缘电阻的表面电痕腐蚀程度分析

3.1绝缘电阻

3.2乙丙橡胶的体电阻

3.3乙丙橡胶的极化-去极化电流

3.4乙丙橡胶的回复电压

3.5本章小结

第四章 表面电痕化特征量分析与提取

4.1绝缘电阻特征量的分析与提取

4.2极化-去极化电流特征量的分析与提取

4.3回复电压特征量的分析与提取

4.4本章小结

第五章 电缆用乙丙橡胶绝缘表面电痕故障诊断方法研究

5.1模糊理论

5.2神经网络理论

5.3模糊理论与神经网络的融合

5.4模糊神经网络理论在电缆用乙丙橡胶绝缘表面电痕故障诊断中的应用

5.5本章小结

第六章 结论与展望

6.1研究结论

6.2工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的研究成果