10 kV电缆中间接头典型施工缺陷的电场及局放特性研究

电力电缆故障多发生于中间接头位置,而施工缺陷是引发中间接头故障最主要的原因。为评估电缆中间接头典型施工缺陷的危害性,文中建立电缆中间接头三维有限元模型,分析电缆中间接头存在硅脂涂抹不均匀、主绝缘划伤和接头受潮3种施工缺陷时的电场分布规律,探究不同缺陷位置与场强之间的关系,并搭建工频交流电压局放试验平台对试样进行局放试验。结果表明:硅脂涂抹不均匀时,空气间隙在应力锥周围造成的电场畸变程度最严重;远离应力锥时,场强逐渐减小。主绝缘划伤时,电场畸变最为严重,空气间隙在外半导切断处场强最大。接头受潮后,当水膜位于应力锥附近时,电场畸变程度最为剧烈。相同加压条件下,接头受潮、硅脂涂抹不均匀、主绝缘划伤3种缺陷造成局部放电的次数依次增加。     

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。     

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。     

基于有限元法的10kV电缆中间接头典型施工缺陷电场研究

建立电缆中间接头三维有限元模型,分析电缆中间接头存在胶带漏用、误用及主绝缘杂质缺陷时的电场分布规律.结果表明:漏用半导胶带、误用绝缘胶带时,硅橡胶与连接管间存在的空气及绝缘胶带会导致该处电场增大;接头混入沙粒杂质,杂质在电缆外半导倒角处至应力锥倒角处电场均畸变恶劣.     

基于多元非线性回归模型的XLPE电缆终端环形损伤故障特征

配电网10 k VXLPE电缆终端在制作过程中切除外半导电层用力不均匀,或因终端内水分、腐蚀液等渗入引起局部导体损耗和绝缘层介损突变,使沿XLPE绝缘层环形截面方向出现异常温升带,均会破坏绝缘层并留下易被忽视的环形伤痕。当环形伤痕位于原本电场分布不均的电缆终端上时,将使场强畸变更加明显,甚至会导致环形伤痕内空气电离而发生局部放电并引发故障。该文通过仿真分析了环形伤痕的宽度、位置和跨度与伤痕处最大场强的关系,结果表明宽度、位置和跨度交互影响环形伤痕处畸变电场分布;为此提出了利用最小二乘法构建以宽度、位置和跨度为自变量,最大场强为因变量的多元非线性回归模型,经验证该模型用于评估XLPE电缆终端环形损伤故障的程度具有较好的效果,为掌握10k VXLPE电缆终端的环形伤痕故障特征并进行故障诊断提供了新的思路和方法,显著提高了配电网运行可靠性。     

配网电缆接头内部缺陷电场特征研究及电树发展分析

配网交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)电缆的严重击穿故障大多发生在电缆接头处,主要由电缆接头在制造和安装过程中的工艺缺陷引起。文中采用模拟电荷法研究电缆接头4种典型缺陷,即气隙、水膜、金属碎屑和金属外破附近的电场分布特征;然后采用电场计算与随机漫步理论相结合的方法,分析缺陷引发的电树枝的分布规律。同时,测量带缺陷配网XLPE电缆接头样本周围的实际电场分布,并比较测量结果与计算结果。结果表明,采用电场测量的方法可以直接有效地识别电缆接头内部缺陷类型,相比气隙、水膜缺陷,导电缺陷造成的电场畸变更为显著。缺陷引发的电场畸变大于临界电场值时会引起电树发展,电树发展的轨迹长度与场强大小呈正相关,导电缺陷引发的电树枝有较大概率向缆芯方向发展,更易引起XLPE绝缘击穿。     

10kV交联聚乙烯电缆终端主绝缘含空气气隙缺陷试验

为研究电缆终端主绝缘在含有空气气隙缺陷时对电缆终端电场分布的影响,使用基于有限元法的电场仿真软件,建立了静电场下电缆终端含空气类缺陷模型,并进行了相关的电场仿真计算。结合缺陷宽度不同对电场畸变程度的影响,着重分析了电场畸变最大值的分布规律。该规律显示电缆缺陷的宽度与电场畸变的程度成反比例关系,且最大电场场强值已超过正常的电场场强分布规定值。为验证电场仿真的正确性,采用振荡波电压法进行电缆终端含有空气气隙的相关试验,试验指出空气气隙会引发明显的局部放电现象,继而验证了该类缺陷会引起明显的电场畸变。     

