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XLPE电缆的绝缘状态评价、预测和电力可靠性评估

时间:2018-09-08 19:15来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇电力工程论文,如果把我国的经济发展比作是“身体”,那么,电力工程建设无疑就是支撑身体灵活运动的“筋骨”。
本文是一篇电力工程论文,如果把我国的经济发展比作是“身体”,那么,电力工程建设无疑就是支撑身体灵活运动的“筋骨”。电力工程建设的不断推进就像是为筋骨提供了无限的能量,充沛的能量供应是身体各项机能有效运作的有力保障。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇电力工程论文,供大家参考。
 
第一章 绪论
 
1.1 研究意义与研究背景
我国的电网规模随着经济的高速增长而迅速地扩大。各行业的不断发展及人民日常生活水平的不断提高,使得各行业及人民对电力的依赖越来越强,对电力系统的供电可靠性的要求也越来越高。而电网作为传输电能的载体,电力系统的命脉,其运行性能的稳定与否,安全与否都决定着供电质量的高低以及供电是否可靠。目前有很多方法可以提高电网的运行性能,比如,增加系统中的输电通道,提高设备的运行可靠率和线路的输送裕度,以及,加强电网的事故抵御能力;然而增加系统中的输电通道,加强电网的事故抵御能力的方法以及提高线路的输送裕度等方法的成本比较高,并且建设周期长,最主要的是因为当前国家的可建设用地日趋紧张,使得这些方法无法得到广泛地使用。因此,提高现有设备的运行可靠性成为最有效的方法,通过对设备进行实时状态评价以及对设备的未来状态进行预测可以有效帮助运维人员采取必要措施,预防设备故障的发生,改善设备运行性能,降低运维所需的成本[1],从设备整体出发的可靠性分析,可以科学合理地找出电缆检修或更换的最佳时机,据此制定最优的检修计划,减少电网事故,保障供电安全。电力设备的健康状态直接影响电网的稳定运行,因此,如果在电力设备的失效或者发生故障之前就能发现故障,并对设备进行相应的维修,就可以提高运行设备的安全稳定运行,从而能够大大提高电网运行的性能。而设备的健康状态直接反应为设备的运行状态。异常的设备,其运行参数会与正常设备的运行参数水平发生差异,相关数据也会表现出与正常运行状态时不同的水平。随着,监测技术的不断发展,监测设备水平的不断进步,可以实现对输变电设备的运行状态的随时监管,因此,在对设备的进行监管的过程中,如果被监管的设备的运行状态出现异常,相关的运维人员则需要对此设备提高关注水平,制定相应的检修计划,提高设备的安全性能,降低故障发生的可能性。并对其运行数据进行分析,预测设备发生故障的可能性,采取相应的措施,把设备发生故障的可能性,以及故障发生后的影响降到最低[2–5]。
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1.2 电缆状态评价国内外研究现状
状态检修技术在欧美、日本等先进国家已被广泛地应用。最早开始对状态检修技术进行研究的是美国[11];日本在 80 年代初期,也对电力设备的状态检修的进行了探索;欧洲的许多国家也在同时期对检修制度进行了改革,开始实施状态检修。我国在 2000年才开始[12]对状态检修技术进行研究,目前仍然处于发展阶段,很多工作只能在设备、经济等条件都允许的地区开展[13–15]。由于我国经济条件的差异,地域环境的限制等原因,使得状态检修在我国的发展节奏比较缓慢,同时,导致这一现象还可能是因为不同地区或者不同公司对“状态检修”这个概念的理解不同;国家电力行业间也没有一个完整的评价指标体系;在线监测数据的采集技术比较落后;在线监测手段尚不完善[16]等原因。电力系统设备的恶化通常有一个从量变到质变的过程,量变过程指设备在缓慢的恶化的过程中,导致设备状态恶化地不断累积,而在这个阶段并不影响设备功用的发挥,量变阶段也称为渐变过程;而当设备恶化的不断累积,使得量变引起质变,设备可能出现功能性故障,称为突变过程。突变过程的评估就是故障诊断,这时设备的一些参数已经超出了注意值;渐变过程的评估尚不成熟,但能更早发现设备的异常状况,所以更为重要。电力系统作为国民生产生活的命脉,保障其安全稳定运行成了当今电力系统的首要任务,而随着我国的电压等级、电力系统规模和电网容量的不断提升,维稳工作面临着巨大的挑战。电力系统中的关联环节,输变电系统,以其覆盖面广,数量多的特点,成了电力体统维稳工作的重中之重。为了研究输变电系统的设备检修技术,必须对其核心设备的检修技术做研究。作为输变电系统的核心设备,电力变压器,电力电缆等设备的安全稳定运行水平都对输变电系统的安全运行水平有着重大影响,而国内外对电力变压器的研究已经非常成熟[17,18],对电力变压器的运行状态进行准确的评估,及时发现设备的潜在故障风险,通过对设备进行可靠的预测,预测设备未来状态,采取相应技术措施,降低故障发生的可能性,提高电力变压器的安全性,有助于整个电网安全运行。本着举一反三的道理,本文打算从电力变压器的状态检修的研究中找到对电力电缆的状态检修有用的技术。
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第二章 基于模糊和证据理论的输电电缆的状态评价
 
