气隙对车载电缆终端电—热场影响仿真研究

在急速温变、振动等工况下,多层热缩复合绝缘结构车载电缆终端绝缘层间容易产生气隙缺陷,气隙将导致电缆终端电场和热场畸变,引起终端内部局部放电及绝缘材料老化.文中通过有限元仿真建立了车载电缆终端气隙三维模型,分析了气隙长度、厚度及跨度对电缆终端热场和电场的影响.仿真结果表明:气隙的存在造成了电缆终端内部电场严重畸变,畸变场...     

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。     

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。     

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。     

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...     

220 kV干式电缆终端多物理场仿真分析及结构优化设计研究

首先针对220 kV高压干式电缆终端结构，构建相应的仿真模型，并结合绝缘材料非线性电导率方程，研究了增强绝缘部分材料、环境温度、外加电压不同时终端内的电场分布及温度分布；然后对终端存在应力锥安装错位、表面凸起及增强绝缘内存在气泡等缺陷时的电场分布情况进行了对比分析。最后，对应力锥转角形状及应力锥边缘与增强绝缘间的距离两种结构进行优化，并优化后终端的电场分布进行分析，同时提出了最佳的应力锥边缘与增强绝缘间的距离。结果表明：非线性硅橡胶绝缘材料能较好地均化电场；外界环境温度改变会使内部线芯与外部伞裙的温差减小，且随着环境温度升高终端内最大场强明显增大；应力锥安装错位类绝缘缺陷使得三相交界点处场强急剧增大；应力锥表面凸起类绝缘缺陷使得终端内局部场强急剧增大；当增强绝缘内部存在气泡时，气泡尺寸对电缆终端内最大场强的影响较小；将应力锥转角改变为圆弧状，转角处场强降低了75.26%，可适当增大应力锥边缘与增强绝缘的距离至5 mm，从而减小应力锥转角处场强。     

重覆冰条件下防冰防雷绝缘子电场仿真与伞裙优化

为研究防冰防雷绝缘子在重覆冰条件下的电场分布特性,进而优化防冰防雷绝缘子的伞裙结构,缓解其在覆冰状态下的电场畸变,建立了220 k V防冰防雷绝缘子的有限元仿真模型,计算得到了不同伞裙结构的绝缘子在清洁和覆冰条件下的电场分布,根据仿真结果对伞裙结构进行了优化,并对比了伞裙优化前后防冰防雷绝缘子的电场分布特性。结果表明:清洁状态下,伞裙结构对绝缘子电场分布影响很小;覆冰状态下,超大伞裙数目为5时可以更加有效地缓解重度覆冰对空间电场产生的畸变。优化后的伞裙结构可以使绝缘子在覆冰条件下的空间电场畸变有所缓解,起到提高冰闪电压的作用。     

复合绝缘子内部缺陷对电场分布特性的影响

对复合绝缘子的缺陷类型、缺陷尺寸和缺陷位置进行仿真计算,获得伞裙沿面的轴向、径向电场分布曲线,计算出伞裙沿面轴向、径向电场的畸变率和最大场强值。结果表明:径向电场对于缺陷的反应更灵敏,通过分析伞裙沿面高压端和低压端径向电场分布规律,能够得到复合绝缘子缺陷的位置与类型等相关信息。     

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。     

气体绝缘开关柜用绝缘子沿面绝缘特性研究

为了解决气体绝缘开关柜中绝缘子出现的沿面闪络问题,建立了绝缘子三维电场仿真分析模型,利用Ansys计算了不同伞裙间距结构下绝缘子的电场分布,并研究了绝缘子内部微间隙对绝缘子表面及伞裙电场的影响。结果表明:绝缘子伞裙之间间距和伞裙长度之比应大于1:3,伞裙之间间距太小,易造成伞裙间气体电场畸变。绝缘子伞裙附件处的间隙会造成间隙内部及相邻伞裙沿面气体电场畸变,且间隙越大,电场畸变越严重,但对不相邻伞裙的电场没有明显影响,研究结果为带伞裙的绝缘子优化设计提供参考。     

伞裙表面覆水对35 kV支柱绝缘子电场分布的影响

变电站支柱绝缘子长期暴露在空气中易引发闪络故障,进而导致电网发生严重的停电事故。为研究支柱绝缘子伞裙表面覆水对绝缘子附近电场分布的影响,以FZSW-35-6型复合支柱绝缘子为研究对象,采用三维制图软件SolidWorks和有限元仿真软件COMSOL对伞裙表面存在覆水的支柱绝缘子附近的电场分布进行了仿真分析。仿真结果表明:绝缘子伞裙上存在覆水会畸变其附近电场,离散水滴、积水和伞裙边缘悬挂水滴附近的电场强度最大值分别约为764.9 kV/m,420 kV/m,293.6 kV/m。与干燥绝缘子相比,水珠附近电场强度明显增大,电场畸变最严重处为伞裙表面、覆水和空气三者的交界处。研究结果可为变电站支柱绝缘子绝缘设计提供参考。     

