高压XLPE电缆缓冲层放电烧蚀机理与实验研究

为研究电缆缓冲层放电烧蚀机理,根据缺陷现象分析缓冲层与铝护套接触状态的变化,建立用于分析缺陷的电路模型,根据模型分析绝缘屏蔽层上的感应电压及影响感应电压的主要因素.从击穿事故线路中截取长度为15 m的缺陷电缆样本,并用缺陷电缆样本搭建局部放电检测实验平台.结果表明:绝缘屏蔽层的感应电压与缺陷数量、组合层电阻率以及缺陷处白色粉末厚度呈正比,与缓冲层和铝护套之间的接触面积呈反比,且缺陷电缆内部的放电信号具有明显的接触不良类放电特征.     

高压电缆缓冲层轴向沿面烧蚀故障机理分析

为了对运行电压下电缆缓冲层轴向沿面烧蚀故障机理进行研究，本文搭建了电力电缆等值电路，根据110kV XLPE电缆结构及实际尺寸，计算了电缆发生放电现象时对电缆金属护套与绝缘外屏蔽脱离长度的要求。结果表明：缓冲层电阻率对脱离长度影响显著，降低缓冲层电阻率可增加允许脱离长度，当电阻率达到105Ω?mm以下时，允许的脱离长度达1186mm，不易发生轴向沿面放电，此外，允许纵向电压及缓冲层结构尺寸也是控制缓冲层缺陷的特征参数。#$NL关键词：电缆；缓冲层；波纹铝护套；烧蚀；故障#$NL中图分类号：请作者自查     

一起110 kV高压交流电缆外护套烧损故障原因分析

高压单芯交流电缆在城市输电网中得到越来越广泛的应用,但当其接地系统发生异常时会产生不同程度的悬浮电位。在分析一起电缆外护套烧损故障的基础上,对电缆线路的悬浮电位情况进行了讨论研究。铝护套接地异常后产生的悬浮电位,与电缆石墨(半导电)层的接地状态有关。当直接接地断开且石墨层未有效接地时,电缆石墨层悬浮电压可能会达到相电压的90%以上。高悬浮电压必然会导致石墨层对地绝缘薄弱处高频充放电,并不断烧蚀外护套,引发火灾等严重后果。     

高压XLPE电缆平滑铝复合护套的弯曲特性及结构设计

近年来,频发的波纹铝护套电缆缓冲层烧蚀故障引起了国内电力行业对平滑铝护套高压交联聚乙烯(XLPE)电缆的广泛关注,其弯曲性能是限制工程应用的技术难点.该文搭建平滑铝护套XLPE电缆的四点弯曲三维仿真模型,以内聚力模型模拟胶层的力学行为,研究有/无热熔胶粘接、缓冲层厚度、非金属外护套厚度及材料、电缆径向尺寸等对平滑铝护套复合结构弯曲性能的影响.结果表明,若铝护套不与外护套粘接,其抗弯曲变形能力差,易起皱并挤压内部绝缘;粘接后形成整体复合护套,其抗弯能力与总厚度有关,其中,铝护套厚度可根据短路容量要求确定,而由外护套补足抗弯强度所需总厚度,且外护套材料弹性模量不应低于800MPa;缓冲层厚度对铝护套弯曲性能影响较小,主要从吸收绝缘热膨胀角度进行设计.基于研究结论,试制了110kV平滑铝护套XLPE电缆并通过型式试验验证.     

高压XLPE电缆阻水缓冲层烧蚀机理

近年来,高压XLPE电缆阻水缓冲层烧蚀故障频发,引起了行业内广泛关注。为了探索缓冲层烧蚀机理,搭建简化试验平台并对应电缆实际运行工况条件,开展了对比试验研究;同时,基于110 k V电缆典型结构建立轴向有限元仿真模型,按照阻水缓冲带的实测性能参数进行赋值;最后调节波纹铝护套与缓冲层的接触形式,开展了电势及电场分布模拟分析。研究发现:缓冲带受潮将导致其电阻率增大,介电常数升高,并在外加电流下引发白色物质生成;白色物质中包含阻水粉成分及铝反应产物,其不导电性易导致铝护套与绝缘屏蔽之间电气接触不良;当阻水缓冲层与波纹铝护套连续接触不良的轴向长度达到0.4m,在尺寸为0.1mm气隙中的场强已超过3 k V/mm,足以引发放电。缓冲层受潮是发生烧蚀故障的主要原因,缓冲层与铝护套的间隙也会影响气隙放电的发生,因此建议高压电缆在制造和施工阶段应避免缓冲层受潮,同时应严格保障缓冲层与铝护套有效连续的电气接触。     

径向电流集中诱发的高压交联聚乙烯电缆缓冲层烧蚀研究

为研究皱纹铝护套高压交联聚乙烯绝缘电缆缓冲层烧蚀机理,首先,通过对发生烧蚀的110 kV XLPE绝缘电缆进行故障分析,提出电缆径向电流集中是导致烧蚀故障的原因.其次,建立故障电缆的仿真模型,计算缓冲层与皱纹铝护套接触部分的电流密度最大值及其分布情况,并通过模型试验与公式计算验证仿真结果,发现皱纹铝护套波谷嵌入缓冲层的深度和缓冲层体积电阻率影响着径向电流的大小与分布.最后,通过设计模拟试验,证明径向电流集中是导致缓冲层烧蚀的原因之一,并在恒温箱中对模拟烧蚀试验的环境条件进行控制,通过偏光显微镜对比试验样品和烧蚀铝护套的表面形貌.结果表明:模拟烧蚀试验中发生的烧蚀过程与实际故障电缆中的烧蚀过程相同,且随着缓冲层中电流密度最大值的增大,烧蚀的起始时间缩短.本文揭示了皱纹铝护套烧蚀故障径向电流集中的物理机理,为相关故障诊断及防护提供了理论和试验依据.     

