考虑接触电阻下的电缆接头热点温度

电缆接头内部热点温升是电力电缆的重要问题,有必要研究接触电阻对热点温度的影响。首先,建立了电缆接头及电缆本体的2维轴对称模型。通过不同接触电阻等效模型下的温度场仿真对比,其热点温度相对误差不超过1%,从而确定了接触电阻的等效模型。然后,分别对有无接触电阻的模型进行温度场仿真分析,其热点温度相对误差达10.2%,确定了考虑接触电阻的必要性。最后,在电缆接头温升试验平台进行了试验,比较了测量数据与有限元仿真数据,其热点温度相对误差不超过7%,可以满足工程应用的需要。     

基于连续多阶跃的电缆中间接头温度仿真计算

针对电缆试验平台验证电缆接头温度在线监测系统具有较大局限性的问题,采用ANSYS有限元仿真软件建立某地区的电缆中间接头模型,并对其温度场进行了仿真.仿真结果表明,实际运行中的电缆温度最高处达到48℃;接触电阻提高时,电缆接头的最大温升为13℃;提升电缆接头的接触电阻,会使电缆温度大幅提升,并接近安全运行的温度极限.     

高压开关柜接触发热温度场数值计算

开关柜内接触发热是造成柜内导体过热及绝缘损坏的主要原因。以典型箱式固定式开关柜XGN2-12/3150为研究对象,利用三维建模软件Solidworks及有限元分析软件ANSYS中进行开关柜接触发热温度场数值仿真。对额定电流运行时不同接触电阻造成局部过热状态下的高压开关柜温度场分布进行了数值计算和比较,计算分析认为隔离开关旋转触头、断路器触头、母排压接接头处的局部发热最高温度随接触电阻的增加呈线性增大趋势。在接头附近设置的温度监控点的温度与实际最高温度间的温差随接触电阻的增大而增大。接头附近设置的温度监控点可以用于判断接触发热程度,计算结果可以为温度校正及局部温升的监测提供依据。     

三芯电缆接头温度场计算

电缆接头是电缆线路运行中的薄弱环节,接头的绝缘状态与接头内部的温度直接相关,研究三芯电缆接头内部温升具有重要意义。首先,建立了三芯电缆接头及本体的3维模型,根据接头不同部位的形状采用不同的剖分方式,并将不同形状的网格通过网格耦合进行连接。然后,在考虑接头接触电阻情况下研究了模型中电缆本体的长度对接头温度分布的影响,选择合适的电缆本体长度,并仿真了三芯电缆接头模型的稳态和暂态温度场。最后,在三芯电缆接头温升试验平台开展试验,比较了接头内部温度的测量值和仿真值,相对误差不超过9%。结果表明该文建立的三芯电缆接头模型计算结果准确,可满足工程应用需求。     

10kV交流三芯电缆中间接头直流化改造热-电耦合仿真研究

将交流电缆改为直流运行后,对电缆接头进行温度场和电场仿真并研究其温度和场强分布规律对改造后的电缆供电能力的评估非常重要,目前关于交流电缆直流化改造的研究主要是针对电缆本体,对电缆接头的研究还较少。本文建立了城市配电网中常见的10 kV交流三芯电缆接头的三维仿真模型,首先采用ANSYS中的热-电耦合模块对接触系数k=4时的接头模型进行温度场仿真;之后研究了接触电阻和空气对流换热系数对接头温度分布的影响;最后进行了电缆接头直流运行时的电场仿真,并根据温度场和电场仿真结果选取了直流载流量和合适的直流运行电压,与接头交流运行时进行了传输最大功率的比较。研究结果表明,交流电缆接头直流化改造后功率传输能力有了一定的提升。     

高压电缆接头温度场分布的仿真计算

温度是制约电缆接头载流能力的直接因素,研究接头的温度场分布对实现接头载流能力的准确评估至关重要。论文建立了接头的二维轴向仿真模型,对不同负荷下接头进行温度场仿真分析,并设计了高压电缆接头稳态温升实验,实测了不同负荷下的接头稳态温度分布。最后,应用接头二维轴向仿真模型研究了环境温度、对流换热系数、主绝缘件和保护壳填充胶导热系数变化对接头稳态温度分布的影响,进而提出了电缆全线载流量的提升策略。实验和仿真结果对比表明,不同负荷下接头二维轴向仿真模型对接头导体温度的计算误差绝对值不超过10%。因此,采用接头二维轴向仿真模型计算接头温度场分布能够满足工程应用的需求。     

