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1、摘 要 I 摘 要 交联聚乙烯电缆在电网中广泛应用，其运行的可靠性直接关系到电力系统 的安全和稳定，而局部放电检测是分析交联聚乙烯电缆绝缘劣化程度的有效方 法，这就迫切需要通过对交联聚乙烯电缆进行局部放电在线检测以实现对其的 状态检修。所以本文围绕交联聚乙烯电缆的局部放电在线检测进行了研究。 针对交联聚乙烯电缆局部放电信号的特点，设计了具有较宽工作频带和较 好幅频特性的宽频带电流传感器，通过分析比较确定了其最优的参数，并对所 研制的宽频带电流传感器性能进行了验证。 在前人研究和经验的基础上，研制了一套可用于交联聚乙烯电缆局部放电 在线检测的系统。该系统的硬件设备包括传感器、放电滤波电路、采集卡
2、以及 工控机。该系统的软件系统采用 LabVIEW 语言编写，实现了对局部放电信号 的采集、消噪、谱图显示等功能。软件系统在消噪方面采用了基于 GHM 多小 波的自动阈值消噪法，通过仿真验证了 GHM 多小波自动阈值消噪法的有效性， 并运用该方法与单小波消噪法对仿真数据和现场局部放电检测数据进行处理， 经结果分析比较得出其具有较好的保留原信号信息的能力。 通过对交联聚乙烯电缆局部放电类型的分析，制作了四种放电模型对其进 行模拟。并对论文研制的局部放电检测系统进行模拟实验，验证其能有效检测 出局部放电信号。 为了更好的显示局部放电信号的特征设计了二维和三维谱图， 将四种放电模型数据进行谱图显示并
3、加以分析。 关键词 关键词 关键词 关键词：局部放电；交联聚乙烯电缆；宽频带电流传感器；GHM 多小波 摘 要 II Abstract XLPE cable has been widely applied in power system. Its reliability is directly related to security and stability of power system. Partial discharge detection is an effective method to analyze the insulation degradation degree of XL
4、PE cable. There is an urgent need for XLPE cable by partial discharge on-line test in order to achieve the status maintenance. This paper researches on XLPE cable partial discharge detection. For the characteristics of XLPE cable partial discharge signal, design a wideband current sensor with wide f
5、requency band and good frequency characteristics. By analysis and comparison, determine the optimal parameters and verify the performance of wideband current sensor. Based on the previous studies and experience, develop a set of system which can be used for XLPE cable partial discharge online detect
6、ion. The systems hardware devices include sensors, discharge filter circuit, the acquisition card and industrial machines. The systems software is written with LabVIEW. It implements acquisition, de-noise and spectrum display of partial discharge signal. Software system uses automatic threshold de-n
7、oising method based on GHM multi-wavelets to de-noise. The simulation results show that the GHM multi-wavelet automatic threshold method is effective. Use this method and wavelet de-noising method to process simulated data and on-site partial discharge detection data. The results show that it has th
8、e ability to retain the original signal information. By the analysis of the types of XLPE cables partial discharge, four discharge models were produced to simulate. And simulate test on the developed partial discharge detection system in this paper. Results verify that it can detect partial discharg
