1绪论
1.1课题的研究背景及意义
随着我国国民经济的迅速发展，工业发展也随之日益増强，而电力行业通过工业的发展也取得了不小的进步。电力行业是工业的基础，工业的发展也离不开电力行业的支撑，电力系统安全可靠的运行对工业乃至国民经济的发展起到不可替代的作用，对电力电缆在城区输电和配电网络中得到越来越多的应用。我国城市化规模的不断发展，越来越多的人涌向人口稠密、交通拥堵的城镇区域，土地资源面临着严重问题，这就要求配电网的占地面积越来越小，减少其对城市化建设和土地资源的影响。在人们生活质量提高的同时，对配电网的供电质量和可靠性的要求也越来越高。传统用到的架空线路占用了过多的地上空间，当天气比较恶劣的情况下，特别是雷电暴风雨天气，由于输电线裸露在外，很容易损坏造成事故频发；而电力电缆作为另一种输送工具，较架空线路有明显的优点11]，比如占地面积小，直埋式电缆可容纳多回电缆线路；受自然环境影响较小，输送可靠性高；大多数都埋藏于地底下，不受天气的影响，不仅提高了对人身安全的保障，而且日常维护也明显减少。因为以上优点，电力电缆线路逐步取代了架空线路，在配电网中所占的比重越来越重。然而，由于电缆线路长时间埋于地下，经过长时间的运行后，很容易受到外界力的作用造成破损，其绝缘部分长时间受到土壤、潮气或水分的直接作用，易受到腐烛产生绝缘缺陷，最终导致电缆绝缘击穿[2]。为了明确电缆故障的发展过程，可以把电缆故障分为早期电缆故障和永久性电缆故障。早期电缆故障是由绝缘老化引起的，易产生局部放电；在经过外界作用力和化学物质等一系列影响，最终导致绝缘故障无法恢复，也就是永久性电缓故障。如图1.1所示，随着电缆运行时间的推移，电缆的绝缘电阻开始缓慢下降，这时候就会存在安全隐患。当绝缘遭到破坏，产生局部放电现象时需要及时更换电绩，如若不然将会导致电缆绝缘电阻的持续下滑，进而发展成为永久性电缆故障[3]。
保证电力电缆安全可靠的运行的前提条件就是要对电力电缆绝缘进行检测，在过去，要对电力电缆故障进行检修，必须停电才能进行，也就是说是一种离线检测技术，比较费时费力，而且停电所造成的损失也是十分巨大的。近年来，由于电力供给的不断增加，使得传统方法所暴露出来的种种问题已经无法适应当下电力系统发展的要求，需要采用电力电缆的在线检测技术来实现对电力电缆的维护及检修，通过运用有效的故障分析方法找到电力电缆绝缘的特征信号，判断其是否发生绝缘击穿，进而釆取适当的应急措施，及时预防并减少故障所带来的损失⑷。电力电缆的故障分析和诊断技术的研究必将对电力系统的安全运行，延长电缆使用寿命带来重大意义。
1.2电力电缆的故障分类及测试方法
1.2.1电力电總故障分类
电力电缀经过长期运行后，产生电缆故障的原因是复杂多样的，按照常见的电缀故障性质可以分为以下几类[5]:
(1)按照故障位置分类：电缆本体故障和电绩接头故障。当电缆受到外界作用力破坏时，电缆本体故障发生的概率会比较高，而当故障电缆受到非外界作用力破坏时，故障往往会发生在电缆接头处。
(2)按照故障现象分类：封闭性故障和幵放性故障。而当故障点确定时，幵放性故障查找起来会比较容易。
(3)按照故障时间分类：运行故障和试验故障。运行故障是由于电缆运行时，因绝缘击穿或烧毁而使保护器动作导致停电的故障；试验故障是在进行预防试验时发生绝缘不良或绝缘击穿而必须进行停电检修的故障。
(4)按照接地现象分类：相间故障、断路故障、单相接地故障和多相接地故障等。最常发生的故障一般是单相接地故障，多相接地故障主要也是由单相接地故障引发的，而相间故障和断路故障一般很少发生。
(5)按照绝缘电阻大小或线芯情况分类：短路（低阻）故障、开路故障、高阻故障和闪络性故障等。
2基于故障树和FMECA分析法的电力电缆故障分析
2.1引言
电力电缆线路作为电力系统的重要组成部分，主要承担电能的传输和分配，其作用直接影响到电力系统的正常运作。电力电缆的使用寿命主要与电缆的结构设计、附件材料的选择、电缆的安装敷设及加工制造工艺、运行条件等密切相关[17]。由于电缆的生产质量、施工不当和运行维护不善等诸多因素，都会导致电缆故障，造成巨大的经济损失，甚至威胁到了人身安全。本章总结了可能导致电力电缆发生故障的原因，并采用故障树和FMECA分析法对电力电缆故障进行分析，对可能发生的故障进行分析、评估和预测，使电缆发生故障的可能性降到最小程度，并且对故障诊断提供了科学依据。
