基于时频域反射法的核电站仪控电缆缺陷检测

为确保核电站中仪控电缆的安全运行,时频域反射法(time-frequency domain reflectometry,TFDR)被广泛用于识别和定位仪控电缆中的缺陷。文中对比魏格纳-维利分布(Wigner-Ville distribution,WVD)、伪魏格纳-维利分布(pseudo Wigner-Ville distribution,PWVD)、平滑伪魏格纳-维利分布(smooth pseudo Wigner-Ville distribution,SPWVD)算法的优势,并提出时频域互相关曲线(time-frequency cross-correlation,TFCC)的能量区间放缩法。分别对50 m和148 m的多芯交联聚烯烃仪控电缆进行短路、断路、绝缘屏蔽层破损和局部热老化的缺陷模拟,并基于TFDR,采用3种时频分布算法进行实验处理。随后,基于局部热老化的检测,采用能量区间放缩法,对TFCC定位峰主瓣较宽的问题进行改善。实验结果表明:经过SPWVD处理后,TFCC的主瓣较宽;在正常电缆检测时,PWVD对交叉项有更好的抑制作用;但在单缺陷检测中,SPWVD具有更好的缺陷识别能力;通过采用能量区间放缩法,可分离相近的定位峰,加强对微弱反射信号的判别。     

基于改进时频域反射法的电力电缆局部缺陷定位

电力电缆已广泛运用于城市配电网系统中,电缆缺陷定位也成为众多学者关注的问题。针对传统时频域反射法(time-frequency domain reflectometry,TFDR)存在的交叉项干扰等问题,该文提出一种改进时频域反射法。通过选取特定的可调频参考信号,对反射信号求取维格纳分布(Wigner-Ville distribution,WVD)以分析时频特性。但该时频分布存在交叉项干扰,因此,提出一种新的交叉项抑制方法。通过分析信号时频分布自项与交叉项的特征差异,利用仿射变换(affine transformation,AT)等信号处理手段在不影响信号分辨率的同时消除交叉项干扰,再利用信号的时频互相关函数对缺陷进行精确定位。该文针对10kV交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆进行仿真分析,并将含缺陷的105mXLPE电缆和含接头的500mXLPE电缆进行实验。仿真及实验结果表明:所提方法定位准确性优于传统方法,具有较好的鲁棒性。     

基于拓展峭度的电缆缺陷高分辨率定位方法

随着电缆与电网的高度耦合,电缆故障将辐射影响整个电网及用电设备的安稳运行。传统时域反射分析法往往只能检测并定位电缆已形成的不可逆故障,不能满足检测并提前预防故障的智能检测技术发展趋势及要求。频域反射分析法能够检测到微弱的缺陷,这些缺陷随着时间将演化为不可逆故障。但该方法仍然存在诸如定位图出现误判点,两端出现频闭带,以及定位精度低等缺点。为提高电缆故障检测定位能力,本文结合频域反射分析法与峭度特征量,提出了一种基于拓展峭度的提升缺陷定位能力的方法,可以显著降定位曲线的误判点并且在较宽扫频带宽时能够提升定位精度,最终实现高精度高分辨率的电缆缺陷定位。     

基于S变换与时频域反射的电缆缺陷定位方法

针对电力电缆的局部缺陷定位问题，提出一种基于S变换与时频域反射（time-frequency domain reflectometry,TFDR）的电缆缺陷定位方法。在分析传统电缆缺陷定位方法原理的基础上，利用S变换求取TFDR测试波形的时频分布，并计算时频分布的时频互相关函数，再通过时频互相关函数曲线的局部峰值对电缆局部缺陷的位置进行判断。结果表明：相比于传统的TFDR方法，本文方法的时频分布不存在交叉项干扰，从而消除了时频互相关函数曲线中干扰的局部峰值，且电缆缺陷定位结果的可靠性较高，局部缺陷的检测盲区较小。最后对10 kV交联聚乙烯（XLPE）电缆进行仿真和实测分析，结果显示本文方法可以有效定位电缆的局部缺陷，并且缺陷定位的绝对误差较小。     

三芯高温超导电缆室温及液氮温度机械性能研究

为研究三芯高温超导电缆在室温及运行温度(通常为液氮温度77K)下的机械性能,对一根长度约为10m的三芯超导电缆试样进行室温及液氮温度(77K)下的机械拉伸试验,以及降温收缩试验。通过试验,得到了相应温度下的拉伸模量和降温收缩时电缆的收缩率,并将试验结果与铜衬芯及单芯超导电缆试样的相应试验结果进行比较。结果表明,三芯超导电缆在室温及77 K下的拉伸模量,以及从室温降至77 K时的收缩率,均小于铜衬芯及单芯电缆在相应温度下的拉伸模量及相同降温区间的收缩率。相应试验结果可为后续高温超导电缆示范工程的超导电缆设计及敷设工作提供参考。     

