不同种类中压电缆中间接头的电-热场仿真分析*

为了对比研究冷缩式中间接头、模塑熔接中间接头（Mold Melt Joint,MMJ）和自熔式中间接头绝缘界面处电场分布以及径向温度分布,采用COMSOL Multiphysics仿真软件分别建立三种接头的三维仿真模型,对电场和温度场进行计算分析。结果表明：三种电缆中间接头电场强度最大处均为交联聚乙烯（Crosslinked Polyethylene,XLPE）绝缘内侧,冷缩式中间接头绝缘界面处产生空间电荷积聚,电场发生严重畸变;MMJ中间接头的绝缘部分采用与原电缆绝缘相同的XLPE材料,得益于“一体化”的绝缘结构,复合界面处的电场分布均匀;自熔式中间接头电场强度略有降低,表明自熔式中间接头具有良好的电气稳定性。三种电缆中间接头径向温度呈对称分布,且由内部热源向外部环境降低,符合热传导规律,其中自熔式中间接头散热效果最好,界面处温度较低,电气可靠性较高。     

绝缘老化对电缆中间接头界面缺陷处电场分布的影响

为了研究电缆中间接头绝缘老化对交联聚乙烯/硅橡胶复合界面典型缺陷处电场分布的影响,采用COMSOL Multiphysics仿真软件建立了10 kV电缆中间接头仿真模型,计算了绝缘老化前后复合界面存在导电杂质、划痕和水分3种缺陷时的电场分布,并结合仿真结果对电缆本体绝缘中水树枝的生长变化进行分析.结果表明:3种缺陷均会导致复合界面缺陷处发生明显的电场畸变,绝缘老化会造成界面处电场强度增大,同时加大缺陷对电场分布的影响.水树枝引发后末端电场畸变严重,随着水树枝的生长发展,树枝之间相互靠近的区域电场强度减小,但局部电场集中现象依然存在.     

10 kV XLPE电缆中间接头复合缺陷电场分布仿真研究

以10 kV交联聚乙烯(XLPE)电缆中间接头为研究对象,基于Ansys Maxwell平台建立电缆中间接头的3D模型,除考虑气隙、受潮、导电颗粒和针尖等典型单一缺陷对电场分布的影响外,还结合现场实际安装过程,在较薄弱的部位施加几种复合缺陷,通过有限元计算分析中间接头内部的电场分布情况。结果表明：中间接头内部主绝缘存在复合缺陷时,缺陷处的电场强度随着其深度加深而不同,即使是微小的缺陷也会导致内部的电场分布发生畸变;XLPE处的导电尖端是电场强度最集中、畸变最严重的部位,样本数据的电场强度最大值高达6.365 MV·m^-1,若不及时处理将导致绝缘击穿。该计算结果可供工程应用参考,用于指导中间接头的安装和预防绝缘击穿。     

配电电缆中受潮接头的阻抗特性及其检测方法研究

电缆接头是电力电缆中最脆弱的部位,接头受潮是中压交联电缆的常见缺陷,如果未能及时得到修复,将导致电缆过早失效。文章围绕中间接头受潮后的阻抗特性及其检测方法开展研究,阐述了波在电缆中传播的折反射现象,以时域反射法的理论知识为基础,在CST (Computer Simulation Technology) Studio Suite中建立了10kV冷缩式中间接头的三维单芯模型,对中间接头不同程度进水情况下的阻抗特性和反射波形进行研究;在实验室10kV交联聚乙烯电缆中间部位的电缆接头上制作进水缺陷,分别进行电缆接头S参数测量和时域脉冲反射实验;最后,分析和比较了电缆受潮接头的阻抗特性仿真和实验结果,证明了使用时域脉冲反射技术对受潮电缆中间接头进行受潮诊断的可行性和有效性。     

110kV电缆中间接头典型缺陷电场三维仿真分析

为研究高压电缆中间接头缺陷对电场分布的影响规律,首先分析了110 k V交联聚乙烯电缆中间接头的典型缺陷类型,然后基于COMSOL Multiphysics仿真软件建立了中间接头的三维仿真模型,最后对中间接头典型缺陷周围的三维电场进行了有限元仿真计算。结果表明:即使是微小的缺陷也会使得中间接头的电场强度大幅升高,从而可能导致绝缘劣化。     