基于电-热-力场的10 kV电缆终端典型缺陷仿真研究

为了研究电缆终端硅橡胶/交联聚乙烯（SR/XLPE）复合界面典型缺陷对电场、温度场以及应力场分布的影响，采用COMSOL Multiphysics仿真软件建立了10 kV电缆终端仿真模型，对复合界面存在金属微粒、半导电微粒以及划痕缺陷时的电-热-力场分布情况进行仿真。结果表明：电缆终端复合界面存在金属微粒或半导电微粒时，界面缺陷区域的电场、温度场以及应力场存在不同程度的畸变，金属微粒对界面各物理场分布的影响更加明显。对于外半导电层截断处因交联聚乙烯划伤导致气隙缺陷的情况，发现界面气隙缺陷处电场发生畸变进而产生局部热点。界面涂覆硅脂对划痕处电场和温度场的畸变具有明显的改善作用，但划痕区域由于硅脂的填入导致应力分布不均匀，应力呈现两端高中间低的分布规律。     

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.     

直流交联聚乙烯电缆泄漏电流试验特性研究

为研究直流电压下交联聚乙烯(XLPE)电缆出现绝缘缺陷时的泄漏电流特性,模拟高压XLPE电缆常见缺陷,设计并制作了主绝缘外表面划伤、高压端导体毛刺、绝缘内部气隙和外半导电层残留四类典型绝缘缺陷模型,仿真研究了不同缺陷下的电场与电导率分布特性。采用阶梯升压法在直流电压下进行泄漏电流试验,讨论了稳态泄漏电流与电压关系,并对泄漏电流-时间曲线进行波形分析。仿真及试验结果表明:导体毛刺缺陷电场与电导率畸变最严重,绝缘表面划伤缺陷与绝缘内部气隙缺陷畸变程度次之;导体毛刺缺陷泄漏电流增长速度随电压升高明显加快;泄漏电流波动程度随电压升高而增大,但电压升至一定程度后绝缘表面划伤缺陷和导体毛刺缺陷的泄漏电流波动有所减小;不同类型缺陷的各频带小波包系数能量存在差异。     

电缆半导电层介电性能对电场分布的影响

用有限元法研究了电缆内外半导电层电阻率及介电常数对电缆电场分布的影响规律.研究表明,随着内半导电层介电常数的增加,电缆内部的最大场强增加,内屏蔽层的场强明显减小,较高的介电常数会引起电介质内电场分布的畸变,过低的介电常数会使半导电层处场强集中,进而可能引发树枝状放电;随着外半导电层电导率的增加,电缆外护层的场强及电压明显降低,这对减小高压电缆绕组电晕发生的概率有一定的指导意义.     

高压电缆中间接头外半导电层缺陷放电研究

为研究高压电缆中间接头在外半导电层被划伤后的放电行为,采用脉冲电流法与高频电流耦合法以及硬件实时放电谱图采集,提取外半导电层含有贯穿性缺陷的高压电缆预制式中间接头中的局部放电信号,结合电场仿真以及接头放电模型对放电发展机理进行分析,结果表明:高频电流耦合传感器的灵敏度以及信噪比不及脉冲电流法,不易发现贯穿性缺陷激发的放电信号;外半导电层存在贯穿性缺陷的情况下,一旦线路中由于操作过电压或故障引起的过电压激发接头缺陷内发生放电,放电将迅速向增强绝缘层内部发展,最终形成贯穿性放电通道导致增强绝缘失效,因此实际生产安装过程中应注意防护此类缺陷,确保接头安全运行。     