2.1 引言
电网的安全稳定运行随着电力系统规模的不断扩大和电压等级不断升高逐步成为电力系统中最为重要的课题。而作为电网安全运行的关键节点,输电网的安全直接关系到整个电网的安全,而输变电设备作为输电网络的核心,其运行状态将会直接影响到输电网络的运行状态。因此,及时发现输变电设备存在的潜在风险,采取相应措施,及早进行设备维修,降低设备发生故障的概率,对维护整个电网的安全稳定运行有着重要的意义,而完成这些举措的前提是需要一个能准确评估和预测设备状态的系统。电缆作为输变电设备中数量最多,分布范围最广泛的设备之一,其运行状态对电力系统安全运行的影响非常大,因此,对电力电缆运行状态的研究非常有必要。本文基于此展开对电力电缆的相关研究。目前,在状态评价方面,有文献[22]中的贝叶斯网络法,该方法如前文所述,由于需要从过去到未来的大量数据作为训练样本,因此,在样本数量不足时,该方法的可用性并不高;文献[57]基于时间序列分析方法对输变电设备状态相关数据进行清洗筛选从而判别设备状态异常与否,该方法将设备的在线监测数据、离线实验数据等设备的全景状态信心进行综合考量,相比于单一部件、单一参量的阈值判断方法,该方法提升了对输变电设备状态评价与异常检测的准确性,但却同样需要大量的数据,文献[58,59]介绍了支持向量机的评估方法,该方法有着良好的泛化和拟合的能力,能够实现从状态信息到设备状态映射的高度逼近,不过该方法同样对数据量的有较大的需求,且对状态边界的处理过于硬化。模糊理论经常用来处理状态边界过于硬化的问题,文献[60]利用模糊理论处理了多属性的决策问题,有效地解决了多属性间边界过于粗糙的问题。本文所搭建的模型,基于模糊理论和证据推理算法对输变电设备进行状态评价。先通过模糊理论将评价指标进行处理,再对状态边界进行模糊处理,在得到评价指标的隶属度之后,利用证据合成算法对各指标的隶属度进行合成,得到设备的综合评定结果。该方法对数据量的需求不大,通过融合证据,不断缩小假设集,具有较强的决策能力。
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2.2 电缆绝缘状态评价相关参数的选取
电缆水树是导致 XLPE 电缆绝缘老化和电树老化的主要诱因之一[61],文献[62]研究了经水树老化的电缆与泄漏电流的非线性增大程度、绝缘电阻的减少幅值,有正相关关系,因而研究 XLPE 电缆的水树状态对研究电缆的绝缘状态有重要意义。而介质损耗角正切、直流泄漏电流、接地电容电流、有功电流分量等,都与水树状态密切相关且能够良好地反映电缆的绝缘状态[63],考虑到目前低频叠加法测量有功分量时存在安全性问题,所以,本文选取前三种参数作为研究的主要对象[38]:1)介质损耗角正切 tanδ。可以反映电缆绝缘性能的总体缺陷,它是评估绝缘性能的重要指标,也是电缆介质损耗的特征参数。当电缆开始老化时,tanδ 将相应增加; 晚期老化的幅度显着增加,直到电缆发生击穿。2)直流漏电流 I。XLPE 电缆由于其生产工艺和使用环境中含有一定的水,而电场和水共同作用下,电缆的绝缘就会产生水树现象。XLPE 电缆的水树在交流电压作用下,会在绝缘层产生直流电流,而此纳安级电流是电缆绝缘检测的重要参数。因此,通过检测 XLPE 电缆的直流漏电流,可以发现电缆的水树老化,这反映了电缆绝缘老化的发展程度。
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第三章 基于灰色马尔可夫误差反推模型的输电电缆绝缘状态预测 .......... 22
3.1 引言 .... 22
3.2 灰色模型理论基础 ........... 23
3.3 马尔可夫理论基础 ........... 25
3.4 结合模糊理论的马尔可夫误差模型 ...... 26
3.5 预测模型实例分析 ........... 28
3.6 本章小结 ........... 33
第四章 基于失效数据 Weibull 分布拟合算法的 XLPE 电缆可靠性评估模型 .......... 35
4.1 引言 .... 35
4.2 电缆可靠性指标 .......... 37
4.3 电缆可靠性评估 .......... 38
4.3.1 基于 Weibull 分布的可靠性评估 ........... 39
4.3.2 Weibull 形状参数估计 ...... 41
4.3.3 可靠性模型的搭建 ......... 42
4.3.4 可靠性评估模型实例分析 ........ 43
4.4 本章小结 ........... 49
第五章 结论与展望 .... 50
5.1 结论 .... 50
5.2 工作展望 ........... 51
 
