内部气隙缺陷对车载电缆终端电-热场分布特性的影响研究

车载电缆终端作为高速列车能量传输的重要枢纽,探明气隙缺陷对电缆终端电场、热场分布影响有重要意义。基于电磁场理论和热传导理论,建立了正常电缆终端、含气隙缺陷电缆终端电 热场耦合有限元模型,研究了内部气隙缺陷作用下电场、热场的分布规律。研究发现,正常电缆终端内部存在电场畸变,气隙缺陷的存在会加强电场畸变程度,并使内部电场强度增大;正常电缆终端内部温度从缆芯至伞裙沿径向逐渐降低,伞裙外表面温度接近环境温度,气隙缺陷作用下内部温度分布发生畸变,缺陷及其周围温度较高,表面温升增大。仿真结果为车载电缆终端内部缺陷检测提供了理论支撑,对高速列车安全稳定运行具有工程意义。     

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。     

绝缘交界面气隙缺陷及其受潮状态对T型电缆接头电热场的影响研究

本文建立了实际10kVT型电缆终端接头多物理场有限元模型,研究了T型电缆终端接头在绝缘交界面存在气隙缺陷下的电场及温度场分布特性,分析了缺陷条件下的电场、温度场幅值变化规律,提出可有效反映T型电缆终端接头气隙缺陷的特征量及监测位置。结果表明：T型电缆终端接头不同程度气隙缺陷对其交界面处的电场分布特性有一定的影响,但是其...     

电缆终端应力锥错位缺陷对界面温度及应力分布的影响

电缆终端内部缺陷会造成终端内部电场分布不均、局部温度升高与应力分布变化，可能引发局部放电造成绝缘击穿。为研究终端应力锥错位缺陷对电缆界面温度及应力分布的影响，分别建立了电缆终端安装不足与安装过盈情况下的电缆终端错位缺陷模型，并进行电-热-力多物理场耦合仿真分析。结果表明：电缆终端绝缘屏蔽层截断处是电缆终端的薄弱部位，终端界面温度和界面压力都会在绝缘屏蔽层截断处发生突变。当电缆终端存在安装不足缺陷时，终端屏蔽层截断处与应力锥根部之间会出现电场升高区域，在安装位置为-7.5 mm时界面温度最高，绝缘界面压力值升高，且安装位置为-2.5mm时绝缘承受的压力值最大；当电缆终端存在安装过盈缺陷时，绝缘屏蔽层截断处会发生电场畸变，电场突变量随着偏移量的增加而增大，在安装位置为+5.0mm时绝缘界面压力值最大，且界面压力突变量增加发生畸变。因此，在电缆终端实际设计安装与运行维护中，额外注意应力锥错位缺陷对终端内部应力分布的影响十分必要。     

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。     

高频谐波下应力控制型电缆终端的电-热特性

为解决高频谐波电场下应力控制型电缆终端(SCT)绝缘迅速损坏的问题,从仿真的角度研究了高频谐波下应力控制型电缆终端的电-热场特性。首先,理论推导电-热场的计算公式,并分析了电缆终端内部电-热场的形成机理;然后,利用有限元分析软件完成在不同电压和不同频率下的仿真。理论推导及仿真结果表明:SCT的电场强度和热功率密度最大值均位于半导电层截断处附近,且随着电压和频率的升高不断增大。     

10kV XLPE电缆终端缺陷仿真与电场分析

基于时谐电场的理论知识,以ANSYS为有限元求解工具,建立工频电压下的XLPE电缆终端数值计算模型。分析了介质介电常数和电阻率对电场分布的影响,分别计算了电缆终端无应力管、有空气隙、有金属微粒、钢针扎入这4种缺陷内部电场的分布情况,并研究了电场畸变与缺陷位置的对应关系。通过使用工频电压对4种电缆终端缺陷的局部放电进行测试,结果表明该电场模型能够对实际电缆终端进行仿真分析。     

导电杂质影响下35kV电缆终端绝缘特性研究

在现场安装过程中,35 kV电缆终端易混入导电颗粒、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的绝缘特性,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,建立电缆终端缺陷模型,探究在运行电压下含导电杂质的电缆终端内部的电场分布情况。然后根据仿真结果与实际情况,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对电缆终端样品进行局部放电测试。结果表明:导电杂质的引入会增大电缆终端内部的电场畸变,当应控管和尾部胶的连接处引入导电杂质时,电场畸变最严重,电场强度最大值达到18.7 MV/m,接近乙丙橡胶的击穿强度,局部放电活动最剧烈,最大放电量达到350 pC,严重降低了35 kV电缆终端的电气绝缘性能。     

