110kV交联聚乙烯电力电缆绝缘在线监测的研究
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摘要
交联聚乙烯(XLPE)电力电缆由于其自身的一系列优点，在高压电网中得到了越来越广泛的应用。特别在城市中，由于电网结构的调整和城市规划的要求，电缆线路不断增加。目前已有不少110KV电压等级的交联聚乙烯电力电缆线路投入运行，并且处于快速增长的趋势。对运行中的电缆，为了掌握其绝缘状况，有必要对之进行在线的绝缘监测及诊断。110KV电压等级的电缆线路在城市电网中的地位举足轻重，更加应该给予重视。
本论文首先概要地讨论了目前电力电缆绝缘在线监测的几种方法，并对这些方法进行分析、比较，指出它们的优缺点。从这几种在线监测方法中归纳出它们的实质：在线监测实际上是进行一系列电参量的检测，并以实验得到的先验数据与实际电缆绝缘特性之间的相关性为依据来判断电缆绝缘的状况。
目前采用的多种在线监测方法都是针对较低电压等级的电缆线路。对于较高电压等级的电缆，本文通过对绝缘参数的估算得出结论：几种已有的针对较低电压等级电缆的在线监测方法，难以有效地用于110KV的XLPE电缆绝缘在线监测。论文进一步指出，局部放电法与趋势管理方法是电缆绝缘在线监测的发展方向。虽然局部放电方法的有效性较高，但价格投入甚高。故本文通过对具体的电缆线路进行分析，采用接地线电流法作为趋势管理的手段。既可达到一定的效果，又可体现经济上的优势。
针对接地线电流法，设计并完成了一套现场多路接地线电流采集装置，包括传感器的选择，输入信号的放大，前置低通滤波，锁相环频率跟踪电路的设计以及基于AT89C55的单片机的数据采集、键盘与液晶显示等电路的设计。本文将介绍在开发过程中的一些思路以及一些实际问题的相应解决对策。
同时，本文简要地介绍了用来进行趋势管理的上位机的定时监控程序，以及基于RS485的串口通信的实现和数据库的建立等。
对采集并存储到上位机数据库中的时间序列，进行了统计分析。对采集得到的三相电流信号实现单相历史数据的纵向比较以及三相电流之间的横向比较，并综合起来对绝缘的老化状况进行评估。
XLPE power cable is widely used in grid system for its series of merits. Especially in cities, for the requirement of network structure adjustment and city planning, the mount of cable line increases continuously. At present, there are many XLPE cable lines of 110KV voltage class in service and it is on the swift growth trend. For the power cables in service, it is necessary to carry out on-line insulation monitoring and diagnosis so as to master its insulation condition. The cable lines of 110KV voltage class take an important place in city power grid, so we should pay more attention to it.
In this paper, we generally discuss several existed methods about on-line insulation monitoring on cable. Then analyze and compare these methods and figure out their merits and demerits. We also induce their essential: to carry out on-line monitoring is to detect a serial of electric parameters, then base on the correlation of prior data coming from experiment and insulation character of actual cable, we can assess the cable insulation condition.
At present, most of the on-line monitoring methods aim at cable line of low voltage level. For those of high voltage level, after the estimate of their insulation parameters we draw the conclusion that those above methods cannot apply to on-line insulation monitoring of 110KV XLPE cable. The paper also points out that partial discharge method and trend management method are the trend of development. Although the validity of partial discharge method is high, its price is relatively higher. So we chose earth line current for trend management. It can achieve certain effect and is economical.
As for earth line current method, we designed and finished a set of on-site multi-path earth line current correcting device. This work include the choice of current transformer and the design of amplifier, prior low pass filter, frequency tracing circuit with phase loop, data acquisition based on AT89C55 MCU, keyboard and LCD display module. This paper also discuss in detail about some thoughts in the development process and solution for some actual problems.
We also briefly introduce the timing monitor program in upper computer that is used for carrying out trend management and the realization of serial port communication based on RS485 and the establishment of database.
We collect the data and save them to database on upper computer. Then we form a time series data and proceed statistic analysis. We longitudinally compare the historical data of certain phase and crossly compare the date phase-to-phase. We combine their results to evaluate the condition of cable insulation.
