大段长高压电缆护层保护器暂态特性分析与参数优化设计

大段长高压电缆在运行时会产生过高的护层感应电压,这对电缆护层保护器的过电压防护特性提出了更高要求,因此需要针对大段长电缆护层保护器暂态特性进行分析研究。基于PSCAD仿真软件,建立了典型220 kV高压电缆线路仿真模型,得出了在短路过电压和雷击过电压情况下,高压电缆长度对护层感应电压暂态特性的影响。通过绝缘配合与能量保护相结合的方式,得到了保护器参数取值范围及电缆线路短路电流与长度的适配曲线,提出了护层保护器参数优化设计的具体方法,并进行了试验测试。测试结果表明:当电缆线路出现短路故障时,随着电缆长度的增加,护层感应电压先线性增长,随后在保护器残压阈值的限制作用下逐渐趋于"饱和"状态,现有保护器能量吸收能力难以满足大段长电缆需求;改进后的护层保护器能量吸收能力显著提升,20 k A短路电流时允许的电缆长度大幅提高,满足大段长高压电缆线路安全运行的要求。     

屏蔽线缆的接地仿真研究

在外界电磁波的干扰下,线缆会在车辆内部产生很强的耦合电流和电压,严重影响车辆正常工作,一般需要采用屏蔽线缆来减少干扰. 屏蔽线缆抑制电磁干扰的能力,不仅和线缆本身的屏蔽层有关,还须选择正确的接地方式. 着重对线缆的多种接地方式进行仿真研究,分析不同接地位置和数目对线缆抗干扰性能的影响,为实际车辆线缆防护提供参考.     

海上风电过电压及无功补偿问题研究

提出一种新的海上风电并网过电压及无功配置问题的动态研究方法。利用DIgSILENT PowerFacotry软件建立海上风电场模型,包括风电机组、海缆、变压器及相关的控制策略。利用时域仿真方法分析不同风速条件下风电场的有功、无功及电压特性,根据时域仿真的结果,配置无功补偿装置,调整、改善风电场电压及无功特性。通过时域仿真方法对无功补偿配置方案的效果进行验证。     

海缆护管后安装新工艺设计与应用

为解决海缆护管后安装过程中浮式起重船抛锚对平台周围海缆等带来的风险并降低护管安装成本,对比分析锚系船、动力定位船和平台后安装等3种方案,得出平台后安装方案在作业工期、费用、安全性方面具有较大的优势。对海缆护管平台后安装新工艺进行设计和理论分析,并通过实践验证安装。结果表明,该新工艺既能规避浮式起重船吊装作业的高风险,又能大幅降低作业成本,安装1根护管可节省船期3 d。该新工艺可为在役平台的海缆护管后安装提供重要的借鉴,有望在今后的类似工程项目中推广。     

计及海底电缆热特性的可接纳海上风电装机容量评估方法

海上风电功率波动性较强,其外送海底电缆载流与温度变化的不同步性(热惯性)显著,短时载流潜力有待挖掘。对此,提出了计及电缆热特性的可接纳海上风电装机容量评估方法,在充分考虑电缆短时载流能力的情况下评估其可接纳的风电装机容量。基于海上风电功率及其变化速度的概率分布规律,提出风电功率时间序列模拟方法,而后结合交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆热平衡模型及寿命损失模型,以最大化海上风电装机容量为目标,以电缆设计使用期限内允许寿命损失为约束,建立海上风电装机容量决策模型,并提出启发式求解方法。仿真结果表明,该方法可显著提高海底电缆可接纳的风电装机容量,有助于提高海底电缆利用率以及海上风电外送工程的投资收益。     

退役电缆附件微观结构与电荷特性研究

电缆附件是输电线路中最容易出现故障的薄弱环节,从微观结构和电荷特性方面入手,分析和探索退役电缆附件的失效行为和影响规律,是提高电力系统安全稳定运行的关键。该文研究对象取样于退役或故障电缆附件绝缘,通过对其表面化学组成和形貌的观测分析、材料陷阱参数的测量计算以及空间电荷的测试,分析老化作用下三者之间的相互影响关系。结果表明:三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)绝缘的电缆附件,其老化标志除了出现C—O、C=O结构外,还包括因终端填充硅油而引入的含Si基团及其比例的改变;而在硅橡胶(siliconerubber,Si R)绝缘的电缆附件中,Si—O—Si比例的下降是其严重劣化的标志;与EPDM相比,Si R浅陷阱能级和密度占据优势,其表面电位衰减和电荷消散速度明显更快,能够有效避免空间电荷的集聚,但是由于Si R较差的抗撕裂性容易产生裂纹;退役电缆附件长期运行在复杂的环境下,材料的氧化、主链和侧链的断裂及其他杂质的生成,是附件绝缘陷阱参数及电荷特性变化的主要原因。     