220 kV电缆线路终端故障及仿真分析

为分析某220 k V电缆线路终端应力锥、电缆表面贴合状态与故障发生的深层次原因,本文对某220 k V故障电缆终端开展故障解体、X射线检测以及仿真工作,分析发现接头应力锥过盈量高于安装工艺要求,且搭接面表面不平整。在应力锥、电缆表面贴合良好时,运行电压下应力锥、电缆主绝缘最大电场强度均远小于对应绝缘材料的击穿场强,而应力锥、电缆表面贴合不良交界面存在微小气隙时,运行电压下气隙内部电场强度大于空气击穿场强,表明运行电压下气隙内部存在放电现象。因此,电缆终端应力锥、电缆表面贴合不良、交界面存在微小气隙时,在运行电压下,气隙内部长期放电引起主绝缘破坏是造成电缆故障的原因。     

基于有限元的模块化多电平换流器绝缘结构分析

模块化多电平柔性直流输电换流阀中分别采用了固体绝缘和空气绝缘结构,其中空气绝缘结构是比较薄弱的一个环节,实际运行或者试验中容易发生局部放电等绝缘故障.采用三维有限元电场计算方法,通过电场分布来分析模块化多电平柔性直流输电换流阀中空气绝缘结构.在换流阀空气绝缘结构分析中,分别对换流阀层间空气间隙中、换流阀外表面空气介质中以及阀厅中阀塔之间空气间隙中的电场进行计算.通过空气间隙中电场强度和电场分布情况来分析空气绝缘介质的绝缘强度,并指导换流阀绝缘结构的设计.     

基于电-热场联合分析的EPR中压电缆终端异常热点仿真分析及优化

25 kV乙丙橡胶(EPR)中压电缆终端因其自身的结构特性,内部电-热场分布不均,局部易出现异常畸变热点问题,而在安装电缆终端时出现的划伤缺陷加大了问题的严重程度,加速缺陷周围绝缘材料的老化,大幅降低了绝缘性能。为解决该问题,提出了一种电导率与电场、温度相关的非线性应力管材料,采用COMSOL仿真方法对比研究了使用高介质材料与非线性材料制作应力管时电缆终端内部的电-热场分布。结果表明,经优化后电缆终端的电-热场分布畸变程度能得到有效缓解;对于存在划伤缺陷的情况,优化后的电缆终端的电-热场畸变程度低于其出现击穿现象的阈值,表明其能够在缺陷情况下相对安全运行。同时采用热成像仪现场测试电缆终端温度分布,结果验证了经优化后电缆终端表面异常发热情况的改善效果。     

挤包绝缘高压直流电缆制造与应用中的径向梯度效应

挤包绝缘高压直流电缆在直流输电工程中应用广泛,但制造与应用中的梯度效应显著影响其直流电气性能。以500 kV交联聚乙烯直流电缆为研究对象,首先,通过仿真计算理想均匀绝缘电缆中的场强分布;然后,计算交联和脱气过程中绝缘层的温度分布,并对电缆绝缘切片取样,测量不同径向位置绝缘的相态结构和直流电气性能;最后,根据实测电导率对电缆绝缘中场强分布进行仿真。结果显示：电缆绝缘在交联和脱气过程中存在温度梯度,绝缘的相态结构和直流电气性能在径向上分布不均匀,绝缘电导率在径向上的梯度分布导致电缆绝缘中场强均呈现出内低外高的分布规律,且最外侧绝缘的场强大于均匀绝缘中的最高场强。     

导电杂质影响下35kV电缆终端绝缘特性研究

35 kV电缆终端在现场安装过程中,易混入导电颗粒、压铅微粒等导电杂质,严重影响其运行可靠性。为研究导电杂质影响下电缆终端绝缘性能的特征状况,首先利用有限元分析软件,通过在电缆终端绝缘与应控管交界处设置导电杂质,文中建立终端缺陷模型,模拟导电杂质影响,探究了电缆终端在运行电压下,其内部电场分布的情况。然后,根据仿真结果与实际情况,文中制作了含导电杂质的电缆终端样品,利用局部放电测试平台测试电缆终端样品的局部放电信息。研究结果表明,导电杂质的引入将增大电缆终端内部的电场畸变,严重影响终端的绝缘性能;同时也加强了电缆终端的放电活动,使得放电量明显加大,严重降低了35 kV电缆终端的电气绝缘性能。