基于Wigner-Ville分布的电力电子电路故障诊断技术

提出了一种基于Wigner-Ville分布的电力电子电路故障诊断方法,首先建立各种类型故障信号的Wigner-Ville模时频矩阵,然后计算故障信号Wigner-Ville模时频矩阵与标准模时频矩阵的相似度,以相似度最大为判别依据实现故障的诊断。三相桥式可控整流电路晶闸管故障诊断仿真结果表明该方法能准确对电力电子电路故障进行类型的识别和故障元的定位,对噪声具有鲁棒性,且算法简单,在解决电力电子电路故障问题上有着很好的工程实用价值。     

基于FDR和时频脉冲转换的长电缆缺陷极性识别研究EI北大核心CSCD

为解决采用频域反射技术进行长电缆缺陷检测时,其结果易受低频段数据缺失占比的影响,而难以判断电缆缺陷极性的问题,该文提出一种基于频域反射技术的电缆阻抗失配点时频脉冲转换算法以实现缺陷的定位和极性判别。首先,采用2阶Nuttall自卷积窗的快速傅里叶计算方法对不同类型的电缆阻抗失配点进行定位。其次,提出电缆阻抗失配点时频脉冲转换算法,利用高斯窄带包络信号良好的频段调节能力和时频特性,详细阐述了时频脉冲的参数设计和极性判断方法。之后,运用仿真,对不同类型的阻抗失配点进行时频脉冲转换,验证了该算法的有效性。最后,采用该算法对实验室含接头长1500m的10k V XLPE电缆进行实验验证。仿真和实验结果表明:时频脉冲转换算法可以有效地定位长电缆阻抗失配点并且实现不同类型阻抗失配点的极性识别;同时,不同长度电缆阻抗失配点的时频脉冲转换结果不受低频段数据缺失占比的影响,有效提高了长电缆阻抗失配点的极性识别率。     

利用Wigner-Ville分布的三相整流装置故障诊断技术

针对电力电子整流装置故障诊断方法中的故障特征提取和故障识别两个关键技术,提出了一种基于Wigner-Ville分布的三相整流装置故障诊断方法,首先建立各种类型故障信号的Wigner-Ville模时频矩阵,然后计算故障信号Wigner-Ville模时频矩阵与标准模时频矩阵的相似度,以相似度最大为判别依据实现故障的诊断。三相桥式可控整流电路晶闸管故障诊断仿真结果表明该方法能准确对电力电子电路故障进行类型的识别和故障元的定位,对噪声具有鲁棒性,且算法简单,在解决电力电子电路故障问题上有着很好的工程实用价值。     

平滑伪Wigner-Ville分布在电力系统谐波和电压变动检测中的应用

在分析比较了现有用于短时电能质量扰动信号检测的方法的基础上,提出使用平滑伪Wigner-Ville分布(SPWVD)对电能质量信号进行检测和时频分析的新方法.平滑伪Wigner-Ville(SPWVD)分布是一种优良的时频分析方法,能够在时域频域上对平稳谐波信号及非平稳信号进行联合时频分析.仿真表明,该方法能够较有效地检测出突变、非平稳扰动的短时电压波动,谐波和间谐波等电能质量信号的起止时间、频率信息.     

基于FMCW的10kV配电电缆故障定位及类型识别方法EI北大核心CSCD

为了解决电缆输入阻抗谱法对高阻故障定位距离较短、遮蔽区域大等不足,该文提出一种基于频域反射法的调频连续波(frequency modulated continuous wave,FMCW)电缆故障定位及类型识别方法。首先,依据FMCW电缆故障定位的原理结合电缆分布参数模型进行电缆故障定位仿真,获取电缆的FMCW幅值谱、相位谱。仿真结果表明,幅值谱可用于故障定位,相位谱可用于故障类型识别。根据仿真结果获取不同类型电缆故障(开路、短路、高阻、低阻故障)的相位谱特征。最后,在300m的射频同轴电缆和194m的10k V-XLPE电缆上进行测试,验证所提方法的有效性。实验结果表明,FMCW幅值谱能有效定位电缆的故障;FMCW相位谱的相位特征可以区分开路、短路、高阻、低阻故障。相较于电缆输入阻抗谱法,FMCW方法将高阻故障的检测距离从20 m提高至200m,将输入阻抗法40%的遮蔽区域降至18.2%以内,且对高阻故障的灵敏度从2 kΩ(40Z0)提高至10 kΩ(200Z0)。     

