典型敷设环境下超高压海底电缆的热特性

典型敷设环境下超高压(extra-high voltage, EHV)交联聚乙烯(crosslinking polyethylene, XLPE)绝缘海底电缆系统的热特性研究对线路、性能优化和电网安全均有重要意义。首先采用有限元法分析了典型敷设环境下海底电缆的热场分布,然后以2条500 kV XLPE海底电缆为试验线路,在敷设环境为直埋、隧道内、穿管内和空气中,持续运行1年,得到了4种典型环境下海底电缆系统沿线的温度分布。研究结果表明:环境温度约为0～10℃时,穿管段的温度最高;环境温度约为10℃时,穿管段或空气段的温度最高且相近;环境温度约为10～40℃时,空气段的温度最高;穿管段和空气段是海底电缆系统实时温度测控的关键点和工程应用的薄弱点。该研究可为海底电缆系统的优化设计和运行维护提供借鉴。     

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。     

交联聚乙烯绝缘高压直流电缆电场分布计算

为设计交联聚乙烯(XLPE)绝缘高压直流电缆的结构,在实验基础上总结出进口高压直流电缆XLPE绝缘材料的电导特性方程,利用COMSOL Multiphysics软件通过电场和热场耦合仿真计算了电缆在不同负荷下的电场分布。研究表明,在电场强度较低和较高时,进口高压直流电缆XLPE绝缘材料的电导率随温度变化明显,电场强度变化几乎不对其产生影响;在某一电场强度范围内,温度和电场强度的改变均会使XLPE的电导率发生明显变化,该场强范围随温度而变化;所设计高压直流电缆在两种敷设环境下100%负荷时电场分布均匀;在电缆传输电流较大时,电缆XLPE绝缘内的温度梯度增大,电缆绝缘外表面处电场强度最大。基于有限元法的多物理场耦合仿真计算是研究XLPE绝缘高压直流电缆电场分布的有效手段。     

厦门±320kV柔性直流电缆输电工程电缆选型和敷设

厦门±320 k V柔性直流输电工程是目前世界上电压等级最高的柔性直流输电工程,该工程面临诸多难题。为此,探讨了该工程交联电缆及附件的选型原则、电缆运行温度、单段电缆长度、载流量截面、电缆敷设方式及交直流电缆共沟敷设等参数,为该工程构建中的技术难点提供了合理的解决方案。结果表明:当该工程中直流电缆运行温度取70℃时,电缆具有较好的绝缘性能;当电缆导体的截面积取1 800 mm2时,载流量为1 617 A,满足工程要求;当单段电缆长度取962 m时,可减少电缆接头、降低工程造价;电缆附件应选择现场注塑式;暂态和稳态情况下,采用交直流电缆共沟敷设可以满足安全稳定要求。     

基于FEM的自由敷设在空气中电缆温度场分析

利用热学原理对空气中敷设电缆的温度场进行了分析。建立了基本模型、热对流方程和边界条件,用有限元计算了空气中敷设电缆的载流量在额定值时周围空气中温度的变化过程,得到了温度变化曲线。     

XLPE交流电缆线路改为直流运行的载流量设计与分析

在现役XLPE交流电缆线路的直流改造中,载流量的合理设计是关键问题之一,决定了改造线路的传输容量和运行可靠性。文中对同一线路在交、直流电压下运行时的等效热路模型及载流量解析算法进行了对比,分析了造成交、直流线路载流量差异的关键因素,并以空气敷设的三芯10 kV XLPE电缆为例,进行了同一线路在相同敷设条件下的交、直流载流量模拟试验。研究发现,目前直流改造所涉及的现役XLPE交流电缆线路,在进行直流载流量评估时,绝缘温差要求不成为限制条件,仅需考虑线芯温度限制、按照IEC60287-2017推荐方法进行计算;在线芯电阻、金属护套损耗、载流芯数、环境热阻及线芯允许长期工作温度等影响因素中,交流电缆改为直流运行后线芯允许工作温度由90℃下降为70℃,在很大程度上抵消了其他因素对载流量的有利贡献;10 kV XLPE电缆载流量模拟试验数据和解析计算结果吻合,偏差很小,验证了解析计算方法的有效性。对10、35 kV三芯和110 kV单芯电缆在不同典型敷设情况下的交、直流载流量计算显示,改为直流运行后,三芯电缆的载流量略有增加,单芯电缆稍有下降,变化幅度均未超过6.5%。     

