CN112098781A - 基于MATLAB/Simulink技术的高压电缆局放信号传输模型建立方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于MATLAB/Simulink技术的高压电缆局放信号传输模型建立方法，其特征在于：具体方法步骤包括：(1)局放信号选择；(2)电缆模型选择；(3)电缆局放信号仿真模型电路建立。通常用双指数震荡衰减模型(DEAOW)来模拟局放信号，选用Simulink中的Distributed parameters line作为线路模型，通过改变分布参数：单位长度的电阻R0、电感L0、电容C0和漏电导G0，改变电缆的型号。本发明针对现有电缆局放检测局放信号受电缆长度、电缆型号和局放信号频率影响，以及220kV高压电缆局放信号传输模型较少等问题，本发明提供一种基于MATLAB/Simulink技术的高压电缆局放信号传输模型建立方法，深入研究电缆局放传输特性，保证局放检测的准确性，保障电缆正常运行，进一步提高电力***供配电的连续性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及高压电缆放电信号处理技术领域，特别是一种基于MATLAB/Simulink技术的高压电缆局放信号传输模型建立方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展，城镇化的规模不断扩大，用电量不断增长。在人口众多的大城市中，由于电缆具有占地少、安全可靠性高、优化城市环境等优点，高压电缆的使用量逐渐增多。截止2012年底，国家电网公司***在运6-500千伏电缆线路总长度为312441公里。
随着电力电缆的广泛应用，并向着更高电压等级的方向迅速发展，投运时间较长的电缆因为电、热、机械、化学等因素引起的绝缘老化和故障事故屡见不鲜，并呈现增多的趋势，严重威胁电力***安全可靠运行。一旦地下电缆发生故障，寻找及挖掘起来十分困难，不仅要浪费大量人力物力，带来难以估计的停电损失，而且会对其他行业及人们日常生活带来很大负面效应，造成严重的经济损失和社会影响。因此，研究电缆状态监测方法，对于延长电缆寿命、加强电缆运行的可靠性有着关键的作用。
在电缆各种故障发生初期，由于电缆整体或绝缘结构发生了变化，就会引起电缆内部电荷分布的改变，进而造成某些部位场强偏大。在这种电场的作用下，电缆绝缘***中会有部分区域发生局部放电，电力电缆局部放电量与电力电缆绝缘状况密切相关，因此基于局部放电的电缆检测方法得到了广泛应用。
随着电缆局放检测的应用，电缆局放信号受到电缆长度、电缆型号、局放信号频率的影响问题日益突出，因此必须找到一种方法研究电缆局放信号的传输特性。
本发明针对220kV高压电缆局放信号的传输特性进行研究，基于MATLAB/Simulink建立高压电缆局放信号传输模型，研究电缆的长度、型号、局放信号频率对局放信号传输的影响，以期对电缆局放检测研究提供技术方案。
发明内容
针对现有电缆局放检测局放信号受电缆长度、电缆型号和局放信号频率影响，以及220kV高压电缆局放信号传输模型较少等问题，本发明提供一种基于MATLAB/Simulink技术的高压电缆局放信号传输模型建立方法，深入研究电缆局放传输特性，保证局放检测的准确性，保障电缆正常运行，进一步提高电力***供配电的连续性和可靠性。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于MATLAB/Simulink技术的高压电缆局放信号传输模型建立方法，具体方法步骤如下：
(1)局放信号选择
用双指数震荡衰减模型DEAOW来模拟局放信号，其数学表达式为：
f(t)＝A(e-1.3t/τ-e-2.2t/τ)sin(2πfct) (1)
其中：A为局放脉冲幅值；
τ为衰减系数；
fc为振荡频率；
t为时间；
(2)电缆模型选择
选用Simulink中的Distributed parameters line作为线路模型，通过改变分布参数：单位长度的电阻R0、电感L0、电容C0和漏电导G0，改变电缆的型号，电缆等效模型和参数设置如下：