高压直流电缆接头稳态温度场分布及其影响因素

温度是反映电缆中间接头运行状态的重要参数。与交流不同,高压直流电缆中间接头绝缘层温度的变化影响着电场分布和空间电荷的积累,因此不仅要关注接头线芯的温度,更要研究绝缘层温度和绝缘层内外表面温差的变化。建立了高压直流XLPE绝缘电缆中间接头的简化模型,利用有限元软件进行仿真,得到了接头绝缘层稳态温度分布,并研究了不同线芯电流和电缆接头外表面温度分别对接头导线芯温度、XLPE主绝缘和硅橡胶（SIR）增强绝缘层温度分布以及绝缘层内外表面温差的影响。结果表明：直流高压下,线芯电流对三者影响较为显著;接头外表面温度对接头导线芯最高温度、绝缘层最高温度和绝缘层温度分布有影响,而对绝缘层内外表面温差的影响可忽略不计。     

架空–电缆混合线路接头电阻对故障测距的影响

为准确掌握架空–电缆混合线路接头电阻对故障测距准确性的影响,在分析接头电阻对混合线路沿线电压分布影响的基础上,根据接头电阻的温度特性,以故障分析法为依据,基于蒙特卡洛仿真模型分析了典型故障下接头电阻对架空–电缆混合线路故障测距的影响。结果表明:接头电阻使得架空–电缆混合线路在线路连接处发生电压突降;所建立的蒙特卡洛模型能较为准确地分析接头电阻对故障测距准确性的影响,其中当线路发生两相接地短路时,由接头电阻造成的测距误差在标准环境温度下约为7%。下一步的研究重点是建立更符合实际情况的接头电阻概率分布模型。     

特高压直流换流站端子温升计算及影响因素

针对特高压直流换流站通流回路接头端子局部过热的问题,在分析接头端子热电耦合效应的基础上通过建立特高压直流换流站接头端子的有限元模型,研究了接触电阻、电流强度及结构尺寸对接头端子温升及温度分布的影响;利用接头端子温升预测模型,对其温升趋势进行了分析。计算结果表明,在通大电流的条件下,接头端子温升随时间呈指数增长的趋势并逐渐趋于稳定;当接头端子搭接部位接触电阻增大时,该部位温度相应增加;接头端子搭接部位温度随输入电流的增加呈线性增大趋势,其搭接部位温度随截面宽度、厚度的减少分别呈线性、非线性升高的趋势;接头端子温度沿电流方向呈梯度分布,其搭接部位温度比其他部位高,搭接部位中部温度最高,在垂直电流方向接头端子温度呈均匀分布。     

电缆接头温度在线监测方法研究综述

由于电力电缆接头绝缘材料不好、接触电阻过大或制作工艺不达标等原因,会引起电缆接头温度过高,造成电缆接头处绝缘老化甚至击穿,因此,以温度为尺度去监测电力电缆接头的运行状态,对有效预防事故发生具有重要意义。本文总结了几种现有的电缆接头测温方法,并对每种测温方法的原理及其优缺点进行综述。最后,展望了电缆接头温度监测的发展方向。     