一起高压电缆终端炸裂事故分析

针对某变电站站用变高压侧电缆终端炸裂事故,对电缆终端进行解剖检查,并从理论上分析了交联聚乙烯电缆终端炸裂的故障机理和物理过程.分析认为,电缆终端制作过程中内表面受损、内部有气隙存在造成了电缆终端内部电场分布不均匀,运行中发生局部放电,长时间后其绝缘劣化受损,在过电压情况下,受损部位主绝缘被击穿导致事故,由此提出了相应的...     

计及套管内气–液介质流体特性的高压直流电缆终端优化模型研究EI北大核心CSCD

为探究不同负荷条件下直流电缆终端内部的多物理场状态,基于电磁场、温度场、计算流体力学的基本理论搭建直流电缆终端的多物理场耦合模型,并且根据三场之间的关系对其进行双向全耦合。该文提出一种基于阻尼系数的变步长高度非线性求解方法,有效解决了求解时因时间尺度差异造成的计算收敛性与计算成本间的矛盾。通过红外热成像仪测量实验中带负荷±160k V高压直流电缆的套管表面温度,验证了该仿真模型的准确性。研究发现,温升所致的电场反转在过负荷时会引发应力锥根部电场畸变,此现象在导体最高温度70℃之后尤为明显,进而结合国家及行业的相关标准,可确定其载流量为1140A,略小于相同导体截面积直流电缆的载流量。该研究可为通过表面温度评估直流电缆终端的内部状态提供参考。     

内部缺陷对高压直流电缆电场分布影响的有限元分析

高压直流电缆实际运行过程中可能会有缺陷出现,使得电缆内部电场分布发生畸变,加速绝缘材料的老化。运用有限元分析的方法,对直流电缆电场分布进行了二维和三维建模和仿真分析,研究了不同电缆绝缘层温差、缺陷位置及尺寸情况下电缆中单个球形缺陷对周围绝缘材料的影响,得到了较为通用的直流电缆缺陷对电场畸变的计算公式。研究发现三维仿真更加适合对缺陷进行研究,稳态下缺陷对电场的加强决定于材料的电导率,且缺陷对绝缘材料的影响是局部的.     

10kV电缆终端绝缘气隙缺陷的局部放电及缺陷表面烧蚀特征

为研究电缆终端主绝缘含气隙缺陷下的局部放电(PD)及缺陷表面的形貌特征,通过在10 k V电缆终端上制作典型的气隙缺陷,利用电缆附件电热老化平台模拟终端的实际运行工况并加速老化,利用罗戈夫基线圈传感器提取终端在不同老化时刻下的PD数据,并用扫描电镜(SEM)对气隙缺陷的表面形貌特征进行观察。结合气隙缺陷内部的电场分布进一步分析终端PD的发展规律。结果表明:电缆终端的PD及气隙缺陷表面的形貌特征在不同老化时刻下呈现明显差异,缺陷表面XLPE的碳化过程提高了气隙缺陷的表面电导率,加快了缺陷表面电荷的耗散速度。     

硅橡胶电导特性对XLPE绝缘高压直流电缆终端电场分布的影响

交联聚乙烯(XLPE)绝缘高压直流电缆终端内各绝缘材料的电导率受温度和电场强度的影响差异较大,这是导致其电场分布复杂、研发难度大的关键因素之一。为此,利用多物理场耦合软件仿真计算了以不同性质硅橡胶为增强绝缘的高压直流电缆终端模型内的电场分布,分析了绝缘材料的电导特性对电场分布的影响与机理。研究结果表明:以高压交流电缆终端中常用的硅橡胶作为直流电缆终端的增强绝缘时,应力锥根部的硅橡胶内电场严重畸变,最大电场强度(简称场强)值约达到电缆本体平均场强的6.7倍;以具有合适非线性电导特性的硅橡胶做增强绝缘时,直流电缆终端内电场分布均匀,且最大场强点位于电缆XLPE绝缘内。说明应用电导非线性硅橡胶是解决XLPE绝缘高压直流电缆终端制造瓶颈问题的有效方法之一。     