第四章 基于失效数据 Weibull 分布拟合算法的 XLPE 电缆可靠性评估模型
 
4.1 引言
与从电缆本体出发的状态评价不同的是,可靠性评估是从宏观角度对电缆的运行状态进行评价,因此,首先要对电缆的故障原因进行统计分析。在电缆的实际运行过程中,除了电缆的绝缘老化会引起电缆绝缘失效,还有很多其他因素同样会导致电缆出现故障,导致电缆寿命提早结束。根据中国某电网公司提供的 2003 年到 2015 年间的电缆故障统计数据,造成电缆故障的主要原因有以下几点[88]。第一,外力破坏。由于各类施工作业不当,直接造成电缆本体或附件被破坏,导致电缆发生故障,不能正常运行的,称为直接外力破坏。另一种,没有直接造成电缆破坏,但是因为施工作业造成的地面降沉,间接碾压导致电缆损伤,或者电缆因此受力不均匀而发生位移,使得电缆附件结构错位或者金属屏蔽刺伤绝缘,导致电缆发生故障,称为间接外力破坏。由于电缆多采用地下敷设的方式,保护性好,隐蔽性强,且电缆的设计寿命一般较长,因此,导致电缆发生故障的主要原因就是外力破坏。根据统计,在各种敷设方式中明坑敷设遭到破坏的概率最大,其次是综合坑敷设,受外力影响最小的是站内敷设和隧道敷设。
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结论
 
电网作为传输电能的载体,电力系统的关键节点,其运行性能的好坏决定着供电可靠性以及供电质量的高低。作为电网的关键部分,电力电缆的运行状态好坏对电网的影响巨大。因此提高电网的运行性能中最有效的方法是提高电力电缆的运行安全性和可靠性,通过对设备进行实时状态评价以及对设备的未来状态进行预测可以有效帮助运维人员采取必要措施,预防设备故障的发生,改善设备运行性能,降低运维所需的成本。通过对电缆可靠性的研究,从“宏观”的角度为运维人员提供合理科学的设备检修或更换计划,制定最佳策略,减少电网事故,延长电缆使用寿命,保障电网安全稳定运行。针对 XLPE 的状态评价、状态预测以及可靠性评估等方面的技术要求,本文重点研究了基于模糊证据理论的状态评价模型,以及灰色马尔可夫的误差反推预测模型和Weibull 分布的可靠性评估模型。主要工作以及研究成果如下:
(1)提出了一种基于模糊理论和证据推理算法的状态评价模型,通过熵权法客观地获取权重,以及考虑证据推理过程中的不确定性,并用电缆的绝缘参数对该模型的可行性进行检验,结果表明,该模型能够获取较为准确且可信的评估结果。通过与其他的评估方法进行对比,可以发现,本文提出的模型可以有效地处理不确定性,因此,该模型有一个更高的可信度。
(2)提出了一种结合灰色预测和马尔可夫理论的预测模型,来预测 XLPE 电缆绝缘状态数据。并采用模糊隶属函数和证据合成理论进行电缆的绝缘状态评价,从而达到电缆绝缘状态预测的目的。通过实例分析可知,该预测模型能获得比单一的灰色预测模型更加准确的预测数据。同时,也能得到比单一的马尔可夫链预测模型更加精确的绝缘状态的预测结果。
(3)通过对电缆数据中的故障原因进行统计分析知道,除了电缆的绝缘老化导致电缆发生故障外,更大一部分原因来自外力破坏,使电缆到达绝缘寿命前就发生故障,并对电缆的失效模型进行研究,基于目前被普遍接受的电力系统组件失效简化模型,浴盆曲线,建立电缆的可靠性评估模型。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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