Development of extruded ethylene propylene rubber insulated superconducting cable

A superconducting power cable is one of the promising ways of underground transmission of huge electric power in the future. The authors have long proposed the idea of the extruded polymer insulation for superconducting cables. The prominent features of the design are to exploit the excellent electrical properties of polymer in the cryogenic temperatures and to separate the helium coolant from the electrical insulation. Although the extruded cross-linked polyethylene cable has proved ability at the liquid nitrogen temperature, the cable insulation cracked due to mechanical stress during cooling to the liquid helium temperature. To overcome this problem, ethylene propylene rubber (EPR) was selected as a new insulating material considering the good results of mechanical and electrical tests of EPR samples at cryogenic temperatures. An extruded EPR insulated superconducting cable 15 m in length was fabricated and a cooling test down to the liquid helium temperature and a voltage test at the liquid helium temperature were carried out with fair success. This is a breakthrough in terms of the electrical insulation design of cryogenic cables.     

基于VMD-WVD相位法的长电缆局放双端定位

快速准确得到电缆局放故障位置,对电缆系统安全稳定运行具有重要意义。为减小传统行波定位法在长电缆局放定位中反射信号难以识别与时间同步影响,提出一种基于变分模态分解-维格纳威尔分布(VMD-WVD)相位法的电缆局放双端定位。此方法利用VMD-WVD准确标记双端局放信号波头时刻实现双端局放信号的同步,通过相位定位实现长电缆局放入射信号双端同步的优点。本文建立了长线路PSCAD模型,分析故障位置、电缆长度和采样率对VMD-WVD相位法在长电缆定位精度影响。结果表明,在上述三种影响因素中VMD-WVD相位法的平均定位精度为0.54%、0.75%、0.74%,其精度高于传统行波定位法。本文研究成果为长电缆局部放电精准定位提供一种全新思路。     

基于参数优化VMD和TET的柔直线路单端故障测距方法

单端行波故障测距方法在考虑频变波速影响时需要提取故障行波时频域特征,但现有方法存在时频分辨率较低、波头识别困难和波速计算不准确的问题。为此,提出一种基于参数优化变分模态分解(variationalmode decomposition, VMD)和瞬态提取变换(transient extraction transform, TET)的单端故障定位方法。首先,利用麻雀搜索算法(sparrow search algorithm, SSA)优化VMD参数,提取含有故障特征的高频模态分量。然后,对该模态分量进行瞬态提取变换,通过去除短时傅里叶变换中模糊的时频能量,保留与信号瞬态特征密切相关的时频信息,得到故障行波时频域全波形。最后,在故障行波全波形中提取主频分量并标定初始波头与第二反射波头,通过计算主频分量下的波速度,结合行波定位方法实现单端故障测距。在PSCAD/EMTDC中搭建四端柔性直流电网的仿真结果表明,所提算法对过渡电阻和噪声具有较强的耐受性,即使在较低采样率下也能实现准确的故障定位。     

施工缺陷对超导电缆中间接头内电场分布的影响

中间接头在高温超导电缆中是最薄弱的环节,制造和施工环节中造成的任何缺陷都有可能在运行时产生电场畸变,缩短中间接头使用寿命,施工缺陷严重时可能引发电缆局部放电、击穿等事故。为此本文利用有限元仿真软件分析了绝缘层划伤、绝缘层杂质、超导带焊接毛刺三种典型施工缺陷对接头内电场分布的影响规律。研究结果表明,绝缘层划伤存在空气隙时,最大电场强度随着空气隙厚度增加而减小;而当空气隙厚度保持不变时,最大场强与空气隙长度呈正相关增大。绝缘层残留杂质时,半导电层切断处、超导带焊接部位附近的绝缘层杂质周围电场畸变最严重,且超导带焊接部位周围最大场强大于半导电层切断处。此外,杂质大小、位置及带电与否均会对电场造成很大影响。随着杂质半径增加,超导带焊接部位和半导电层切断附近杂质周围场强近似呈正比例增长;杂质不同电荷量和电性对电场畸变程度同样有重大影响,特别是当部分杂质为电负性时,周围最大场强均超过5MV/m。超导带焊接毛刺的位置及大小对场强有较大影响,其中在超导带焊接部位与绝缘层分界面处场强最大,且沿超导带焊接部位径向的毛刺周围场强高于沿轴向的场强。研究成果为分析超导电缆故障原因,制定接头施工工艺提供一定参考。     

