随着绝缘材料技术的提升以及空间资源的限制,电力电缆替代架空线,在更广泛电压等级的输配电系统中,占据越来越大的比重。由于电缆故障更具隐蔽性,故障查找难、更换周期长,实现电缆绝缘状态的在线监测对及时排除系统隐患、预防非计划停电、保障供电可靠性具有重要意义。传统电缆绝缘在线监测方法主要基于对工频监测量的分析或对人工扰动响应信号的诊断;由于工频监测信号所包含的电缆绝缘状态信息极其有限、监测效果不佳,而人工扰动又会给电力系统的正常运行带来干扰,研究新的电缆绝缘在线监测方法仍是电力系统安全可靠运行的迫切需求。电力扰动是电力系统中异于工频稳态的暂态过程,可由各种开关操作、暂态故障、雷击等产生。这些扰动信号不仅天然存在于系统中,同时还含有丰富的频率成分及足够的幅值,能使电缆产生更易提取绝缘状态变化信息的暂态响应。论文充分利用系统中天然存在的电力扰动,以单芯电力电缆为对象,研究实现电缆绝缘状态在线监测的新方法。电缆绝缘状态变化包括整体绝缘老化和局部绝缘缺陷,论文将电缆外部电力扰动作为高频激励源,结合扰动信号在电缆金属屏蔽层单端接地、交叉互联接地两种连接方式中的传播分析,研究实现电缆整体老化的在线监测方法;通过分析电缆次周期电弧故障产生的内部电力扰动波形,研究实现电缆局部绝缘缺陷的在线定位方法。论文取得的主要研究成果如下:1)基于扰动信号相角差的电缆内外扰动源分区方法电力扰动可能源于电缆内部或外部,不同部位的扰动承载着不同的电缆绝缘状态信息,对电缆内、外扰动源进行分区是正确利用电力扰动的前提。论文基于电缆内、外部扰动所产生的扰动电流在电缆两端呈现不同流动方向的特征,提出利用电缆两端监测电压、电流相角差对扰动电流方向进行量化,并据此制定了扰动源分区判别指标。仿真与实验结果均验证了该方法的有效性。2)基于外部电力扰动的单端接地电缆整体老化在线监测方法针对单端接地电缆,利用电缆外部电力扰动形成的高频激励源,通过分析电缆两端产生的暂态响应,提出了辨识电缆绝缘参数、提取绝缘特征函数极值频率的整体老化在线监测方法。其中,绝缘参数在线辨识法基于单端接地电缆频变参数模型,以电缆两端线芯电流的幅值频谱构建关于绝缘参数的目标函数,采用频域灵敏度分析法选取参数辨识的敏感频率区间,并结合最小二乘算法进行优化求解。绝缘特征函数极值频率法利用电缆发生整体老化时,其高频段的极值频率出现偏移的现象进行在线监测;提出了通过测量电缆金属屏蔽层接地线电流、首端线芯电压,求取等效绝缘函数,以在线计算绝缘特征函数极值频率的方法。3)基于外部电力扰动的交叉互联电缆整体老化在线监测方法通过分析交叉互联电缆的特殊结构,利用电缆外部电力扰动形成的高频暂态激励,提出了辨识三相电缆绝缘参数、分相提取绝缘导纳频谱的整体老化在线监测方法。电缆三相绝缘参数辨识法基于交叉互联电缆的模型求解方程,利用灵敏度分析筛选合适的监测量和频率区间,以此构建关于三相绝缘参数的目标函数,并采用差分进化算法进行求解。绝缘导纳频谱法利用电缆接地线、交叉互联线上的电流进行交叉互联电缆三相解耦;基于解耦后的电缆等效模型,构建回路方程消去无关变量,实现了交叉互联电缆绝缘导纳频谱的分相在线提取。4)电缆次周期电弧模型针对目前缺乏电缆次周期(持续时间不足1个工频周期)电弧故障模型的问题,开展了电缆电弧实验进行模型构建。实验对不同绝缘层厚度电缆分别进行了测试,并采集了大量次周期电弧电压波形。通过分析归纳实验获得的次周期电弧电压波形形状,提出以电弧持续时间、维持电压、恢复电压为模型参数的CSC函数次周期电弧电压模型。同时,基于各绝缘层厚度电缆下的实验数据点,利用参数拟合法给出了不同绝缘层厚度电缆电弧模型参数的参考值。5)基于次周期电弧扰动分析的局部绝缘缺陷定位方法利用电缆局部绝缘缺陷引发的次周期电弧故障,基于次周期电弧电压波形的特殊形状,提出了电缆局部绝缘缺陷定位方法。该方法以电缆首端线芯与金属屏蔽层间的电压差、首端线芯电流构建微分方程,并沿电缆长度计算次周期电弧电压的时域波形,将计算电弧电压波形与所提出的次周期电弧模型进行参数拟合,通过搜索模型拟合误差最小点进行故障定位,并以此确定局部绝缘缺陷的位置;其中,还提出了变尺度搜索方法以提高定位效率。