其中，DA为电缆屏蔽层直径；
DC为电缆线芯直径；
ε为材料相对介电常数；
ε0为真空介电常数；
μ0为磁导率；
Li、Le分别为内部电感和外部电感；
ρ为导线材料的电阻率；
(3)电缆局放信号仿真模型电路建立
基于Simulink搭建电缆局放信号仿真模型电路。
而且，DA为电缆屏蔽层的电缆外径。
而且，DC为电缆线芯直径的内径。
而且，所述的电缆局放信号仿真模型电路包括时钟信号、函数模块、受控电压源、电缆、采样电阻、电压测量模块及示波器，所述的时钟信号连接函数模块，函数模块一路连接示波器，一路连接受控电压源，受控电压源正极连接电缆的正极，受控电压源负极接地线，电缆负极连接电压测量模块的正极，电压测量模块一路负极与电缆负极端串联，另一路连接示波器。
而且，所述电缆局放信号仿真模型电路的分析工具为Discrete，s＝1e-08。
而且，所述采样电阻的负极接地。
本发明的优点和积极效果是：
本发明针对220kV高压电缆局放信号的传输特性进行研究，基于MATLAB/Simulink建立高压电缆局放信号传输模型，研究电缆的长度、型号、局放信号频率对局放信号传输的影响，以期对电缆局放检测研究提供技术方案。
针对现有电缆局放检测局放信号受电缆长度、电缆型号和局放信号频率影响，以及220kV高压电缆局放信号传输模型较少等问题，本发明提供一种基于MATLAB/Simulink技术的高压电缆局放信号传输模型建立方法，深入研究电缆局放传输特性，保证局放检测的准确性，保障电缆正常运行，进一步提高电力***供配电的连续性和可靠性，本方法能较好的模拟220kV高压电缆局放信号传播特性，有利于深入认识电缆局放信号传播特性。
附图说明
图1为局放信号的双指数震荡衰减模型；
图2为高压电缆的等效仿真模型；
图3为参数设置模块；
图4为仿真模型；
图5为局放信号幅值随长度变化情况；
图6为1km电缆局放信号波形；
图7为局放信号幅值随电缆标称截面变化；
图8为1000mm2电缆局放信号波形；
图9为局放信号幅值随局放信号频率变化；
图10为1MHz电缆局放信号波形。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种基于MATLAB/Simulink技术的高压电缆局放信号传输模型建立方法，具体方法步骤如下：
(1)局放信号选择
局放信号是一种具有陡峭上升沿、包含多种高频率分量的窄脉冲信号。高频分量主要集中的频率范围为1kHz-100MHz，并且频率越高，其在电力电缆中传播时的衰减将会越严重。通常用双指数震荡衰减模型(DEAOW)来模拟局放信号，其数学表达式为：
f(t)＝A(e-1.3t/τ-e-2.2t/τ)sin(2πfct) (1)
其中：A为局放脉冲幅值；τ为衰减系数；fc为振荡频率；t为时间。
双指数震荡衰减模型的波形如图1所示。
(2)电缆模型选择
选用Simulink中的Distributed parameters line作为线路模型，通过改变分布参数：单位长度的电阻R0、电感L0、电容C0和漏电导G0，改变电缆的型号。电缆等效模型和参数设置模块如图2和3所示。
其中，DA为电缆屏蔽层直径(即外径)、DC为电缆线芯直径(即内径)；ε为材料相对介电常数；ε0为真空介电常数；μ0为磁导率；Li、Le分别为内部电感和外部电感；ρ为导线材料的电阻率。
(3)电缆局放信号仿真模型建立
基于Simulink搭建电缆局放信号仿真模型，将局放信号从电缆的一端A点注入，观察从电缆另一端B点出来的信号波形并将其与原始信号波形进行对比分析，如图4所示。
所述的电缆局放信号仿真模型电路包括时钟信号、函数模块、受控电压源、电缆、采样电阻、电压测量模块及示波器，所述的时钟信号连接函数模块，函数模块一路连接示波器，一路连接受控电压源，受控电压源正极连接电缆的正极，受控电压源负极接地线，电缆负极连接电压测量模块的正极，电压测量模块一路负极与电缆负极端串联，另一路连接示波器。
所述电缆局放信号仿真模型电路的分析工具为Discrete，s＝1e-08。
