聚合物绝缘电缆中水树的检测和定位方法研究

作     者：叶源 

作者单位：贵州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡晓;何向刚

授予年度：2023年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：交联聚乙烯电缆 水树老化 时域反射 有限元 

摘      要：交联聚乙烯(Crosslinked Polyethylene,XLPE)电缆由于其优异的绝缘性能和安装维护方便而被广泛应用于电力系统中。配电电缆在运行过程中受水分、电场等因素的影响,绝缘内可能会出现水树老化,水树会造成局部电场加强,降低电缆绝缘性能,并可能发展为电树而造成短路事故,影响电力系统的稳定运行。对配电电缆绝缘的监测是预防水树老化的重要手段,发展一种无损、便捷的诊断方法将有助于延长电缆使用期限、降低事故率,对电力行业及社会具有重要意义。时域反射法(Time Domain Reflectometry,TDR)是一种简单高效的线路检测方法,在电缆的故障和测距上有着广泛应用,但对水树老化检测是否有效尚存在不确定性。本文基于传输线理论,对时域反射测量中水树的反射特征以及影响反射特征的因素开展了研究,主要内容如下:本文将水树老化电缆绝缘的介电特性用等效介电常数表示,建立了一个可用于预测电缆水树段反射特征的时域双界面解析模型,同时研究了高频信号在电缆中的传播特性,分析了时域反射法对电缆水树检测的信号要求,并基于双界面模型与高频传播特性分析了提高时域反射法定位准确度的方法。建立了时域反射法检测水树的有限元模型,与解析模型就水树的反射特征进行了对比研究。考虑了水树区域含水量、水树段轴向长度以及水树电导率对反射的影响,解析模型结果与有限元结果有着良好的一致性。进一步对时域反射法的定位准确度问题,以及水树电导率大小、水树是否贯穿绝缘和输入信号波形对反射的影响进行了仿真探究。最后在10k V电缆上模拟了水树缺陷并进行时域反射试验,以进一步验证解析模型的有效性。结果显示,在考虑了水树数量、水树段长度以及水树电导率的情况下,模拟水树的反射与解析模型结果相似且变化规律相符。