直流XLPE电缆绝缘中空间电荷的抑制方法综述

交联聚乙烯(XLPE)因其优异的介电、理化性能而被广泛应用于电缆绝缘领域。在电缆的服役过程中,电缆绝缘内部会积聚空间电荷,严重时可引发电场畸变,导致电缆击穿事故发生。对于直流XLPE电缆,空间电荷的积聚及影响更加不容忽视。针对直流XLPE电缆绝缘中产生的空间电荷积聚效应,目前学界主要采用共混改性、聚合物链段接枝极性基团、纳米掺杂改性及制备高纯净绝缘料等方法来进行控制,改性后的直流XLPE电缆绝缘对空间电荷产生的抑制效果均有所提升。文中首先对上述直流XLPE电缆绝缘中空间电荷的抑制方法进行综述,介绍其抑制原理以及相应的抑制效果,然后对比总结不同抑制空间电荷方法的优缺点,最后对未来直流XLPE电缆绝缘中空间电荷抑制方法的研究发展作出展望。     

柔性直流输电系统用直流交联聚乙烯绝缘电缆导体最高温度提高到90℃的可行性

以实际直流交联聚乙烯(DC XLPE)电缆工程设计示例,表明将柔性直流输电(VSC)系统用DC XLPE电缆的导体的最高运行温度提高到90℃,其技术经济效果显著。按DC XLPE电缆抑制空间电荷要求,阐明DC XLPE电缆绝缘的直流恒定电流电场中空间电荷密度与绝缘温度梯度和XLPE绝缘的体积电阻率的温度系数成正比而与导体最高温度不直接相关。通过合理的DC XLPE电缆工程设计和正确选用DC XLPE电缆,可以在提高DC XLPE电缆传输功率和减小绝缘温差抑制空间电荷方面取得优化结果。320 kV及以下XLPE电缆在导体最高温度90℃下运行,绝缘损耗远低于导体损耗,DC XLPE电缆发生热不稳定的可能性很低。对VSC系统用DC XLPE电缆导体运行温度提高到90℃的可行性表示肯定的意见,对实现目标提出具体的措施建议。     

柔性直流电缆绝缘料及电缆结构设计

重点探讨了柔性直流电缆绝缘料及电缆的结构设计。分析指出,空间电荷问题是柔性直流电缆绝缘急需解决的难题,电缆绝缘空间电荷测量装置的研制及空间电荷陷阱能量分布的测量均有助于空间电荷问题的研究。添加纳米填料抑制交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘中空间电荷时,可以通过表面物理或化学修饰等改性手段解决纳米粒子与XLPE的相容性问题。文中指出,柔性直流XLPE电缆绝缘中电场分布与体积电阻率呈正比分布,而电阻率取决于温度和场强。由于受到空间电荷的影响,运行中柔性直流电缆经受的反极性冲击电压是电缆绝缘的关键因素。最后,提出了开发高载流90℃工作温度绝缘料,并设计出绿色环保的高压、超高压陆地和海底电缆结构。     

挤包绝缘高压直流电缆应用现状与研究展望

挤包绝缘高压直流电缆已成为远距离、大容量输电线路建设的主要装备之一,现阶段广泛应用的挤包绝缘直流电缆以交联聚乙烯(XLPE)绝缘为主。针对XLPE绝缘高压直流电缆研发和应用中的绝缘空间电荷特性、副产物脱气等主要问题进行全面综述,指出在工业化生产方式下,超纯净体系XLPE绝缘材料是目前用来缓解空间电荷问题和实现电缆批量化生产更为可行的技术方案,对于副产物脱气问题的研究需结合小样测试结果,向长距离批量化电缆生产的脱气工艺控制进行扩展。结合现有国内外已投运和正在规划的挤包绝缘高压直流电缆典型工程,指出未来应侧重于在提高绝缘材料电气绝缘水平的基础上,使挤包绝缘直流电缆向更高电压等级发展,并同时通过提高电缆最高允许运行温度实现更大的传输容量。此外,从提高生产效率和利于回收利用的角度考虑,可加强热塑性绝缘材料在挤包绝缘高压直流电缆中的应用研究。     

聚乙烯绝缘中空间电荷的抑制方法及原理

随着我国经济的高速发展,研制高压直流XLPE电力电缆已提到日程,目前迫切的任务是研发直流XLPE电缆料,研发的关键在于消除或抑制XLPE中的空间电荷.文中在介绍国内外抑制聚乙烯绝缘中空间电荷方法的基础上,讨论抑制空间电荷的原理.     