计及护层环流的电缆温升分析与故障定位方法研究

由于传统IEC热路法无法计算复杂工况下环流变化后电缆温度,因此,采用有限元法并结合电磁场与传热学原理,针对不同接地方式与运行工况下的三相电缆,计算与分析不同常见护层故障下环流变化后的电缆温升情况,为电缆运行状况判断提供参考。结果表明:对于护层交叉互联接地电缆,交叉互联箱进水地或护层接头故障后,故障相电缆温升高达10℃,且故障相电缆在故障点前后出现5℃的温差;对于护层单端接地电缆,发生两相护层故障后,故障点前段电缆较正常运行温升高达13℃以上,故障点前后段电缆存在10℃的温差;三相电缆温升及各相之间温差情况可为电缆温度在线监测提供参考,并根据电缆前后温差出现点对电缆故障点进行定位,尽快检修处理,从而减少后续击穿烧毁事故的发生。     

SSLB500型高压电缆铝护套立式双轴连续包覆机的研制

金属护套是交联聚乙烯绝缘高压电缆的重要组成部分,介绍了高压电缆铝护套现有生产工艺及设备的特点;基于四通道连续包覆工艺,开发了SSLB500型高压电缆铝护套立式双轴连续包覆机,检测了挤出铝护套的尺寸和性能,分析了生产数据。研制结果表明:基于数值模拟优化结果设计的工模具结构合理,铝护套成型圆度达到99%,厚度偏差在±5%之内,焊合区域结合强度达到78.8 MPa,延伸率达到33.3%,与非焊合区性能相同;设备长时间运行稳定可靠,主轴转速在6~7.5 r/min时,平均产量达到738 kg/h,平均能耗440 k Wh/t,溢料率小于7%。综合数据表明,所开发的四通道连续包覆工艺及设备具有产品质量好、生产效率高、运行成本低的优点,满足电缆制造企业提质增效的需求。     

基于风险评估的高压电缆巡检周期优化模型

高压电缆日常巡检与消缺工作能够及时发现并消除电缆故障隐患,是降低故障率的有效措施。但忽略风险差异的定期巡检方案会导致人力资源被浪费在不必要的检查与测试环节。为了保证电缆可靠运行且兼顾经济性要求,该文提出了基于风险评估的高压电缆巡检周期优化方法。首先针对历史故障数据,提出了一种高压电缆故障数据记录方法,计算电缆故障频率。其中将电缆线路按照巡检目标分为电缆通道、本体、中间接头、终端与接地系统五部分,并引用失效危险指数(IFC)模型计算各部分的故障频率;之后结合线路故障修复时间与线路重要性,计算电缆线路各部分的风险;并考虑电缆系统运行风险阈值,针对不同线路各部分的风险差异实现巡检周期优化计算。以某地区电缆线路为例应用上述方法,结果表明:基于IFC模型的故障频率计算方法无需人为干预,且在故障样本较少的条件下仍能产生有效结果;基于风险评估的巡检周期优化方法能够合理制定巡检方案,有效降低电缆运行风险,优化后电缆系统风险可降低70%。     

钛酸铜钙-氮化硼掺杂EPDM复合介质的电学和力学性能研究

非线性电导材料的应用是解决高压直流电缆附件内部电场集中问题的一种有效方案。因此,通过掺杂钛酸铜钙(calcium copper titanate,CCTO)纳米填料对三元乙丙橡胶(ethylene-propylene-diene monomer,EPDM)进行改性,在较低的掺杂体积分数(2%CCTO)下,复合介质展现出较好的非线性电导率;当掺杂10%CCTO时,非线性系数可达到5.40。但同时发现,高掺杂含量复合介质的击穿场强劣化严重。基于此,选择具有良好绝缘及导热特性的六方氮化硼(boronnitride,BN)与CCTO共同掺杂至EPDM中,研究发现,共掺杂复合介质的击穿场强有明显改善,φ=10%CCTO/ω=9%BN/EPDM的特征击穿场强为90.1 kV/mm(φ为体积分数,ω为质量分数),相比10%CCTO/EPDM(66.3 kV/mm)提高了35.9%,此时,共掺杂复合介质仍然表现出明显的非线性电导特征。此外,探讨了温度对复合介质非线性电导和击穿特性的影响,并对掺杂复合介质的力学性能进行测试分析,研究发现,2种无机填料的掺杂对EPDM力学性能的改善效果较为显著,随着CCTO掺杂含量增加,复合介质的拉伸强度以及断裂伸长率逐渐增加。