短时高热运行对XLPE电缆绝缘聚集态结构及介电性能的影响

为了研究交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆经历短时高热运行后绝缘性能的变化，通过对短电缆样本进行短时高热老化来研究其聚集态结构与介电性能的变化及关联性。首先对10 kVXLPE电缆样本分别在90、105、120、135和150℃下热老化2 d，然后将所有样本在90℃下热处理90 d，最后采用极化–去极化电流测试、击穿电压测试对热处理前后的样本进行电气性能表征。为了解其聚集态结构变化，采用差示扫描量热测试、傅里叶红外光谱测试对热处理前后的样本进行理化性能表征。结果表明，当电缆经历短时高热运行后，若短时高热温度处于XLPE熔融温度范围内，绝缘的界面极化强度、抗氧化剂消耗速率会减小；而当短时高热温度超过XLPE熔融温度时，绝缘的界面极化强度、抗氧化剂消耗速率会增加。这一结果表明了当电缆短时高热运行温度处于XLPE熔融温度范围时，之后电缆热氧老化进程会因XLPE重结晶效应而被减缓；当温度高于XLPE熔融温度时，之后电缆热氧老化进程会由于XLPE发生热裂解而被促进。     

10kV交流XLPE电缆在不同直流拓扑结构和敷设方式下的直流载流量仿真研究

为了研究电缆敷设方式、直流拓扑结构以及环境因素对交流电缆直流载流量的影响,以10 kV交流配电网中广泛使用的三芯交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)电缆为例,通过有限元仿真软件建立电缆温度场和流场耦合仿真模型,得到了直埋敷设、排管敷设和沟槽敷设下电缆分别以双极式、单极式、三线双极式(three-wire bipole structure based HVDC,TWBS-HVDC)3种直流拓扑结构运行时的直流载流量、温度分布和流场分布.结果 表明:在相同敷设方式下,电缆以TWBS-HVDC运行时的载流量最大,而以单极式运行时的载流量最小;电缆以单极式运行时的总电流容量最大,而以双极式运行时的总电流容量最小.与直埋敷设和排管敷设相比,沟槽敷设下敷设深度、深层土壤温度和土壤导热系数对电缆载流量的影响较小,而空气温度和空气对流换热系数对电缆载流量的影响较大.随着敷设深度的变化,其余环境因素对电缆载流量的影响程度也随之变化.研究结果可为10 kV交流XLPE电缆的直流改造工程提供理论依据.     

硅橡胶电导特性对XLPE绝缘高压直流电缆中间接头内电场分布的影响

为改善交联聚乙烯（XLPE）绝缘高压直流电缆中间接头内的电场分布,通过添加纳米填料制备了用于制作电缆接头应力控制体的非线性硅橡胶复合材料。建立了高压直流电缆接头仿真模型,测试了各绝缘材料的电导特性,计算了电缆接头内的电场分布。研究结果表明,70 ℃时在各场强下未改性硅橡胶的电导率都小于高压直流电缆XLPE绝缘,故电缆接头内的最高场强点位于硅橡胶增强绝缘内,且最大场强远大于电缆本体绝缘的平均场强;以非线性硅橡胶做应力控制体增强绝缘时,超过一定场强后增强绝缘的电导率明显大于XLPE绝缘,保证了电缆接头内最高场强点永远位于XLPE绝缘内,且接近于平均场强。     

电力电缆无线测温系统研究

交联聚乙烯（XLPE）电力电缆具有无油、附属设备少、安装敷设和运行维护简单等优点,得到了越来越广泛应用。作为一种简便的电缆绝缘运行状态监测方法———电缆温度监测有利于及时发现XLPE电力电缆绝缘缺陷,防止事故发生,保证电缆的安全运行。在综合分析国内外电缆温度监测方法和技术研究现状的基础上,给出了缆芯温度和表面温度间关系以及电缆温度与载流量间关系的数学模型,详细论述了电缆温度无线监测系统的硬、软件设计,并就现场安装方案等问题进行了深入的研究。