基于XLPE电缆局部放电检测的传感器研究

摘要

交联聚乙烯(XLPE)电力电缆凭借优异的电气、热、机械性能及易敷设和维护简单等优点，被广泛应用于城市电网中。由于在电缆生产、运输、安装及运行过程中引入杂质、气泡、毛刺、凸起等缺陷，在电场作用下，电缆绝缘中会产生局部放电现象，造成绝缘劣化，引发电缆故障。因此，检测电力电缆局部放电信号，对评估电缆绝缘状态，保障电力系统可靠运行具有重要的理论意义和实用价值。由于局部放电信号非常微弱，极易淹没在环境噪声和干扰信号中，如何采用传感器将局部放电信号提取出来已成为局部放电检测中最关键的环节之一。
　　 本文首先基于电磁感应原理研制了罗氏线圈高频电流传感器，考察了磁芯材料、绕线直径、绕线匝数、积分电阻对传感器幅频特性的影响，提取了最优参数。采用该传感器测量10 kV XLPE电缆样品中的局部放电信号，并与脉冲电流法的测量结果对比。结果表明，该高频电流传感器满足电缆局部放电在线检测的要求，可用于在线局部放电信号检测。
　　 其次，基于电容耦合原理研制了内置式电容传感器，考察了电容电极宽度、电极间距对传感器输出特性的影响，并选取了最优参数。为抑制工频干扰，设计了高通滤波放大电路，增益为34 dB。采用该传感器测量含有两种典型缺陷的10kV XLPE电缆样品中的局部放电信号，并与脉冲电流法测量结果对比。结果表明，内置式电容传感器灵敏度高，抗工频干扰能力强，可用于在线局部放电检测。
　　 最后，基于Faraday磁光效应原理研制了光学电流传感器，并对三种典型缺陷模型及含缺陷的10 kV XLPE电缆进行检测。结果表明，光学电流传感器可用于高频小电流检测，有广阔的应用前景。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1研究意义

1.2 XLPE电力电缆局部放电检测技术研究现状

1.3 XLPE电力电缆局部放电在线监测中存在的问题

1.4本文的研究内容

第二章宽频带电磁耦合电流传感器

2.1电磁耦合传感器工作原理

2.2电流传感器的设计

2.2.1自积分条件

2.2.2线圈绕线及匝数

2.2.3线圈骨架的选用

2.2.4负载电阻

2.2.5传感器线圈参数

2.2.6电流传感器特性分析

2.2.7灵敏度

2.3含缺陷XLPE电缆局部放电测量实验

2.3.1实验样品及方法

2.3.2实验结果及讨论

2.4小结

第三章内置式电容传感器

3.1内置式电容耦合传感器工作原理

3.2内置式电容耦合传感器的设计

3.2.1金属箔电极尺寸及安装方式对传感器性能的影响

3.2.2滤波放大器

3.3含缺陷XLPE电缆局部放电测量实验

3.3.1实验样品及过程

3.3.2实验结果及讨论

3.4小结

第四章光学电流传感器

4.1光学电流传感器原理及其数学模型

4.1.1偏振光的数学模型

4.1.2 Faraday磁光效应原理

4.1.3基于琼斯矩阵的光学电流传感器数学模型

4.2光学电流传感器的设计

4.2.1光学电流传感器结构

4.2.2光源及电路设计

4.2.3光电转换

4.3光学电流传感器局部放电测量实验

4.3.1实验样品及过程

4.3.2实验结果及讨论

4.4小结

第五章总结

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