本论文首先概要地讨论了目前电力电缆绝缘在线监测的几种方法，并对这些方法进行分析、比较，指出它们的优缺点。从这几种在线监测方法中归纳出它们的实质：在线监测实际上是进行一系列电参量的检测，并以实验得到的先验数据与实际电缆绝缘特性之间的相关性为依据来判断电缆绝缘的状况。
目前采用的多种在线监测方法都是针对较低电压等级的电缆线路。对于较高电压等级的电缆，本文通过对绝缘参数的估算得出结论：几种已有的针对较低电压等级电缆的在线监测方法，难以有效地用于110KV的XLPE电缆绝缘在线监测。论文进一步指出，局部放电法与趋势管理方法是电缆绝缘在线监测的发展方向。虽然局部放电方法的有效性较高，但价格投入甚高。故本文通过对具体的电缆线路进行分析，采用接地线电流法作为趋势管理的手段。既可达到一定的效果，又可体现经济上的优势。
针对接地线电流法，设计并完成了一套现场多路接地线电流采集装置，包括传感器的选择，输入信号的放大，前置低通滤波，锁相环频率跟踪电路的设计以及基于AT89C55的单片机的数据采集、键盘与液晶显示等电路的设计。本文将介绍在开发过程中的一些思路以及一些实际问题的相应解决对策。
同时，本文简要地介绍了用来进行趋势管理的上位机的定时监控程序，以及基于RS485的串口通信的实现和数据库的建立等。
对采集并存储到上位机数据库中的时间序列，进行了统计分析。对采集得到的三相电流信号实现单相历史数据的纵向比较以及三相电流之间的横向比较，并综合起来对绝缘的老化状况进行评估。
XLPE power cable is widely used in grid system for its series of merits. Especially in cities, for the requirement of network structure adjustment and city planning, the mount of cable line increases continuously. At present, there are many XLPE cable lines of 110KV voltage class in service and it is on the swift growth trend. For the power cables in service, it is necessary to carry out on-line insulation monitoring and diagnosis so as to master its insulation condition. The cable lines of 110KV voltage class take an important place in city power grid, so we should pay more attention to it.
In this paper, we generally discuss several existed methods about on-line insulation monitoring on cable. Then analyze and compare these methods and figure out their merits and demerits. We also induce their essential: to carry out on-line monitoring is to detect a serial of electric parameters, then base on the correlation of prior data coming from experiment and insulation character of actual cable, we can assess the cable insulation condition.
At present, most of the on-line monitoring methods aim at cable line of low voltage level. For those of high voltage level, after the estimate of their insulation parameters we draw the conclusion that those above methods cannot apply to on-line insulation monitoring of 110KV XLPE cable. The paper also points out that partial discharge method and trend management method are the trend of development. Although the validity of partial discharge method is high, its price is relatively higher. So we chose earth line current for trend management. It can achieve certain effect and is economical.
As for earth line current method, we designed and finished a set of on-site multi-path earth line current correcting device. This work include the choice of current transformer and the design of amplifier, prior low pass filter, frequency tracing circuit with phase loop, data acquisition based on AT89C55 MCU, keyboard and LCD display module. This paper also discuss in detail about some thoughts in the development process and solution for some actual problems.
We also briefly introduce the timing monitor program in upper computer that is used for carrying out trend management and the realization of serial port communication based on RS485 and the establishment of database.
We collect the data and save them to database on upper computer. Then we form a time series data and proceed statistic analysis. We longitudinally compare the historical data of certain phase and crossly compare the date phase-to-phase. We combine their results to evaluate the condition of cable insulation.
引文
[1] 严璋．电气绝缘在线监测技术．北京．水利水电出版社．1995
[2] 江日洪 交联聚乙烯电力电缆线路中国电力出版社，1997
[3] (日)小崎正光．高电压与绝缘技术．OHM，2001
[4] [日]速水敏幸．电力设备的绝缘诊断．北京：科学出版社，2003
[5] 朱德恒，谈克雄．电绝缘诊断技术．中国电力出版社 1999
[6] 成永红．电力设备绝缘检测与诊断中国电力出版社 2001
[7] 王世一．数字信号处理北京理工大学出版社 1999
[8] 胡广书 编著．数字信号处理-理论、算法与实现．清华大学出版社，1997
[9] 胡上序，陈德钊．观测数据的分析与处理浙江大学出版社 1996
[10] 范金城．数据分析．科学出版社，2002
[11] 朱勇华．应用数理统计．武汉．武汉水利电力大学出版社．1999
