电力电缆故障定位方法研究及在线检测装置实现-(论文).doc

电力电缆故障定位方法研究及在线检测装置实现 钟海 摘要 电力电缆在电力系统中应用广泛，由于电缆绝缘老化、受潮以及机械损伤等因素，随着运行时间增长，故障发生概率有逐年增加的趋势。因此，对电缆故障点在线检测具有迫切的现实意义。本课题旨在通过对电力电缆故障点测距常用方法和技术进行分析和比较，探索易于进行在线检测的方法和技术实现方法。 本文以35kv交联聚乙烯绝缘电力电缆为原型，用ATP／EMTP建立了一个电力电缆系统仿真模型，并用该模型仿真了不同接地方式下的故障电流行波波形特征，分析了多种因素对故障行波的影响。故障分析过程中采用小波变换局部模极大值的方法检测故障行波的突变点特征，通过小波的故障点奇异性判据判断是否发生故障，并采用合适的测距算法来计算故障点距离。 为了实现电缆故障点的在线检测，本文完成了电力电缆故障点在线监测系统的软硬件设计。硬件部分主要包括DSP工作电路设计、信号调理电路设计、A／D转换电路设计、电源模块电路设计、时钟电路以及复位电路设计。软件部分完成了基于DSP系统的小波算法，以及基于GPRS的无线数据传输工作流程设计。 电缆端头一般都不在变电站内，安装在电缆端头的监测装置所测试的数据要采用通信技术才能及时传输到变电站。本文采用公共GPRS无线通信技术进行数据实时传输，将非变电站内的电缆故障点检测数据信息及时传输到变电站调度中心。采用GPRS技术进行通信的优点是不用组网，按流量计费，终端可长时间挂接在网上，通信成本低廉。利用SIMl00模块对GPRS无线数据传输性能进行了试验，试验结果显示数据传输准确可靠。本文从电力电缆故障点检测方法和在线检测实现方法两个方面论述了对电缆故障点进行快速诊断的可行性。 关键词： 电力电缆；行波：ATP／EMTP；小波变换：DSP；GPRS 第一章 绪论 1．1课题研究的目的和意义 电力电缆在电力系统中的应用越来越广，保障电缆线路的安全运行是对电力系统运行的基本要求。随着社会的高速发展，土地资源日趋紧张，电力线路逐渐由以往占地多的明线方式改为地埋方式。特别是最近几年，随着我国城乡及国防现代化建设的发展和科技的不断进步，使电力电缆的应用更加广泛，其数量成倍增长。电缆线路的安全运行与人们的生产、生活息息相关，电缆线路的故障隐患严重地威胁着人民生命财产的安全，电缆故障对社会造成的影响也越来越大。突发的断电事故不仅会给人们的正常生产和生活造成严重混乱，也会给电力公司造成巨大的损失。人们己经不能接受因电缆线路故障造成工矿生产事故，或银行系统、铁路运输系统、机场调度系统和生活供电的中断。另一方面，电缆线路的故障检测比架空输电线路故障检测任务要艰巨很多，因为电缆线路不像架空线路那样具有直接可观测性。如果电缆故障点的检测结果与实际故障相差较大，那么也就失去了意义。所以，电缆故障检测要求精确度更高的方法。 分析与归纳电力电缆的故障原因和特点，大致如下。 1、机械损伤。机械损伤类故障比较常见，所占故障率接近百分之六十。一般造成机械损伤的原因有直接受外力损伤、施工损伤、自然损伤等几种。 2、绝缘受潮。绝缘受潮是电缆故障的又一主要因素。一般造成绝缘受潮的原因是电缆中间接头或终端头密封工艺不良或密封失效以及电缆护套被异物刺穿或腐蚀穿孔等。 3、绝缘老化。电缆绝缘长期在电作用下工作，要受到伴随电作用而来的化学、热和机械作用，从而使介质发生物理化学变化，使介质的绝缘下降。 4、过电压。过电压主要指大气过电压和内过电压。3倍的大气过电压或操作过电压对于绝缘良好的电缆不会有太大的影响，但实际上，电缆线路在遭受雷击时被击穿的情况并不罕见。 5、过热。引起电缆过热的原因主要是电缆长期过负荷工作、火灾或邻近电缆故障的烧伤、靠近其他热源，长期接受热辐射等。 6、传统的电力电缆离线故障测距装置需附加高压脉冲发生器，出于各种因素考虑，如人身安全，绝缘性能等，所加电压只有30．40kv，达不到测量110kV以上电压等级电力电缆故障点击穿的要求，无法实现110kv以上电压等级电力电缆故障测距。在线故障测距装置的引入，完全利用电力电缆故障瞬间产生的信息，能够克服这方面的缺点。 1．2本课题研究方法及实验手段 要实现在线故障测距，就必须充分利用电力电缆故障瞬间所表现出来的各种特性。这涉及到一系列故障特性研究，包括故障点特性研究：故障信息从故障点到测量端的传播特性研究；故障信息在测量处的变化特性研究；从干扰背景中检出故障信息的研究；充分利用各种故障信息实现准确故障测距的研究。 只有充分研究清楚各种情况下测量端捕捉到的各个地方反射过来的行波，才能提取有用的暂态信号实现电力电缆单端在线故