高压电缆接头压接缺陷下复合材料界面温度和应力变化规律的有限元计算

目前针对高压电缆接头压接缺陷故障发展机制主要从接触电阻过大进而引起过热的角度展开,少有加入应力耦合。然而,高压电缆接头的故障发展涉及到电-热-应力场相互耦合的复杂过程。运用有限元软件建立了220 kV高压电缆接头压接缺陷下的电-热-应力耦合模型,基于该模型主要研究了电缆接头压接缺陷等工况下复合材料界面温度和应力特性的变化规律。研究表明,电缆接头的温度和应力都随接触系数的增加而增加。相较于正常运行时,复合材料界面上的温度和应力均发生了二次畸变,其中应力畸变最明显,复合界面上靠近压接管处的应力值增长了63倍。结合220 kV高压电缆接头故障实例统计,认为压接缺陷引发复合材料界面应力的二次畸变是造成接头故障的重要原因。通过仿真计算得到了接头复合材料界面温度和应力随负荷电流和接触系数变化的多元拟合函数,可为存在压接缺陷故障评估提供经验参考。该研究对指导电缆接头的施工工艺改良和工程实际应用具有重要的理论意义及实用价值。     

极端高温下10kV电缆中间接头载流量分析

随着世界各地夏季环境温度不断升高,电缆中间接头的工作环境正在恶化。为此,文中基于有限元法建立10 kV三芯电缆及其中间接头仿真模型,分析不同环境温度和不同电流下中间接头的温度分布。首先,开展温升试验,得到电缆中间接头表面的稳态温度,验证仿真模型的准确性;然后,拟合不同环境温度下中间接头高压载流导体表面温度与电流的函数关系,以此可以计算不同极端环境温度下中间接头的极限安全载流量。结果表明,环境温度升高对中间接头高压载流导体表面的温度分布趋势几乎没有影响,在外护套外表面处也满足此规律。中间接头高压载流导体表面温度与电流近似成二次函数关系。当电流幅值为480 A、环境温度为75 ℃时,高压载流导体表面与外护套外表面最高温度分别是环境温度为30 ℃时的1.57倍与1.69倍。当环境温度超过55 ℃时,按照国标规定的持续允许载流量会使中间接头高压铜导体表面温度超过最高允许运行温度90 ℃。考虑到自2020年起夏季环境温度持续增加,现行国标中10 kV铜导体三芯交联聚乙烯绝缘电缆中间接头的持续允许载流量须被修正。     

基于暂态热路模型及反演算法的电缆接头导体温度监测

对电缆接头温度进行实时监测对于预防电缆接头的热致事故是十分重要的,但传统的基于精确热网络模型的温度反演算法实现难度非常大。建立了计入电缆接头分布式热容的暂态热路模型,并据此推导出电缆接头导体温度反演算法。同时,利用仿真软件模拟各种负荷状态下电缆接头温度的变化,为电缆接头温度反演算法的研究提供技术手段。通过实验室模拟,证实了所提出的监测方法的有效性。     

电力电缆接头测温系统的设计

电缆接头是电缆的薄弱环节,电缆接头温度是反映其运行状态的重要参数。为及时准确了解电缆接头的运行状况,设计了电缆接头温度在线监测系统。首先根据传热学理论,分析电缆接头的传热形式和特点,应用有限元分析软件求解电缆接头的温度场分布。然后根据光纤Bragg光栅(FBG)的传感原理,采用热反应灵敏的光纤光栅传感器和精度较高的微型光谱仪设计测温系统,其中对传感器进行优化设计,并通过包绕方式安装传感器。该系统不受电磁辐射的干扰和光源波动的影响;传感器可在一条光纤上串接复用,实现准分布式测量。实验表明,该系统可以实时监测电缆接头的温度变化,实现电缆事故预警。     

基于有限元法的单芯电缆接头线芯温度计算

对电缆接头线芯温度进行监测可以有效评估电缆接头的状态,但直接测量线芯温度较为困难且容易破坏电缆接头结构,因此常通过表皮温度估算线芯温度.为提高电缆接头线芯温度计算精度,本文在有限元软件COMSOL中建立电缆中间接头的仿真模型,并进行电磁-热耦合计算.研究环境温度和负荷电流对电缆接头线芯和表皮温度的影响,并对各种工况下的...     

