交叉互联高压电缆金属护套环流计算与故障诊断研究

作     者：赖胜杰 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：夏成军;赵勇

授予年度：2023年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：高压电缆 交叉互联 护套环流 故障诊断 

摘      要：近年来,高压电缆由于其优异的电气及机械性能在电力系统建设中得到广泛应用。随着运行年限增加,电缆易受各种因素影响而出现故障,严重影响电网的安全稳定运行。由于其通常敷设于地下,传统的计划检修缺乏针对性,故障的诊断及处理较为困难。护套环流作为交叉互联电缆的晴雨表,可以在很大程度上反映电缆的健康状态。因此,开展护套环流的分析与计算,并基于环流数据进行高压电缆的故障诊断,对及时掌握高压电缆的运行状态、提高运维效率和经济性、保障电力系统安全可靠运行具有重要意义。针对目前护套环流分析与计算中未准确计及泄漏电流影响的问题,提出了考虑泄漏电流及层间耦合的单回路及多回路护套环流计算方法。首先,根据高压电缆的结构和接地方式,建立了基于双π集中参数的电缆交叉互联系统等效模型,全面分析了泄漏电流对护套环流的影响以及护套环流的最终组成,阐述了电缆故障的原因,并系统梳理了其故障类型。在此基础上,建立环流等值计算模型,基于叠加原理推导了监测点及金属护套回路任意位置的环流,针对多回路感应电流计算存在矩阵维数大、计算程序不灵活的问题,提出基于迭代法的感应电流计算方法。仿真分析及现场实测数据验证了所提方法的准确性,并分析了负荷电流、段长组合、排列方式等因素对正常状态下环流的影响。针对故障状态下环流理论计算及分析不足的问题,提出各故障类型下的护套环流计算方法,并研究故障环流特性。采用互感法求解护套感应电压,借鉴正常状态下泄漏电流的处理方法,推导了线芯外单相短路、线芯-护套单相短路以及四种护套回路故障下的护套环流计算过程,算例分析验证了所提方法的准确性。最后,通过对比各故障类型及正常状态下的环流大小,分析不同故障类型的环流特性,并研究了故障电阻、故障点位置系数等因素对故障环流的影响。针对比值分析法的故障诊断结果易受系统参数变化影响以及基于护套环流矢量的故障诊断方法相位信息获取困难的问题,提出了基于BO-XGBoost的交叉互联电缆故障诊断模型,利用环流幅值信息进行故障诊断。在正常与故障环流分析的基础上,根据不同故障的环流特性,考虑交叉互联箱金属护套引出线左右两侧环流,构建了基于监测点环流幅值信息的多维特征向量,通过XGBoost算法对故障类型进行诊断,并通过贝叶斯优化算法对超参数进行寻优。不同系统参数下的环流样本诊断结果表明,该模型的准确率、召回率等指标均在96%以上,验证了其有效性。