[12] (美)George E. P. Box．时间序列分析：预测与控制(第三版)．北京：中国统计出版社，1997
[13] 电子线路设计·实验·测试谢自美武汉：华中理工大学出版社，2000
[14] MAXIM公司．CD ROM资料，2002．
[15] 何立民．MCS-51系列单片机应用系统设计．北京．北京航空航天大学出版社．1999
[16] 李华主编．MCS-51系列单片机实用接口技术．北京航空航天大学出版社，1993
[17] 工业数字装置的抗干扰 商斌雄、彭济棠编电子工业出版社 1988
[18] 电磁干扰防护与电磁兼容赖祖武著原子能出版社 1993
[19] 电子控制设备抗干扰技术及其应用 张松春、赵秀芬、竺子芳、杨世宗编著 机械工业出版社 1989
[20] 乔林，杨志刚，刘文杰．Visual C++6.0程序设计(提高篇)．中国铁道出版社 1999
[21] 董长武，王博等．Visual C++计算机语言函数应用．科学出版社 2000
[22] 杨以涵，唐国庆，高曙．专家系统及其在电力系统中的应用．中国电力出版社，1998
[23] 王华，叶爱亮等．Visual C++6.0编程实例与技巧机械工业出版社 2000
[24] Baozhuang Shi, Li Yang. "An Investigation on the Influencing Factors on On-Line Insulation Monitoring of HV Apparatus" Conference Record of the 2000 IEEE International Symposium on Electrical Insulation, Anaheim, CA USA, April 2-5, 2000
[25] Pei Wang, M .R .Raghuveer etc. "A Digital Technique for the On-line Measurement of Dissipation Factor and Capacitance" IEEE Transactions on Dielectrical Insulation
Vol. 8 No. 2, April 2001
[26] Allan, M. Blundell, etc. "New Techniques for Monitoring the Insulation Qualiy of In-service HV Apparatus" IEEE Transactions on Electrical Insulation Vol.27 No.3, June 1992
[27] Braun, J.M .et al: Development of on-site partial discharge testing for transmission class cables . Third International Conference on Power Cables and Accessories 10kV - 500kV,, 23-25 Nov. 1993
[28] Phung, B.T. et al: On-line partial discharge measurement on high voltage power cables. Eleventh International Symposium on High Voltage Engineering. Volume 4, 1999
[29] Ahmed, N et al: Experience gained with on-line partial discharge testing in power cable system Transmission and Distribution. Conference and Exposition, 2001 IEEE/PES .Volume 2,2001
[30] Ahmed, N. et al: On-line partial discharge diagnostic system in power cable system. Transmission and Distribution Conference and Exposition, 2001 IEEE/PES.Volume 2,2001
[31] 胡广书．正弦信号抽样中若干问题的讨论．清华大学学报(自然科学版)．1997．37(1)74-77
[32] 张重午．日本住友公司的在线运行电缆监测仪．电线电缆．1994年01期33-40
[33] 刘广艳．关于交联聚乙烯电缆绝缘的在线诊断技术．山东电力技术．1994年03期39-40
[34] 庞富胜．单位长电缆同轴电容的在线检测．电测与仪表1996年03期20-22
[35] 庞富胜．王德华．电缆单位长同轴电容在线监测仪．电线电缆1996年02期9-11
[36] 蔡丹宙．周汉亮．江斌．交联聚乙烯电缆绝缘的在线诊断及其仪器．电线电缆1996年04期23-26
[37] 郑晓泉．屠德民．采用直流法对XLPE电缆进行在线检测的抗干扰技术研究．电线电缆1998年04期33-35
[38] 郑晓泉．曹晓珑．XLPE电缆护套电阻及接地化学电势对在线诊断的影响及其测量方法．电线电缆1996年04期20-22
[39] 郑晓泉．曹晓珑．陈平．刘磊．水树的极性效应对XLPE电缆绝缘在线诊断的影响．电线电缆1997年05期38-40
[40] 郑晓泉．曹晓珑．陈平．刘磊．补偿电动势在直流叠加法在线检测XLPE电缆绝缘老化技术中的应用．电工技术杂志1999年04期
[41] 郑晓泉．屠德民．补偿电势法用于在线检测XLPE电缆．高电压技术1998年
03期28-30
[42] 郑晓泉．王国红．直流法XLPE电缆绝缘在线诊断中的几个影响因素及其对策．电线电缆2000年05期28-32
[43] 江秀臣．李锋．傅正财．交联电缆绝缘在线监测微小信号测量．高电压技术1996年04期34-36
[44] 陈济群．蔡丹宙．周汉亮．高压XLPE电缆绝缘的在线诊断．供用电1996年04期23-27
[45] 罗俊华．马翠姣．邱毓昌．XLPE电力电缆局部放电的在线检测．高电压技术1999年04期32-34
[46] 罗俊华．邱毓昌．马翠姣．基于局部放电频谱分析的XLPE电力电缆在线监测技术．电工电能新技术2002年01期38-40
[47] 胡纪五．吴庆明．马晋嵘．电缆绝缘电阻在线测量的研究．电测与仪表 2000年05期9-12
[48] 于将．杨斌．电力电缆绝缘的在线监测．华中电力2000年03期40-42
[49] 王虹桥．附加直流电源的电缆绝缘在线监测新方法．煤炭科学技术2000年04期19-21
[50] 张俊 严新华．基于WEB的电缆运行在线管理．高电压技术2001年S1期31-32
[51] 柴旭峥．关根志．黄海鲲．李成绪．交联聚乙烯电力电缆的绝缘在线监测技术．电线电缆2002年06期30-33
[52] 国家标准GB12326—2000，《电能质量电压波动和闪变》，2000年9月。
[53] 国家标准GB／T14549—93，《电能质量 公用电网谐波》，1994年3月。
[54] 国家标准GB／T15543—1995，《电能质量 三相电压允许不平衡度》，1996年1月。
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[37] 郑晓泉．屠德民．采用直流法对XLPE电缆进行在线检测的抗干扰技术研究．电线电缆1998年04期33-35
[38] 郑晓泉．曹晓珑．XLPE电缆护套电阻及接地化学电势对在线诊断的影响及其测量方法．电线电缆1996年04期20-22
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[42] 郑晓泉．王国红．直流法XLPE电缆绝缘在线诊断中的几个影响因素及其对策．电线电缆2000年05期28-32
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[44] 陈济群．蔡丹宙．周汉亮．高压XLPE电缆绝缘的在线诊断．供用电1996年04期23-27
[45] 罗俊华．马翠姣．邱毓昌．XLPE电力电缆局部放电的在线检测．高电压技术1999年04期32-34
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