10 kV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。     

不同状态下电缆接头温度分布对比研究

文中根据电缆接头容易发热导致电缆出现故障的问题,对不同状态下电缆接头温度分布进行分析。首先,分析电缆接头的结构和主要形式,对电缆接头的温度变化采用仿真分析的形式进行分析。其次,开展理想状态下中间温度的仿真,对不同接触电阻和不同接触电阻率对温度分布的影响对比研究。最后得出以下结论:电缆接头位置不同温度分布也不同,随着电阻的增加,温度也在增加,最小温度的增加趋势小于最大温度增加趋势,当电阻率较大时,线芯温度变化也较大。电阻率为2×10^(-8)Ω·m,温度为18℃,电缆接头温度分布正常,可以保证安全运行。     

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。     

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。     

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。     

10kV三相电缆插接式中间接头结构设计与仿真分析

为了解决现有电缆接头安装工艺复杂且受施工条件影响较大的问题,针对10 kV三相电缆提出了一种趋于一体化的阴-阳头插接结构的插接式中间接头设计方案。考虑到温度对材料属性的影响,对阴、阳头绝缘材料进行介电性能测试,并将所得介电参数温谱曲线代入电热耦合仿真模型中,经有限元计算得到中间接头的场强和温度分布。结果表明:接头内部最大场强出现在阴、阳头交界面处,但远低于绝缘材料的击穿强度;由于金具间的电接触,最高温度80℃同样出现在阴、阳头交界面处,但仍低于电缆长期运行的最高温度90℃,验证了插接式中间接头长期运行的安全可靠性。     

含防爆盒的三芯电缆中间接头散热性能及载流量研究

为了避免电缆遭受外力破坏,防止中间接头故障后蔓延至临近电缆,电缆中间接头需加装防爆盒,如此势必延长中间接头热传导的路径,影响其散热性能。为了进一步探究配电网三芯电缆中间接头加装防爆盒后的温度及载流特性,本文以20kV三芯电缆中间接头为例,建立考虑接触电阻的三芯电缆中间接头磁-热耦合模型,计算了289A电流下含防爆盒的中间接头温升,对比运行数据验证了仿真计算的准确性,然后进一步分析了防爆盒对中间接头载流量的影响规律。结果表明：防爆盒内的空腔会大大降低中间接头的散热性能,相比于电缆本体时,载流量约下降37.1%,而灌注环氧树脂ab胶后,可以大幅度增强中间接头的散热,相对于未灌胶时载流量提升近41.1%。研究结果可为防爆盒的设计及中间接头运维的制定提供参考,有益于电缆的安全稳定运行。     

基于有限元仿真的土壤直埋电缆中间接头稳态载流量计算

在运行过程中,电力电缆中间接头的温度通常会比电缆本体高,基于电缆本体温升不超过90℃而计算得到的稳态载流量会造成中间接头的损坏。对于土壤直埋直流电缆接头,利用有限元仿真软件构建三维模型对温度和载流量计算准确度较高,同时为简化计算过程,利用二维轴对称模块建立了接头的平面结构,并旋转形成中间接头的三维模型。对土壤中电缆接头和本体的温度和稳态载流量进行仿真计算,由本体确定的载流量会使接头导体温度高于最大长期允许温度值,不利于电缆长期稳定运行。水分迁移使接头周围土壤热阻增大,采用回填沙土可在一定程度上提高中间接头的稳态载流量。     

基于电磁脉冲成形技术的电缆接头压接装置的研制及实验研究

电缆接头压接质量直接决定着电缆线路的安全运行。然而,现有的液压压接方式受限于机械工艺、技工经验等因素,难以确保电缆接头的可靠压接。为此,尝试将电磁脉冲成形技术引入电缆接头的压接,成功研制出一套新型电缆接头压接装置,其最大放电能量为28 kJ、最大工作电压为20 kV。在此基础上,开展70 mm~2电缆与接头的压接实验,分别从接头的力学性能和电学性能两个方面对电磁脉冲成形技术与现有液压技术进行对比分析,同时还探讨了充电电压对压接电缆接头性能的影响规律。结果显示:电磁脉冲成形技术可实现电缆接头的有效压接。在一定充电电压(12 kV)下,相较于液压压接方式,电磁脉冲成形技术所压接的电缆接头拉伸强度至少提升35%,而接头处电阻降低则达36.15%。实验还发现,压接接头的拉伸强度和接触电阻与充电电压存在一定依赖关系,随着充电电压的提高,压接接头的拉伸强度随之增强,接触电阻则随之减少。此外,还通过仿真研究对上述现象予以解释。     

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。