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基于谐波诊断的电缆线路劣化监测及寿命预测

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  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 日期:2024-07-22
  • 来源:上海论文网

电力论文哪里有?本文基于电缆不同部位劣化、不同劣化程度时谐波的特征分析理论,建立了高压电缆劣化诊断和寿命预测监测系统。

1  绪论

1.2  国内外高压电缆劣化诊断及寿命预测研究现状

国内很多研究对电缆得老化做了全方位的探索。

目前研究表明电缆受到的劣化应力有:电缆环境温度、电缆运行的发热温度、电缆绝缘层中的电场、地下敷设电缆环境湿度、电缆施工造成的机械损伤等,但是对于电缆多应力老化的研究相对较难,对于电缆多因素老化研究相对较少。在电缆实际管理和维护时,综合考虑电缆老化状态的研究迫在眉睫,提取出电缆老化特征量对分析电缆老化研究至关重要[8]。

文献[9]在研究电缆水树机理时,展开了从化学、力学和水树生长等多个方面入手提出高压绝缘电缆中水树枝的预防方法。文献[10]中的研究通过搭建针对高压电缆的老化平台,研究了电缆水树枝发展过程中环境因素的影响,例如电缆电压、温度。文献[11]对电缆的海量数据进行整合,并建立了高压电缆老化过程中指标的评价标准,综合考虑电缆老化状态。文献[12]采用数学方法逐步回归来分析电缆水树枝含量和电缆服役时间的关系、高压电缆绝缘层累积与电缆老化程度的关系、绝缘材料活化能与电缆服役时间的关系,以此建立电缆随服役时间关于上述指标的模型较为理想。文献[13]将采集的电缆多种运行参数和表征电缆劣化特征量联系起来,以此建立了用于评价电缆劣化状态的数据模型,有较为广泛的适用性。文献[14]搭建综合应力电缆老化模型,检测不同服役时间下老化的高压绝缘电缆的极化、去极化电流,在扩展德拜模型、等温松弛模型的理论指导下分析出电缆的绝缘层的老化因子,进而利用低频介质损耗因素评估高压电缆劣化状态。

3  高压电缆劣化诊断及寿命预测

3.1  电缆劣化故障诊断的人工神经网络模型

本文利用人工神经网络对电缆进行故障诊断,高压电缆劣化诊断其本质上建立高压电缆劣化故障类型与外部仪器谐波测量向量的映射,通过对仪器收集到的高次谐波进行分析,以此来检测出高压电缆内部出现的应力老化或某部位损坏失能的故障情况。通过人工神经网络对对应的映射关系进行拟合,高压电缆故障诊断应用原理:

考虑到实际情况中高压电缆的故障类型众多,选用多种神经网络同时对故障进行检测,预设定参考门限、存入各种数据类型(数据类型主要为各种高次谐波数据),提前配置好在高压电缆故障检测中神经网络可以需要使用到的各种信息,在实际诊断过程中,通过采集到的实时数据与训练好的神经网络对比,才能确保诊断结果准确无误。

4  高压电缆劣化监测系统开发

4.1  系统总体方案设计

基于前述理论和研究,本文建立了对应的系统解决方案,该方案利用硬件终端在线监测高压电缆的谐波信号并分析信号中的高次谐波成分,提取信号中的特征,利用人工神经网络故障诊断技术和专家系统对信号特征处理,最终得出被监测电缆的劣化情况,且高压电缆的劣化指标指导高压电缆剩余使用寿命的评估。

如图42所示,系统解决方案由高压电缆现场的监测终端、集中管理装置组成。

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系统方案的核心是利用高压电缆监测终端采集待监测电缆的谐波信号,经终端特征提取后将监测数据上传至集中管理装置,集中管理装置的高压电缆劣化诊断对电缆的监测数据分析得出电缆的诊断结果,管理人员可以通过集中管理装置查看电缆的监测状态和剩余使用寿命评估。

4.2  高压电缆监测终端的设计

高压电缆谐波诊断终端硬件分为三大部分:系统电源模块、信号采集处理模块和数据通信模块。终端整体为一个长、宽约为22.85cm,高约为9.25cm的金属磁场屏蔽盒,下端留有五个对外连接孔,分别连接220V市交流电接线以及三相高压电缆谐波信号传感器接线的接线孔,上端外接孔连接NB通信天线。

该系统电源模块部分,如图43部分所示,采用220V/50Hz交流市电供电,交流市电经过电源模块中硬件部分的降压、整流处理后输出12V的直流供电。电源模块是系统的直流电源,其输出的直流电给系统中信号采集处理模块和数据通信模块供电。高压电缆谐波诊断终端的硬件框图如图43所示。

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结论

我国地域辽阔,国内电网电缆的数量规模非常庞大,且保持着较快的增长速度。随着XLPE运行时间的推移,电网中电缆因老化引起故障的比例增多,严重影响电网输配电的可靠性和安全性。因此面对庞大数量的配电网电缆的老化问题需要采取有效措施来监控电缆的劣化状态以保障电网输配电的可靠性。

本文针对目前配电网络庞大数量的电缆需要监控老化情况的问题,提出了基于谐波法的现在监控电缆系统解决方案。本文基于电缆不同部位劣化、不同劣化程度时谐波的特征分析理论,建立了高压电缆劣化诊断和寿命预测监测系统。高压电缆劣化诊断和寿命预测系统基于人工神经网络和专家数据库技术建立,本文通过设计电缆监测硬件终端和集中管理装置的诊断系统来部署整套解决方案。电缆硬件终端通过定期采集待检测电缆的谐波信号并进行特征提取获取电缆的运行监测数据,终端并将电缆的监测数据上传电缆谐波信号的特征数据至集中管理装置的诊断系统,诊断系统对电缆运行时的特征量诊断,以此得出待监测电缆劣化的结果。系统并根据电缆的历史监测数据预测出电缆的剩余使用寿命。 

本文提出的高压电缆劣化诊断系统通过测试表明: 1. 本系统适用于电缆线路的劣化诊断和故障判断,能有效对高压电缆的老化状态进行评估。 2. 本文提出的系统对电缆劣化的诊断评估对于掌握电缆线路的老化状态有可视化的功能。 3. 本文提出的系统对于电网线路的维护和更新工作有指导性的意义。

参考文献(略)

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