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基于时频域分析的电缆在线监测方法研究

樊宇泽  
【摘要】:电缆深埋于地下,在不同运行环境中不可避免的受到包括高温、机械应力、辐射、化学腐蚀等影响,当发生故障时造成的经济损失相较于传统架空线可能会更加严重,这需要我们对电缆故障定位的准确性有着更高要求。时频分析方法结合了信号时间域与频率域的联合分布信息,已经在地震预测、医学诊断、故障分析领域得到了广泛的应用。基于魏格纳-威利时频分布(Wigner-Ville Distribution,WVD)的时频域反射法(TFDR)正是时频分析在电缆故障诊断领域的最新应用,TFDR通过求取入射信号和反射信号的时频互相关(TFCC)函数,利用时频互相关函数的峰值判断电缆故障情况。本文基于时频反射原理对XLPE电缆运行状态进行研究,主要工作内容如下:1.研究了交联聚乙烯电缆结构老化现象及成因,通过研究绝缘材料介电特性,分析XLPE材料介电常数同老化程度加深的变化趋势。,2.通过分析电缆分布参数及传输线理论建立等效数学模型为后文电缆仿真建模打下理论基础,并对基于WVD和TFCC方法的TFDR理论进行详细推导,研究表明伪WVD相较于WVD可以有效减少交叉项的产生,提供定位精度。3.在PSCAD中搭建仿真模型,分别对电缆故障及局部老化缺陷进行仿真实验,并将采集的数据导入MATLAB中进行时频分析,实验结果表明TFDR在电缆发生故障如线路开路或短路定位精度较高,测量误差大多分布在0.1%-0.3%之间;对于电缆局部老化,TFCC的峰值可以表征电缆老化状态,随着老化程度的加深(介电常数的增大)归一化TFCC局部峰值从0.002上升至0.0033,对照实验(导体体积电阻率的增大)TFCC的峰值无法表征电缆老化程度的变化,其归一化局部峰值随着老化加深均处于3‰的水平,论证了介电常数对于电缆老化的相关性。本文研究表明基于时频反射原理的电缆监测方法具有精度和灵敏性,对于电力电缆故障及老化定位具有很重要的价值。


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