9、e signal effectively. In order to better display the characteristics of partial discharge signal, design two-dimensional and three-dimensional spectra and spectra display and analyze the four discharge models data. Keywords: partial discharge, XLPE cable, wideband current sensor, GHM multi-wavelet 华
10、北电力大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文大交联聚乙烯电缆局部放电在 线检测研究 ，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进 行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发 表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 华北电力大学硕士学位论文使用授权书 交联聚乙烯电缆局部放电在线检测研究系本人在华北电力大学攻读硕士 学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。 本论文的研究成果归华北电力大学 所有，本论文的研究内容
11、不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大 学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印 件和电子版本， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权华北电力大学， 可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。 本学位论文属于（请在以上相应方框内打“” ） ： 保密，在 年解密后适用本授权书 不保密 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 华北电力大学硕士学位论文 - 1 - 第 1 章 绪论 1.1 课题研究的背景和意义 随着国力的增强，电缆及附件制造、安装、运行管理技术水平的提高，城 网的电缆化率有了飞速的发展，中高
12、压电力电缆年投运量 10 万公里以上，并且 呈逐年上升的趋势。电缆由于其敷设于地下，不占地面空间，有利于市容美观； 而且同一地下电缆通道，可以容纳多回线路，输送容量的适应性强；受自然条 件（如雷电、风雨、盐雾、污秽等）和周围环境对电缆的影响较小，配合环网 柜、分接箱等设备，可进行多线路联络，运行方式较为灵活，可大大减少停电 次数和停电范围，使得配网供电可靠性得以提高。特别是交联电缆生产水平的 提高进一步促进了交联电缆应用的扩大。现今交联聚乙烯电缆的应用在国内已 相当广泛 1 。中低压 XLPE 电缆已经逐渐取代纸绝缘电缆，110220kV XLPE 电缆也大量使用，目前 500kV XLPE
13、电力电缆也已投运。随着我国高压 XLPE 电缆的敷设量逐年增加， 2007 年仅国家电网公司集中规模招标采购 220kV 交联 电缆达 936km 2 。在我国城市电网大量采用交联聚乙烯电缆(XLPE)输配电的同 时高压和超高压电网中交联聚乙烯电缆(XLPE)也已应用 3 。 但是电力电缆线路较架空线路投资费用高，故障隐蔽、损坏后存在恢复供 电时间长，不易分支等缺点。随着 110-220kV 电压等级电缆用量的增加，在缺 乏对电缆长期运行性能有效的检测手段的情况下， 这就大大增加了停电的风险。 按照国际一流供电企业的标准，供电可靠率要达到 99.99%，即相当于用户的年 平均停电时间不得超过
14、0.876h。目前，国内诸多电力公司离这个水平还有一定 的差距。通过故障统计，中高压电力电缆以 10kV 配电网为例，全国 2004 年架 空线路的故障率为 9.408 次/百公里年， 电缆线路的故障率为 4.148 次/百公里年， 变压器的故障率为 0.468 次/百台年，断路器的故障率为 2.535 次/百台年，四种 设备的故障率占全部故障率的 80%以上。高电压等级的电缆由于总量较配电电 缆小，发生故障的机率往往受到忽视。但是相对于变压器和高压电器，高压电 力电缆缺少有效的在线检测手段和长期运行性能评估的手段，所以停电的可预 知性不容乐观。 目前，电缆的检修模式正处于由定期检修向状态检修
15、过渡的阶段，大部分 单位的设备检修策略还在使用定期检修和故障检修相结合的方式。国家电网公 司自 2006 年初开始统一开展状态检测的相关研究工作，2007 年编制了国家 电网公司输变电设备状态检修试验规程等核心文件，状态检修规章制度和技华北电力大学硕士学位论文 - 2 - 术标准体系初步建立。2008 年开展了状态检修的试点工作，以期望提高设备运 行的可靠性水平和检修工作效率。随着状态检修工作的稳步推进，该技术在电 力系统中的应用越来越广泛 4,5 。 1.2 交联聚乙烯电缆绝缘的击穿机制 电缆系统缺陷与故障导致绝缘的劣化并最终形成击穿。导致缺陷的原因主 要有如下五个方面： (1) 外部因素：
16、如机械损伤、化学反应、害虫侵袭等导致电缆保护层进而其 他层的破坏； (2) 产品故障：如绝缘的孔隙、杂质污染、金属伸入，以及金属屏蔽不良等； (3) 错误的应用：如超过承受能力的短路电流、电压、负荷变化、环境温度 以及环境电阻等； (4) 错误的安装： 如电缆附件的安装工艺不合格， 拉伸电缆时用力过大等等； (5) 绝缘材料的老化。 除了严重故障会导致电缆在电压应力下立即击穿外，上面前四个缺陷原因 将加速绝缘材料的老化过程。与中、高压 XLPE 电缆相关的老化过程主要有： (1) 热化学劣化。这种劣化过程随着如温度的升高而加速。劣化的绝缘逐渐 被高能电子和离子穿透； (2) 局部放电。当绝缘缺陷的电场超过产生局部放电的起始电压时，该局部 区域就会产生局部放电。由于局