基于ANSYS电气设备接头的电热耦合场分析

因电气设备电接触不良而导致设备局部放热,是导致电网事故的主要原因之一。基于霍姆电接触理论,利用ANSYS软件建立更为直观的球面导体接触模型。该模型充分考虑了电气设备连接处实际接触散热情况,利用有限元法对接头进行电热耦合场分析。仿真结果表明了在同种材料和不同材料接触时,最高温度均发生在接触斑点处;但当不同材料接触时,上下接头的温度场分布不一样,接头最终温度受材料的电阻系数、导热系数等因素影响,电阻系数越大,导热系数越小,最终接头的温度越高,如果电流过大,一般这种材料先发生软化或熔化。     

一种基于石墨注入的高压电缆缓冲层修复方法研究

近年来，高压电缆缓冲层烧蚀故障频发，为解决这一问题，本研究建立XLPE电缆仿真模型，研究不同电阻率下缓冲层的电场分布特性；基于故障机理提出了缓冲层修复方案与全套现场修复工艺，分别对长度为1.2 m和6 m的220kV高压交联聚乙烯故障电缆进行修复试验，并从接触电阻与电容电流两个角度对修复效果进行评价。结果表明：随着缓冲层体积电阻率的升高，缓冲层与铝护套之间电场畸变严重，极易引发局部放电，从而引起电缆故障；而随着缓冲层体积电阻率的下降，缓冲层与铝护套间的电气连接逐渐恢复，电场分布趋于均匀。注入导电修复介质后，缓冲层与铝护套之间的电阻下降幅度可达41.67%，表明缓冲层与铝护套电气连接性能得到恢复。     

绝缘料电阻率对直流电缆电场分布影响及其调控

直流电缆在运行过程中,由于绝缘层中温度梯度的存在和绝缘料电阻率负温度系数特性会造成绝缘层中电场分布反转,从而增加直流电缆绝缘结构设计的困难。基于100 k V直流电缆结构参数并结合理论推导,采用仿真模拟分析了绝缘层温差、绝缘料电阻率温度系数和电场强度系数对直流电缆电场分布的影响。提出了基于纳米复合技术的直流电缆绝缘料电阻率温度系数调控方法。结果表明,降低绝缘料电阻率温度系数能够有效抑制直流电缆绝缘层中的电场分布反转,并降低直流电缆正常运行时的最大场强;通过纳米复合技术在纳米颗粒与绝缘基体的界面区引入深陷阱能有效抑制高温下绝缘料电阻率的下降,从而降低其电阻率温度系数。     

高压电缆中间接头轴向传热的实验研究

高压电缆接头加载电流达到稳态时,电缆接头及附近本体导体沿轴向存在温度分布梯度,载荷能力和玻璃钢保护壳的引入对此温度分布存在影响。为研究载荷能力和玻璃钢保护壳的引入对电缆接头轴向传热过程的影响,建立了电缆接头的简化热路模型,分析了接头内部的热传递特点,并搭建了高压电缆接头温升实验平台,分别完成了引入玻璃钢保护壳前后电缆接头不同载荷水平下的稳态温升试验。实验结果表明,玻璃钢保护壳的引入降低了电缆接头主体内导体温度沿轴向的下降速度;当电缆接头运行在更高的负荷下时,电缆接头整体温度和轴向温差均增大,接头主体部分的导体温度变化率也随之增大,且附近本体导体温度沿轴向波动更加明显。玻璃钢保护壳的引入和载荷水平的提高均增大了接头轴向传热对电缆本体导体沿轴向的温度分布的影响程度和影响范围。     

电缆绝缘层老化对接头界面压力的影响研究

为研究老化电缆绝缘层弹性模量变化对界面压力的影响,本文实测三根不同运行年限电缆绝缘的击穿场强与介质损耗角正切表征其电性能,以及在不同温度下的弹性模量表征力学性能。基于超弹性材料本构理论,计算电缆接头与本体装配后的界面压力,并建立电缆接头的二维轴向仿真模型,计算轴向上的界面压力。仿真与理论计算结果的对比表明,运用二维轴向仿真模型计算电缆接头与本体之间的界面压力的误差不超过3.2%,仿真模型计算的准确度可为研究接头轴向上的界面压力分布提供可靠的数据,虽然不同运行年限电缆绝缘层电性能不同,且弹性模量最大差异为29%,但界面压力仅变化0.275%。因此,全新接头与已运行一定年限的电缆装配后,仍能保证足够的界面压力。