一起220kV电缆主绝缘击穿原因分析

电缆在实际的敷设、接头制作以及运行过程中往往会遭受到难以预料的损伤从而导致其绝缘性能下降,引发击穿,影响电力系统的正常安全运行环境。为了研究导致电缆主绝缘击穿的因素,以一起220 kV故障电缆为例,对其进行解剖分析,发现导致其发生击穿事故的诱因包括接头制作过程中预制件发生位错、主绝缘表面存在刀痕以及主绝缘存在微孔。预制件的位错会导致电缆主绝缘表面电场不均匀,易产生放电现象而引发击穿;通过仿真计算分析了主绝缘在表面存在刀痕以及内部靠近铜芯处存在微孔的情况下的电场分布,发现主绝缘表面刀痕处的电场会急剧增大,容易诱发强烈的局部放电而引起击穿,而铜芯附近的微孔内的局部电场强度会畸变增强,易引发局部放电从而形成放电通道。综上分析,预制件位错、表面划痕及内部微孔等会导致电缆主绝缘电场畸变的因素是导致电缆发生击穿的主要诱因。     

阶跃电流作用下电缆中间接头温度测量技术的试验研究

电缆中间接头温度与运行状态密切相关,测量该温度可以为电缆状态检修及动态增容提供依据。为此,在10kV电缆中间接头冷缩预制件表面、保护铜壳、本体铜屏蔽层、线芯等典型测量点安装温度传感器,对比分析不同形式阶跃电流作用下各测量点温度响应曲线与电流之间的关系。研究结果表明,冷缩预制件表面温度受环境温度影响小,暂态电流作用下与线芯温度变化的延时较小,适合作为中间接头的温度测量点。以冷缩预制件表面温度测量值为原始数据,使用ANSYS软件构建中间接头的温度场仿真模型,在校正模型不确定参量的基础上计算线芯的稳态温度,计算值与实测值之间的计算相对误差最大值为3.9%;基于BP神经网络算法,以冷缩预制件表面温度测量值作为输入量预测线芯温度,计算值与实测值之间的计算绝对误差最大值为3.3°C,满足工程应用的要求。     

基于稳态电场分析的冷缩中间接头结构优化

冷缩中间接头在配电网中应用广泛,其电气性能受结构设计、原材料性能、安装工艺、运行环境等因素影响;结构设计是影响中间接头电气性能的首要因素,需充分考虑其合理性及可优化性。以8.7 kV/15 kV冷缩中间接头为例,采用相同结构的应力锥,针对不同结构屏蔽管和不同绝缘厚度,利用有限元法计算稳态电场分布,优化中间接头结构。仿真结果表明:中间接头内部电场分布受增强绝缘厚度、屏蔽管厚度、屏蔽管倒角等因素综合影响;屏蔽管厚度一定时,采用多段弧倒角的电场均匀效果更佳;增强绝缘厚度相同或适当增大时,采用切削反应力锥结构的电场均匀效果与采用屏蔽管结构的最优值相接近,但中间接头主体单边厚度可减小。     

缺陷对电缆中间接头温度分布影响的仿真研究

电缆中间接头在制造或者安装的过程中易产生缺陷,导致局部温度上升而加速绝缘老化,对电力系统的稳定运行造成威胁。但实际中无法直接测量电缆接头内部的温度,因此有必要对电缆接头的内部温度分布进行仿真研究。利用ANSYS软件建立了电缆中间接头以及其内部存在缺陷的二维、三维物理模型,并对其进行温度场仿真分析。结果表明:当电缆中间接头不存在缺陷时,其温度沿径向自内向外逐渐降低,轴向温度自中心位置向两边逐渐降低;当电缆中间接头中的交联聚乙烯/硅橡胶界面存在气隙、水汽、导电颗粒时,接头内部局部温度受缺陷处材料热导率的影响;气隙的尺寸越大,对局部温度的影响越大,局部升温范围是气隙本身尺寸的5倍;气隙位置越靠近接头两侧,局部升温越高。     

用振荡波电压法检测含有缺陷的10kV交联聚乙烯电缆接头实验

10 kV交联聚乙烯电缆中间接头是极易引发故障的部位,分析振荡波电压法检测电缆接头各类缺陷的有效性具有重要意义.对冷缩式电缆中间接头分别制作了误用绝缘带、飞边以及水膜3类缺陷,并利用振荡波测试系统进行高压测试,测试结果表明振荡波测试系统对接头误用绝缘带缺陷反应最灵敏,但无法检测出接头含有飞边与水膜的情形.利用有限元法对...     

