電纜附件局放內(nèi)置傳感器與超高頻檢測的研究.pdf

1、局部放電(Partial Discharge)是電纜附件絕緣故障早期的主要表現(xiàn)形式,它既是引起電纜附件絕緣劣化的主要原因之一,又是表征電纜附件絕緣狀況的主要特征量。深入開展對電纜附件絕緣PD的在線檢測與故障診斷研究能夠及時準確地判斷電纜附件內(nèi)部絕緣狀態(tài),對于防止電纜線路事故的發(fā)生,以及保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行都有著重大意義。本文從PD的超高頻(Ultra High Frequency)檢測角度出發(fā),依據(jù)110kV高壓交聯(lián)聚乙烯(XLPE

2、)電纜附件結構及運行特點,結合微波與天線理論、電氣測量技術和電磁場分析理論,開展了對電纜附件PD超高頻檢測技術的研究與分析。主要研究工作內(nèi)容如下:推導計算多層復合介質的同軸線模式特征方程,結合同軸電力電纜多層復合介質波導結構特點,理論分析電纜PD輻射電磁波信號在其內(nèi)傳播存在的波型場結構及其特點,闡述了半導電層對其傳播的影響;利用時域有限差分法(Finite Difference Time Domain)構建電纜及附件數(shù)值仿真模型,研究超

3、高頻電磁波在附件及本體中分布規(guī)律、衰減特性及影響其內(nèi)部PD超高頻電磁波信號檢測的各種因素。此外,通過引入電纜的半導電層權重比的傳輸線模型,分析計算了PD脈沖在電纜中不同距離下的衰減譜特性,為高頻PD傳感器的選頻提供理論依據(jù)。研制了適用于電纜附件PD監(jiān)測的寬頻帶內(nèi)置圓環(huán)型電容傳感器和小型化的螺旋加載短路探針天線內(nèi)置傳感器,對所研制的內(nèi)置傳感器特性進行分析。檢測表明:內(nèi)置電容傳感器特性優(yōu)異,能耦合ns級暫態(tài)脈沖信號,其有效檢測頻帶達500M

4、Hz,在實驗室檢測靈敏度為4～6pC,而天線傳感器駐波比小于3的帶寬約為353MHz~380MHz,為電纜附件PD超高頻檢測奠定了基礎。根據(jù)110kV電纜附件典型缺陷類型的特征以及絕緣放電的形式和特點,設計了4種典型模擬PD缺陷物理模型,利用電流傳感器、電容傳感器,天線傳感器,通過高速PD數(shù)字采集系統(tǒng)得到了這4種絕緣缺陷產(chǎn)生的PD大量樣本,獲取4種典型放電缺陷的單次放電信號并構建出了PD的φ-q-n譜圖,研究了這4種缺陷下的不同放電特征