以电场特征理解电缆终端气隙的局部放电发展机理

为了研究气隙缺陷导致电缆终端绝缘失效的机理,基于电场分析探讨了终端气隙的局部放电发展过程。建立了终端气隙缺陷的有限元模型并进行了电场理论计算,阐述了气隙对终端电场分布的影响并分析了气隙沿电缆轴向和径向的电场强度特征,讨论了气隙参数与终端气隙内电场强度最大值之间的关系。进而,通过实验终端电热老化实验中的局部放电检测发现,运行条件下终端气隙缺陷放电迅速发展,在不同的老化阶段表现出不同的放电特征。同时,观察老化前后的气隙缺陷发现,老化后气隙内的绝缘毛刺被烧蚀,通道狭长平滑。结合气隙的电场特征分析说明,半导电层截断位置集中的电场导致此处的气隙更容易发生局部放电,而放电表现出的阶段性差异与气隙通道的逐渐贯穿密切相关,通过简化的放电模型可以描述气隙的放电发展机理。     

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。     

110 kV交联聚乙烯电缆终端悬浮电位缺陷试验

为研究应力锥顶部台阶处附着的金属片对电缆终端电场畸变程度的影响,基于电场分析探讨了终端悬浮电位缺陷的局部放电发展过程。首先,建立了静电场下电缆终端悬浮电位缺陷的有限元仿真模型,进行了相关的电场理论计算,结合不同缺陷长度对电场畸变程度的影响,分析了沿径向方向电场强度最大值的分布规律;其次,构建了110 kV电缆终端悬浮电位缺陷物理模型,建立了电缆终端局部放电试验平台,获取了悬浮电位缺陷放电信息;最后,根据放电特性划分局部放电发展阶段,分析了各阶段局部放电相位谱图特征,阐述了终端悬浮缺陷局部放电发展过程。结果表明:缺陷部分最大电场强度出现在电缆本体XLPE、金属片、应力锥的交界处,金属片缺陷的长度与电场的畸变程度成正比例关系,且最大场强值已超过设计控制值。通过试验表明悬浮电位缺陷导致电场发生严重畸变,从而引发明显的局部放电现象,且不同电压下的局部放电相位谱图具有明显特征,为电缆终端局部放电模式识别提供了缺陷样本数据。     

10kV三相无屏蔽层电缆的多物理场仿真研究

近年来配电网管廊中10 kV三相电缆的金属屏蔽频繁被盗，无屏蔽层电缆极易引发绝缘问题，严重影响配电网管廊的安全性。为此以YJV22型10 kV无屏蔽层电缆为对象，针对深度为1.95 mm、2.45 mm、2.95 mm的划伤，100～300 Pa压强下的挤压变形，0～31.9 mm间距松散结构等状态开展电磁-热-结构场仿真研究。仿真结果表明：不同尺寸的划伤缺陷会引发电缆内部电场发生不同程度的畸变，且在缺陷充水情况下的畸变场强远高于缺陷充空气情况下的畸变场强；无屏蔽层电缆在受到不同大小挤压力后会发生不同程度的形变，进而影响电缆内部电场发生变化，受挤压位置处电场强度大；松散分布的无屏蔽层电缆交流电阻减小，导体温度降低，载流量增大。根据以上分析结果，提出必要的维修措施以避免由畸变场强造成的击穿事故。     

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。     

交流110kV复合绝缘子高压端内部气隙尺寸对电场分布的影响

复合绝缘子高压端护套内部存在气隙时导致电场畸变,引起内部局部放电,长期的局部放电可能导致护套击穿,降低芯棒的机械性能,从而引发芯棒断裂。气隙尺寸是影响内部电场畸变的主要原因,应用有限元分析软件COMSOL建立了交流110 k V复合绝缘子气隙三维模型,计算分析了气隙尺寸中跨度、厚度、长度,对内部气隙电场分布的影响。结果表明:相比完好状况,高压端护套内部气隙场强最大值大约提高1.5~4倍,内部气隙承担的场强远高于介质承担的场强。内部气隙场强最大值与跨度、厚度之间呈正相关,与长度之间呈负相关,跨度和长度的影响逐渐减弱,后期趋于平稳,而厚度的影响后期依旧显著。气隙尺寸中跨度、厚度、长度,三者对内部气隙场强的影响存在交互效应,可通过数值分析将其等效成三元三次多项式回归模型。