基于频域反射法的受潮10 kV冷缩电缆中间接头阻抗特性研究

冷缩电缆中间接头受潮是造成其故障的重要原因之一。现有研究已表明,存在受潮缺陷的冷缩电缆中间接头阻抗特性会发生变化,通过频域反射法对整根电缆的阻抗不连续点进行检测,分析其阻抗特性可实现缺陷的定位与类型的判断。因此,开展受潮冷缩电缆中间接头阻抗特性的研究,可为电缆中间接头的受潮诊断提供理论依据与数据支撑。为此,对一根10 kV冷缩电缆中间接头样本开展加速受潮实验,采用反射系数谱测试仪定期检测其阻抗特性并进行研究。实验结果表明：随着受潮程度的增加,冷缩电缆中间接头阻抗不匹配峰幅值呈先减小后增大的趋势;对其时域反射波形进行恢复后发现,其时域波形的极性特征呈从“左正右负”到“左右持平”再到“左负右正”的变化情况。     

配电电缆附件XLPE/SIR界面缺陷特性及其对电场分布的影响研究

为了预防不同类型接头缺陷引发的绝缘故障以及事后故障分析,针对电缆附件复合界面处缺陷,设计交联聚乙烯与硅橡胶双层结构界面缺陷模型,通过对不同缺陷的试样进行击穿实验,研究绝缘、半导电、金属等3种典型界面缺陷类型下的击穿特性,并且通过建立双层结构界面缺陷模型仿真模型,计算界面缺陷引起的电场畸变;在此基础上将缺陷模型扩展到配电电缆中间接头,研究存在缺陷时电缆中间接头的内部电场分布。实验表明相比于无缺陷时,引入绝缘缺陷对击穿场强的影响不明显,而引入金属和半导电缺陷后击穿场强明显降低;仿真计算表明3种缺陷中绝缘缺陷引起的电场畸变最小,与击穿实验规律相吻合。金属与半导电缺陷引起的电场畸变随着缺陷远离应力锥根部呈先增大后减小,而对于绝缘缺陷,电场畸变随着缺陷远离应力锥根部呈现下降趋势,最大场强出现在三结合点处。研究结果有助于理解电缆附件界面缺陷状态对电场分布的影响规律,对于电缆附件安装制作的关键环节管控具有实际意义,同时可为配电电缆附件运行维护和故障分析提供参考。     

基于有限体积法的超高压电缆接头绝缘性能研究

超高压(EHV)电缆接头内部存在的缺陷将造成电场集中,局部温度升高,达到一定程度即发生闪络或击穿,影响其安全可靠运行。为研究影响电缆接头内部电场和温度场分布的主要因素,利用有限体积法对电缆接头进行了电场-温度场耦合仿真,研究了电缆接头在正常工作状态、绝缘材料存在杂质颗粒、应力锥表面存在毛刺突起、硅橡胶绝缘材料老化等情况下的电场-温度场分布特性。研究结果表明:接头与绝缘界面、导体屏蔽管两端等位置是绝缘的薄弱环节,容易发生沿面闪络或绝缘击穿;接头绝缘中微小的杂质颗粒可能导致局部温度超过绝缘材料的耐受温度,加速绝缘老化;老化到一定程度时,温度和电场强度又将大幅度升高,对接头安全运行造成严重隐患。该研究结果对电缆接头的结构优化设计和绝缘材料的选择具有一定的参考意义。     

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。     

电缆中间接头受潮时电场分布研究

通过ANSYS软件建立10 kV电缆冷缩式中间接头的三维模型,并仿真计算静电场,主要分析不同受潮情况下电场分量的分布情况.结果表明:接头绝缘材料受潮时,复合界面上的电场增大;接头浸水时间越长,电场畸变越严重;主绝缘内侧受潮时水膜对周围的电场分布几乎没有影响,水膜处电场增大,但场强依然保持在极低的水平.     