所述采样电阻的负极接地。
(4)电缆长度对局放信号传输特性的影响
设置电缆模块Line length不同时，局放信号幅值如图5所示。由图5知随着电缆长度的增加，局放信号的幅值不断衰减，衰减速度逐渐减慢，电缆1km时的局放波形如图6所示。
(5)电缆型号对局放信号传输特性的影响
以220kV YJLW-03型号电缆为模型，根据公式(2)计算电缆分布参数，分析电缆标称截面不同时局放信号的变化情况。当电缆标称截面不同时，局放信号幅值变化如图7所示，标称截面为1000mm2的电缆局放波形如图8所示。
(6)局放信号频率对传输特性的影响
当局放信号的频率不同时，局放信号幅值变化情况如图9所示。由图知随着电缆局放信号的增加，局放信号的幅值不断衰减，衰减速度逐渐减慢。频率为1MHz局放信号的波形如图10所示。
本发明针对220kV高压电缆局放信号的传输特性进行研究，基于MATLAB/Simulink建立高压电缆局放信号传输模型，研究电缆的长度、型号、局放信号频率对局放信号传输的影响，以期对电缆局放检测研究提供技术方案。
针对现有电缆局放检测局放信号受电缆长度、电缆型号和局放信号频率影响，以及220kV高压电缆局放信号传输模型较少等问题，本发明提供一种基于MATLAB/Simulink技术的高压电缆局放信号传输模型建立方法，深入研究电缆局放传输特性，保证局放检测的准确性，保障电缆正常运行，进一步提高电力***供配电的连续性和可靠性，本方法能较好的模拟220kV高压电缆局放信号传播特性，有利于深入认识电缆局放信号传播特性。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例所公开的内容。
Claims (6)
1.一种基于MATLAB/Simulink技术的高压电缆局放信号传输模型建立方法，其特征在于：具体方法步骤如下：
(1)局放信号选择
用双指数震荡衰减模型DEAOW来模拟局放信号，其数学表达式为：
f(t)＝A(e-1.3t/τ-e-2.2t/τ)sin(2πfct) (1)
其中：A为局放脉冲幅值；
τ为衰减系数；
fc为振荡频率；
t为时间；
(2)电缆模型选择
选用Simulink中的Distributed parameters line作为线路模型，通过改变分布参数：单位长度的电阻R0、电感L0、电容C0和漏电导G0，改变电缆的型号，电缆等效模型和参数设置如下：
其中，DA为电缆屏蔽层直径；
DC为电缆线芯直径；
ε为材料相对介电常数；
ε0为真空介电常数；
μ0为磁导率；
Li、Le分别为内部电感和外部电感；
ρ为导线材料的电阻率；
(3)电缆局放信号仿真模型电路建立
基于Simulink搭建电缆局放信号仿真模型电路。
2.根据权利要求1所述的一种基于MATLAB/Simulink技术的高压电缆局放信号传输模型建立方法，其特征在于：DA为电缆屏蔽层的电缆外径。
3.根据权利要求1所述的一种基于MATLAB/Simulink技术的高压电缆局放信号传输模型建立方法，其特征在于：DC为电缆线芯直径的内径。
4.根据权利要求1所述的一种基于MATLAB/Simulink技术的高压电缆局放信号传输模型建立方法，其特征在于：所述的电缆局放信号仿真模型电路包括时钟信号、函数模块、受控电压源、电缆、采样电阻、电压测量模块及示波器，所述的时钟信号连接函数模块，函数模块一路连接示波器，一路连接受控电压源，受控电压源正极连接电缆的正极，受控电压源负极接地线，电缆负极连接电压测量模块的正极，电压测量模块一路负极与电缆负极端串联，另一路连接示波器。
5.根据权利要求1或4所述的一种基于MATLAB/Simulink技术的高压电缆局放信号传输模型建立方法，其特征在于：所述电缆局放信号仿真模型电路的分析工具为Discrete，s＝1e-08。
6.根据权利要求4所述的一种基于MATLAB/Simulink技术的高压电缆局放信号传输模型建立方法，其特征在于：所述采样电阻的负极接地。
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