中国交联聚乙烯绝缘高压直流电缆发展的三级跳: 从160 kV到200 kV再到320 kV

自2012年起,先后有±160 kV、±200 kV及 ±320 kV 交联聚乙烯（XLPE）绝缘的高压直流电缆投入了柔性直流输电工程应用或进入现场敷设。它们分别是：2013年12月投入运行的南澳三端柔性直流输电工程,采用37 km的±160 kV直流海底和直流陆地电缆,用于连接南澳岛大型风场与陆地电网;2014年6月投入运行的舟山±200 kV多端柔性直流输电工程,海底电缆总长度达到294 km;正在建设的厦门±320 kV柔性直流输电工程,电缆总长度21 km,计划于2015年12月投入运行。以上三项柔性直流输电工程的成功建设与运行,也使中国的挤出绝缘高压直流电缆在电压等级上实现了三级跳式的跨越。本文介绍了XLPE绝缘高压直流电缆研发过程中针对材料特性、空间电荷分布、脱气及测试方法等方面的研究成果。并简要介绍了三个电压等级电缆现有柔性直流工程中的应用情况。     

高压直流交联聚乙烯电缆应用与研究进展

近20年来,交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆因其重量轻、工作温度高、输送功率大等优点而在高压直流(HVDC)输电工程中得到广泛应用与发展。直流电缆及其附件绝缘长期处于直流电场作用下,存在严重的空间电荷积聚问题。为此,综合国内外研究论述了极性反转电压和温度梯度场对直流电缆绝缘介质空间电荷特性的影响规律,分析了直流电缆附件双层介质界面电荷的分布规律及抑制方法,最后展望了免交联绝缘直流电缆的发展趋势。研究结果表明:极性反转后的外施电场与空间电荷感应电场发生叠加,加剧了绝缘介质内部电场畸变;温度梯度场加速了高温侧空间电荷的注入和输运过程,导致空间电荷在绝缘介质低温侧积聚;电缆主绝缘与附件增强绝缘间的电导不连续性导致其界面处产生电荷积聚,而通过在主绝缘与增强绝缘间增加非线性控制层可以有效抑制界面电荷;热塑性电缆绝缘材料具有免交联和可回收的优点,是未来直流电缆绝缘的发展方向之一。这些研究结果的总结和概述可以为解决直流电缆及其附件绝缘的空间电荷积聚问题提供参考。     

直流叠加冲击电压下XLPE中空间电荷特性研究

高压交联聚乙烯（XLPE）直流电缆在工作状态下，会受到电力系统中由投切等操作引起的操作冲击电压的破坏，导致绝缘受到影响，而目前缺乏多次冲击累积效应引起空间电荷累积导致电缆绝缘劣化的相关研究。本文基于实验室已有的直流叠加冲击电压下的PEA法空间电荷测量系统，分别测量了直流电压、冲击电压、直流叠加冲击电压作用下XLPE电缆绝缘中的空间电荷特性。结果表明：正直流电压下XLPE体内以异极性电荷为主，负直流电压下SC电极上出现同极性负电荷的注入；连续的高幅值冲击电压作用会导致双电极上大量的同极性电荷注入，且负极性冲击下电荷注入量略多；当直流叠加冲击电压时，同极性叠加方式比异极性叠加方式更能促进双电极上同极性电荷的注入，而且冲击电压作用时间越长，XLPE试样内部积聚的电荷量越多。     

高压直流XLPE电力电缆预制式接头的设计

交直流绝缘层中本构方程的相似性决定了直流交联聚乙烯(XLPE)电缆附件与交流XLPE电缆附件的结构和设计原理的相似性。但是两种电场下本征参数性质的不同又使得直流XLPE电缆附件的设计不同于交流XLPE电缆附件的设计。为合理设计直流XLPE电缆接头,借鉴交流XLPE电缆接头设计的经验,给出了详细的设计直流XLPE电缆接头结构的方法。在直流XLPE电缆接头的设计中,界面空间电荷的抑制是接头设计成功的保证;而对界面空间电荷的抑制就需要界面两侧绝缘的介电常数和电导率的合理配合。最后,以30 kV直流XLPE电缆中间接头的设计为例,通过仿真计算得出,在高压屏蔽层端部附近界面上的允许切向电场强度取为1.5 kV/mm时,EPDM与XLPE在设计电场下符合应力锥优化设计要求的电导率比值范围可取为(0.5,5),在此范围之外的电导率比值的材料是不可以用来设计直流XLPE电缆中间接头的。     

海底交直流电缆输电系统经济性比较

针对海底电缆输电方式的选择问题,运用现金流折现模型,从经济层面对交流输电系统和直流输电系统进行比较。分别从设备投资成本、维护成本和损耗费用3个方面对海底交直流电缆输电系统的成本进行了探讨,给出了各部分成本的计算方法。以海底电缆连接海上风力发电场和内陆电网为基本模型,对不同输电距离下海底交直流电缆输电系统的经济性进行了比较,得到了不同输电距离下交直流系统的经济性比较结果。研究结果表明：当输电距离较短时,交流海缆输电系统经济性优于直流海缆输电系统;当输电距离大于临界值时,直流海缆输电系统比交流海缆输电系统更经济。     