35 kV XLPE电力电缆终端结构参数优化

为解决电力电缆与其终端绝缘电场分布不均匀，易造成界面击穿及沿面放电的问题，本文对35 kV冷缩式电力电缆终端结构参数进行优化以提高其绝缘水平。首先基于COMSOL仿真软件分析应力锥的轴向长度和端部半径对终端电场分布的影响，得出终端结构参数的最优组合；随后研制电力电缆终端样品，通过工频交流耐压、局部放电试验进行性能指标的对比验证。结果表明：电力电缆终端应力锥的轴向长度是影响其界面电场变化与分布的主要因素，端部半径的变化对终端电场的影响较小；应力锥轴向长度的增大缓解了界面电场强度，但容易引发沿面放电问题；应力锥的轴向长度及端部半径最优值分别为25 mm和2.5 mm。     

一起10kV电缆中间接头击穿故障的原因分析

对广州某地区发生的10kV交联聚乙烯绝缘电缆中间接头击穿故障进行解体检查和分析,判定故障原因可能是冷缩管标线与接头中心线错位12 mm,也可能是半导电层倒角不光滑所致.针对此,采用有限元法对接头半导电层处理不合理的各类故障进行电场建模和仿真,并计算接头各部分电场强度的分布.仿真及结算结果验证了击穿机理分析的正确性,同时...     

绝缘老化对自熔式电缆中间接头界面电场及温度场分布的影响*

自熔式电缆中间接头交联聚乙烯和三元乙丙橡胶绝缘老化,使其之间的界面性能发生劣化,为研究绝缘老化对复合界面处电场和温度分布的影响,以10 kV自熔式电缆中间接头为研究对象,采用COMSOL Multiphysics仿真软件建立仿真模型,分别计算了老化前后复合界面有无气隙时的电场和温度场分布特性。结果表明：自熔式电缆中间接头复合界面熔融接触时,复合界面处电场分布均匀,径向温度由内到外逐渐降低,符合热传导规律。绝缘老化前,复合界面存在气隙时,其电场与温度场均会发生严重畸变。绝缘老化后,界面处的电场及温度均有所增加,且气隙处的电场和温度上升更明显。     

硅脂对交联聚乙烯绝缘与硅橡胶界面电场的影响

在交联聚乙烯绝缘与硅橡胶界面涂抹硅脂是制作电缆中间接头的一个关键步骤,但实际制作电缆接头时,由于现场施工人员对硅脂认识不足,常有硅脂漏涂、涂抹不均匀的情况,而硅脂对界面电场的影响研究尚未见报道,为此建立10 kV电缆中间接头三维有限元模型,分析硅脂有、无;涂抹均匀和不均匀时的电场分布规律,同时还研究了硅脂对杂质缺陷电场的抑制作用。仿真结果表明,未涂抹硅脂时,界面最大场强比涂抹硅脂时增大了3.79倍;硅脂涂抹不均匀时,涂抹不均匀处最大场强比均匀涂抹硅脂时增加2.8倍。未涂抹硅脂、硅脂涂抹不均匀均会造成界面电场严重畸变。且硅脂涂抹不均匀时,空气隙处场强与其到外半导切断处轴向距离及空气隙厚度均成反比关系。此外界面存在杂质缺陷时,涂抹硅脂情况下电场强度远小于未涂抹硅脂时电场强度。说明涂抹硅脂对杂质缺陷的电场有很好的优化作用。规范涂抹硅脂是施工不可缺少的环节。     

GIS盆式绝缘子气隙缺陷下电场变化规律仿真研究

为了研究气体绝缘组合电器(GIS)盆式绝缘子存在气隙缺陷时的电场变化规律,以800 kV GIS盆式绝缘子为研究对象,建立了三维仿真模型,基于有限元原理仿真计算了GIS盆式绝缘子内部分别含有气泡及缝隙等典型气隙缺陷时的电场分布,并分析了气泡位置及大小、缝隙分布方向及宽度对盆式绝缘子电场的影响规律。仿真结果表明:电场畸变主要出现在缺陷处,气泡表面最大场强比无气泡时增大50%左右,较高场强区气泡表面的场强能够引起气体电离;气泡半径对场强变化的影响不到6%;横向裂缝场强最大增大约1.78倍,远大于径向裂缝场强的变化;径向裂缝越宽,裂缝最大场强越大;横向裂缝越宽,场强畸变越小。