2.2电力电缆故障发生原因
造成电力电缆发生故障的原因往往是由多个因素下共同作用的结果，如若处理不当，会导致电气事故频繁发生，带来了相当大的损害。因此分析电缆故障产生的原因是必不可少的，结合电缆各类故障分析和总结，故障产生原因主要分以下几种：
(1) 机械损伤
机械损伤是造成电缆故障的首要原因，占全部故障的57%,由于识别起来比较容易，主要分以下几种：一是直接受外力损坏，如城市建设频繁作业，地下线路管理不善，造成电力电缆外力损伤事故；二是施工损伤，如电缆弯曲过渡造成绝缘层破损，机械牵引力过大容易使中间接头拉断等；三是外界自然力造成的破坏，如由于土地下沉、滑坡等引起的过大拉力导致中间接头或电缆本体的断裂，因温度过低而冻裂电缆或附件等。
(2) 过电压
过电压主要分为大气过电压（雷击）和电缆内部过电压。一般情况下，对于有良好绝缘的电缆能承受3?4的大气过电压或者操作过电压，但实际故障分析表明，许多电缆终端在遭受雷击时被击穿的情况并不少见，也就是说电缆超过所能承受的电压值而导致电缆绝缘击穿。引起这种电缆绝缘击穿故障主要有以下几点：一是电缆屏蔽层内部有遗漏或者症痕；二是电缆绝缘已经严重老化；三是电缆绝缘层内部有杂质和气泡等[18]。
3 10kV系统电缆接地故障特征分析研究......... 19
3.1 引言 .........19
3.2 10kV配电网中性点接地方式......... 19
3.2.1 中性点不接地方式......... 19
3.2.2中性点经消弧线圈接地方式......... 20
3.2.3 中性点经小电阻接地方式......... 20
3.3仿真模型的建立和参数的选取......... 23
3.4中性点经小电阻接地系统接地故障......... 25
3.5 本章小结......... 32
4基于小波分析和神经网络的电缆......... 34
4.1引言......... 34
4.2基于小波分析对电缆故障特征......... 34
4.2.1 小波包分析理论......... 34
4.2.2电缆故障特征信号的提取......... 36
4.3基于RBF神经网络的电缆故障诊断......... 37
4.3基于RBF神经网络的电缆故障诊断......... 37
4.3.1 神经网络理论......... 37
4.3.2 RBF网络结构......... 38
4.3.3神经网络在电缆故障诊断......... 40
4.4网络的构建及诊断结果分析......... 40
4.4.1故障识别子网络的仿真分析......... 41
4.4.2故障定位子网络的仿真分析......... 43
4.5 本章小结......... 46
结论
在城镇化不断发展和电力行业日益增强的今天，电力电缆的应用也越来越受到重视，为了降低电缆故障发生频率，减少不必要的损失，对电缆故障进行分析诊断成为当下研究的重点。本文以电力电缆故障为主要研究对象，在总结了电力电缆故障类型及其产生原因的基础上，采用与故障树和FMECA综合分析方法相结合，建立了电力电缆接地故障仿真模型，分析了电缆故障特征。最后基于小波分析和神经网络相关理论对电力电缆故障进行了的诊断及定位研究。本论文主要完成了以下几方面内容：
(1)结合电缆故障产生的原因及其特征，对电缆进行了故障树的定性分析，找出所有可能导致电缆故障的最小割集。后续运用FMECA分析方法对故障树的最小割集进行细化和拓展，从故障模式、影响及危害程度等诸多方面进行了评估和预测，为提高电缆运行的可靠性提供了科学依据。
(2)通过对10kV配电网中性点不同接地方式的分析和比较，选取中性点经小电阻接地方式对电缆故障进行建模和仿真。以单相接地故障为主要对象，以ATP-EMTP软件为仿真平台，研究了电缆故障的基本特征以及不同故障因素下对故障特征的影响，为后续故障检测提供依据。
(3)采用了 "松散型” RBF小波神经网络来对电缆故障进行识别及定位研究。利用小波包分析提取故障特征信号作为神经网络的输入，分别对故障识别和故障定位两个子网络进行训练和测试，以便于能够准确地电缆故障进行诊断，从而有效地实现故障电缆的检测。
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