基于有限元的交直流电缆绝缘缺陷电场分析方法比较

绝缘缺陷对交直流电缆内部的电场分布存在差异,直流电缆电场分布的数值分析应使用传导电流场方法,本文通过数值分析方法比较了绝缘缺陷对交直流电缆绝缘电场分布的影响关系。分析结果表明:不同绝缘缺陷材质,不同电缆类型,电缆绝缘的电场分布特征有较大差异,直流电缆绝缘中的低电阻颗粒物缺陷对其绝缘的电场强度影响最大,交流电缆中的低电阻颗粒物缺陷和直流电缆中的气隙缺陷对绝缘中的局部电场影响特征相同,绝缘缺陷位置对交直流电缆绝缘电场分布的影响存在显著差异。研究结果对交直流电缆绝缘缺陷的电场分析方法具有借鉴意义。     

复合绝缘子界面缺陷对电场分布特性影响的仿真研究

复合绝缘子的芯棒与护套粘接界面常常出现缺陷,畸变周围电场,影响绝缘子的电气和机械性能。为了研究不同缺陷形态下的绝缘子电场特性,文中以110 kV复合绝缘子为考察对象,应用有限元分析软件COMSOL搭建了绝缘子三维模型,对电场分布进行了仿真计算,研究了界面出现气隙、水汽等缺陷对局部电场及绝缘子整体轴向电场分布特性的影响。结果表明:气隙处电场强度相比正常情况下显著增大,场强最大值与气隙跨度、厚度正相关,与气隙长度负相关,并基于气隙等效弧柱体模型给出了理论分析,修正了等效圆柱模型的不足;水分渗入能降低气隙场强,但同时严重畸变绝缘子轴向电场;护套受潮增重会使场强线性增加,超过一定程度会引发电晕放电,导致沿面闪络等事故。     

高铁用27.5 kV电缆终端电场及电位仿真分析

在中低压电缆中,电缆终端通常采用热缩模式。这种终端具有良好的收缩性能,可以和多种截面的电缆进行配合。但热缩电缆终端在高速列车车载电缆连接中应用存在一些问题需要解决。结合某一型号热缩电缆终端在高速列车使用过程中遇到的实际问题,利用计算机仿真技术对该型终端不同设计结构进行了有限元仿真计算,得到关键位置的电场以及电位分布情况,并提出一种比较适合高速列车用的热缩电缆终端结构,为该型热缩终端的设计和使用提供依据。     

复合绝缘子沿面电场影响因素分析

研究不同状态下的绝缘子表面电场特征对提高绝缘子可靠性具有重要意义。笔者以220 kV交流复合绝缘子为例,借助于COMSOL有限元软件,对电场分布进行了计算分析,研究了均压环、表面污秽及内部缺陷对绝缘子沿面电场分布的影响。计算结果表明:加装均压环可以大大降低沿面最大电场强度,有效改善表面电场不均匀程度;污秽条件下,伞群和护套交接处电场畸变严重,但畸变程度不足以引发局部放电;粘结面存在空气隙时,气隙附近电场明显畸变,护套内外存在一个较大的电场梯度,当达到一定程度时会造成护套击穿。     

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。     

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 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。     

覆着藻类对110kV复合绝缘子电场分布的影响研究

潮湿环境下绝缘子表层覆着藻类影响其电压分布特征,对输电线路污闪防护影响较大。采用ANSYS仿真计算软件建立110 kV复合绝缘子二维电场计算模型,计算分析藻类生长位置、天气情况、生长状况等因素对绝缘子电场分布的作用规律。结果表明:绝缘子电场呈"U"形分布,在导线端护套与金具的交界处出现电场峰值;藻类生长越靠近高压端电场畸变越严重,低压端伞裙有藻类生长时,电场分布和清洁时大致相同,但球窝处场强减小;雨天时,导线侧金具与伞裙交界处的极大值并没有明显变化,低压端场强明显增大,藻类生长位置与水带交界处电场畸变严重,闪络风险较高;藻类形成干燥带对场强的影响不显著,轴向场强在干燥带处略微增加,低压端伞裙护套交界处电场强度有所减小,发生闪络的风险较低。