±160 kV直流XLPE海底电缆载流特性仿真及试验

南澳岛±160 k V多端柔性直流输电工程在我国首次采用了高电压、大长度的挤包绝缘直流电缆系统,而目前在国内尚无此电压等级直流电缆工程的运行及维护经验,因此亟需对交联聚乙烯(XLPE)直流电缆的载流特性展开研究,从而为直流电缆线路运行限值的控制以及在线监测系统的定制提供技术支持。通过研究不同敷设环境下直流电缆的散热原理,采用专业有限元软件COMSOL Multiphysics建立了带保护套管埋地敷设方式下±160 k V直流XLPE海底电缆的温度场模型,用以模拟其温度分布和计算其载流量;通过在试验场地开展静态载流试验,对仿真模型的可靠性进行了验证;对试验结果进行讨论,分析得出了直流海缆的载流特性。     

高压XLPE电缆绝缘V t特性研究综述

交联聚乙烯（cross linked polyethylene,XLPE）绝缘电力电缆是输电线路的重要电 力设备。针对高压交流和直流电缆系统的运行现状,介绍了运用V t特性（击穿电压与击穿时间的关系）曲线描述XLPE电缆绝缘的电老化寿命模型,分析了国内外高压交、直流XLPE电缆绝缘V t特性的研究方法及相关结果。已有的研究结果表明,交流XLPE电缆绝缘的电老化寿命指数n值在9~25之间,直流XLPE电缆绝缘的电老化寿命指数n值在13~20之间。国内目前尚未见有关直流电缆绝缘V t特性研究的文献报道。     

暂态负荷下高压直流海底电缆热传递过程

高压直流（HVDC）交联聚乙烯（XLPE）绝缘海底电缆是实现长距离和大容量电能输送的重要设备。HVDC海底电缆负荷影响温度分布,而温度对HVDC XLPE绝缘电导率和电场强度分布特性有重要影响。相对于稳态负荷条件,暂态负荷条件下HVDC海底电缆热传递过程更加复杂。为研究暂态负荷下HVDC海底电缆热传递过程,建立热学有限元模型,仿真分析HVDC海底电缆由零负荷向满负荷再向零负荷转变过程的热传递过程,并组建试验平台开展对比研究。研究结果表明：仿真计算结果和试验测试结果吻合度高,仿真模型适用于描述暂态负荷下HVDC海底电缆热传递过程;通过构建导体温度暂态分量和稳态分量,可以实现良好的导体温度热传递过程趋势拟合,拟合方法有利于指导HVDC海底电缆温度趋势预测和现场运行维护工作。     

暂态负荷下高压直流海底电缆热传递过程

高压直流（HVDC）交联聚乙烯（XLPE）绝缘海底电缆是实现长距离和大容量电能输送的重要设备。HVDC海底电缆负荷影响温度分布,而温度对HVDC XLPE绝缘电导率和电场强度分布特性有重要影响。相对于稳态负荷条件,暂态负荷条件下HVDC海底电缆热传递过程更加复杂。为研究暂态负荷下HVDC海底电缆热传递过程,建立热学有限元模型,仿真分析HVDC海底电缆由零负荷向满负荷再向零负荷转变过程的热传递过程,并组建试验平台开展对比研究。研究结果表明：仿真计算结果和试验测试结果吻合度高,仿真模型适用于描述暂态负荷下HVDC海底电缆热传递过程;通过构建导体温度暂态分量和稳态分量,可以实现良好的导体温度热传递过程趋势拟合,拟合方法有利于指导HVDC海底电缆温度趋势预测和现场运行维护工作。     

我国高压及超高压交联聚乙烯绝缘电力电缆的应用与发展

本文介绍我国 110 k V及 2 2 0 k V交联聚乙烯 (XL PE)绝缘电缆及其附件的发展。高压 XL PE电缆是我国城市电网建设与改造工程采用地下电缆输电系统的首选产品。本文叙述 XL PE电缆的绝缘设计原则、绝缘质量控制要求 ,特别是绝缘中杂质、微孔以及绝缘与半导电屏蔽界面的微孔与凸起、绝缘收缩与交联工艺的关系 ,及电缆附件的选型与预制附件橡胶应力锥的设计方法。介绍了我国特大城市 ,上海、北京与广州高压电缆系统的应用情况。最后对我国 110 k V及 2 2 0 k V XL PE电缆及附件进一步发展以及 5 0 0 k V XL PE电缆系统发展与应用前景作了预测     

10～35kV XLPE电缆在线监测技术

对用于配电电网的交联聚乙烯（XLPE）电力电缆绝缘在线监测技术的研究现状进行了回顾,对各种在线监测技术的技术特点和问题作了分析比较,包括直流分量法、直流电压叠加法、电桥法、交流叠加法、低频叠加法、损耗电流测量法、接地线电流测量法及局部放电法。探讨了XLPE电力电缆绝缘在线监测技术的发展方向。