XLPE电缆局部放电在线监测研究

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作为电力运输中的主要设备,交联聚乙烯电缆(Cross Linked Polyethylene,XLPE)的绝缘性能决定了电力系统的安全性与可靠性,其绝缘性能的下降会直接威胁到整个系统的稳定。传统的电缆故障监测多为离线监测,无法对其绝缘状况进行实时评估,及时发现潜在的绝缘故障。因此,对运行中的电缆进行局部放电在线监测和识别,及时发现绝缘隐患,对保证电力系统的稳定运行具有重大意义。本文基于对几种常用在线监测方法的分析比较,选用电磁耦合法作为理论依据,对XLPE电缆局部放电在线监测以及其抗干扰技术进行研究。主要工作如下:(1)阐述局部放电的分类和产生原因,基于电缆绝缘层三电容模型解释局部放电现象以及分析局部放电机理,并根据局放信号的特征给出了四种数学模型。以双指数衰减模型作为故障点局放脉冲信号,通过Simulink软件对局放信号在XLPE电缆中的传输进行仿真分析,并由分析可推论,电缆故障时产生的局放信号频率不同、放电位置不同,均会对传感器的监测结果带来影响,为电缆局部放电在线监测研究提供了理论支持。(2)完成了局部放电在线监测系统硬件设计。设计了一种基于自积分回路的宽频带传感器,仿真分析了罗氏线圈的响应灵敏度及频带宽度各参数的关系。在确定了其形状大小和磁性材料后,选定了最佳的积分电阻及线圈匝数,使电流传感器达到较宽的工作频带,且保持一定的响应灵敏度,继而在MATLAB中仿真验证了其性能。最后完成了后续调理电路、数据采集电路以及电源电路的设计。(3)对于局部放电在线监测过程中受到的白噪声干扰问题,进行了抗干扰研究。针对传统局放信号降噪方法计算量复杂的情况,对小波变换法进行分析,在原始降噪算法的基础上引入计算复杂性较低的谱减法,采用了一种改进的噪声功率谱密度估计方案,将之与小波分析结合。在信号采集之后,使用小波分析将局放信号进行第一层分解,得到近似子带和细节子带,进而获得噪声功率谱密度的估计值,并从捕获的局放信号的噪声功率谱中减去,这大大提高了降噪效率,且能够同时解决小波变换计算复杂与谱减法分辨率固定的问题。(4)对改进降噪算法进行仿真验证。仿真分析了db3小波对局部放电信号的降噪效果,分别采用四种阈值对信号进行降噪处理,分析得出rigrsure阈值是其中最佳去除白噪声的方式,故选取此降噪方法与改进降噪方法作为对比。使用MATLAB依次在5d B,0d B和-5d B三种噪声水平下测试改进算法与rigrsure阈值小波的降噪性能,并使用信噪比进行评估。所得图形和数据皆表明,与传统方式相比,改进降噪方法拥有更优异的降噪效果,具有一定的实用价值。
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