时频分析在真空热试验测试电缆故障检测中的应用

真空热环境试验是航天器研制过程中必不可缺的实验项目,实验过程中需配置大量测试电缆,因此测试电缆的故障检测具有重要意义。为有效提高对测试电缆故障的定位精度,对小波变换和分数阶傅里叶变换在电缆故障测试中的应用去进行研究。对时域反射测量法和频域反射测量法两种电缆故障检测方法的发射信号进行加噪处理,分别采用相应的时频分析方法对其进行消噪处理。仿真结表明,小波变换和分数阶傅里叶变换具有良好的去噪效果,对提高测试电缆的故障定位精度具有重要意义。     

液氮温区超导复合绝缘材料沿面放电特性

随着超导输电技术的不断发展,对各种超导设备中使用复合绝缘材料的绝缘特性提出了更高要求。复合绝缘的放电击穿往往发生在固体绝缘材料和液氮2种工作介质的交界面。而在液氮温度下,绝缘材料又有着相对独特的放电特性。针对这种情况,设计了极不均匀沿面电场,研究了3种不同的固体绝缘材料在液氮环境中沿面放电的特性,包括其放电起始电压、放电随电压发展过程、击穿电压等特性,并进一步分析3种材料差异的原因,为实际应用提供了参考。     

基于 FRFT-TFDR 的语音通信双绞线故障检测研究

语音通信双绞线故障点定位对断路、短路故障检测,以及防止机密信息窃听等具有重要意义。在基于时域反射法(TDR)和扩频时域反射法(SSTDR)的语音通信双绞线故障检测与定位中,由于双绞线的低频传输特性,反射信号衰减严重,无法实现远距离故障点定位。针对这一问题,提出了基于分数阶傅里叶变换的时频域反射法(FRFT-TFDR)。首先使用线性调频信号(LFM)作为检测信号,接着对接收信号加窗以提高信号的分辨力,然后进行分数阶傅里叶变换将接收信号变换到分数域,最后通过分析入射信号和反射信号谱峰值在u域内的位置差,并将其转换到时域内,从而定位故障位置。经实验验证,该方法可有效定位出不同断路故障点,实测时在1 557 m处的定位误差小于7%,满足语音通信双绞线远程故障检测需求。     

Pressurizing and sub-cooling effects on electrical breakdown of LN2 in modeled HTS coils

Pressurizing and sub-cooling of liquid nitrogen are considered to have advantageous aspects in electrical insulation and the critical current in high temperature superconducting (HTS) coils. This paper deals with experimental studies on bubble behavior and partial breakdown (PBD) characteristics in a simulated electrode system of HTS coils immersed in pressurized liquid nitrogen, following our previous reports with saturated liquid nitrogen at atmospheric pressure. The tested electrode system consists of a coaxial coil layer to a cylindrical electrode with an insulation barrier and spacers. A heater is mounted inside the coil electrode to generate boiling which appears on quenched superconducting coils. Liquid nitrogen is pressurized to 0.2 MPa under constant temperature of ~77 K. The experimental results show that the partial discharge (PD) voltage is affected markedly by the bubble behavior which depends on the applied pressure to liquid nitrogen. Pressurization suppresses bubble growth in the insulation space and increases the inception voltage of PD. The charge quantity associated with a single PD at a given applied voltage increases with the applied pressure, and deterioration of solid insulation such as spacers and barriers is accelerated compared to that at atmospheric pressure if the PBD occurred     

基于VMD-WVD的故障行波全波形时-频分析方法

受高阻接地故障、过零点故障和高频噪声等因素的影响,行波波头检测困难,导致行波保护和故障定位方法可靠性不高.由于故障行波具有全时频特性,检测一定时间窗内时频域行波波形将包含全景故障信息,从而实现故障特征可观测.融合故障行波时频域信息,提出了基于全波形信息的故障行波表现形式.在此基础上,提出了一种基于变分模态分解(VMD)...     

基于小波变换的矿井电网故障行波定位

针对矿井下由于条件恶劣经常造成的电缆接地短路故障,分析了快速找到故障点对矿井下供电安全的重要性,将已在大电力系统中广泛应用的行波测距引入到井下电路故障的定位中,根据实际情况改进了单端测距算法,并利用小波变换来提取故障行波的特征信息,通过小波系数的模极大值计算确定信号的突变点。仿真实例表明此方法能实现对矿井下电网故障较为准确的定位。