基于局部放电的矿用XLPE电缆绝缘在线监测与定位技术研究

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交联聚乙烯(XLPE)电缆具有受外界环境影响小、额定工作温度高、可靠耐用等优点,因此,具有铠装结构的XLPE电缆在煤矿供电系统中得到广泛的应用。我国现有煤矿供电系统普遍采用6k V或10k V的电压等级,部分煤矿供电系统由于环境影响、老化以及供电线路疏于管理等因素,供电系统面临巨大挑战。而对矿用XLPE电缆进行绝缘状况的定期检测,对故障发生点进行定位,提前处理供电系统存在的隐患,对煤矿供电具有重要的意义。通过对国内外现有电缆绝缘监测与定位方法的研究、学习,分析各方法的优势与其存在的不足,并根据煤矿供电系统的工作环境,选用了一种基于局部放电原理的电缆绝缘在线监测与定位方法。通过对矿用XLPE电缆的结构和绝缘特性进行分析,研究了局部放电脉冲的产生机理,建立局部放电的数学模型,并通过MATLAB对局部放电信号的传播特性进行仿真分析。针对局部放电脉冲信号易受干扰、提取困难的问题,提出了基于经验小波变换(EWT)的局部放电信号降噪方法。通过MATLAB仿真和实测信号试验,与现有的经验模态分解降噪、小波降噪方法进行对比,验证了在不同噪声情况下可以有效提取局部放电脉冲,提高了信号的检测精度。目前较为流行的局部放电故障点定位方法为时域反射法(TDR),针对单端TDR方法在故障点定位中存在的波速不稳定、脉冲衰减等问题,确定了基于双端TDR的局部放电信号的定位方法。该方法克服了单端定位的精度问题,降低了时间延迟,提高了定位速度。详细介绍了矿用XLPE电缆绝缘在线监测与定位系统的设计,包括硬件部分的高频电流传感器、数据处理模块、数据通讯模块和相关附件,以及软件部分的上位机操作程序。通高频电流传感器进行信号采集,通过模数转换后利用光纤将采集数据传输至监控界面,实现电缆绝缘状况的在线监测与故障点的实时定位。最后,对所设计的绝缘监测与定位系统进行实际验证。首先,在实验室搭建针-板放电模型,模拟XLPE电缆的局部放电现象;在某电缆厂进行定位软件的实际测试。最后,在平煤集团某矿进行24小时挂网运行。从多处电缆的试验结果验证了基于局部放电的矿用XLPE电缆绝缘在线监测与定位系统的有效性与可靠性。
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