电缆终端故障造成220 kV变电所全停事故分析及处理

针对一起220 kV电缆终端故障造成220 kV变电所全停事故,进行了故障终端解体检查和事故原因分析,指出220 kV故障电缆终端尾管与电缆金属护套的铅封施工工艺存在缺陷.电缆终端尾管与铝护套处于完全分离状态,致使电缆金属护套电位悬浮,长期运行下出现发热和灼烧,最终导致电缆绝缘击穿.同时,有针对性地提出防止类似事故发生...     

一种基于石墨注入的高压电缆缓冲层修复方法研究

近年来，高压电缆缓冲层烧蚀故障频发，为解决这一问题，本研究建立XLPE电缆仿真模型，研究不同电阻率下缓冲层的电场分布特性；基于故障机理提出了缓冲层修复方案与全套现场修复工艺，分别对长度为1.2 m和6 m的220kV高压交联聚乙烯故障电缆进行修复试验，并从接触电阻与电容电流两个角度对修复效果进行评价。结果表明：随着缓冲层体积电阻率的升高，缓冲层与铝护套之间电场畸变严重，极易引发局部放电，从而引起电缆故障；而随着缓冲层体积电阻率的下降，缓冲层与铝护套间的电气连接逐渐恢复，电场分布趋于均匀。注入导电修复介质后，缓冲层与铝护套之间的电阻下降幅度可达41.67%，表明缓冲层与铝护套电气连接性能得到恢复。     

高压XLPE电缆缓冲层故障研究现状综述

在分析缓冲层材料特性的基础上,论述国内外有关缓冲层故障的研究现状,并为未来研究提供改进建议.综述性研究表明:放电是引起缓冲层烧蚀故障的直接原因,而电缆受潮是此类故障发生的必要条件.长期受潮会加速白粉的形成,并导致缓冲层电阻率升高.当铝护套与绝缘屏蔽层间存在气隙时,缓冲层电阻率升高、白粉的形成与过电压的冲击会使气隙内局部...     

高压XLPE电缆缓冲层缺陷研究现状综述

高压交联聚乙烯电缆因缓冲层缺陷引发的故障频发,已严重威胁到电力系统的安全运行。本文首先介绍了缓冲层的基本结构和作用,并在此基础上梳理了目前国内外对于缓冲层失效的相关研究;其次从缓冲层的材料特征和内部结构等角度结合电场仿真来分析缺陷发生的主要原因;之后对缓冲层缺陷中出现的白色粉末绝缘性能和理化特征进行总结,并提出其形成机理;最后对缓冲层缺陷的检测手段进行汇总,提出使用计算机断层成像技术对电缆缓冲层缺陷进行检测以弥补现有检测手段的不足,并建议对铝护套及缓冲层的材料或结构进行优化,以预防缓冲层缺陷的生成。     

施工缺陷对超导电缆中间接头内电场分布的影响

中间接头在高温超导电缆中是最薄弱的环节,制造和施工环节中造成的任何缺陷都有可能在运行时产生电场畸变,缩短中间接头使用寿命,施工缺陷严重时可能引发电缆局部放电、击穿等事故。为此本文利用有限元仿真软件分析了绝缘层划伤、绝缘层杂质、超导带焊接毛刺三种典型施工缺陷对接头内电场分布的影响规律。研究结果表明,绝缘层划伤存在空气隙时,最大电场强度随着空气隙厚度增加而减小;而当空气隙厚度保持不变时,最大场强与空气隙长度呈正相关增大。绝缘层残留杂质时,半导电层切断处、超导带焊接部位附近的绝缘层杂质周围电场畸变最严重,且超导带焊接部位周围最大场强大于半导电层切断处。此外,杂质大小、位置及带电与否均会对电场造成很大影响。随着杂质半径增加,超导带焊接部位和半导电层切断附近杂质周围场强近似呈正比例增长;杂质不同电荷量和电性对电场畸变程度同样有重大影响,特别是当部分杂质为电负性时,周围最大场强均超过5MV/m。超导带焊接毛刺的位置及大小对场强有较大影响,其中在超导带焊接部位与绝缘层分界面处场强最大,且沿超导带焊接部位径向的毛刺周围场强高于沿轴向的场强。研究成果为分析超导电缆故障原因,制定接头施工工艺提供一定参考。     

高压XLPE电缆缓冲层烧蚀故障机理分析与结构优化

高压交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆缓冲层烧蚀故障频发,在行业内引起广泛关注。电缆结构优化有利于解决放电烧蚀问题,文中从缓冲层放电灼伤机理角度出发,建立电缆有限元模型进行电场仿真,分析讨论不同结构参数下气隙电场分布的变化,并开展模拟试验对结构优化方案进行研究。结果表明：在满足电缆设计要求的前提下,减小缓冲层厚度、减小轧纹深度、增加金属套和缓冲层的挤压深度有利于减弱接触不良导致的气隙电场畸变;平滑铝套结构与缓冲层的接触电阻较小,在抑制缓冲层放电烧蚀故障方面具有优势。     

皱纹铝套变形对挤包绝缘直流电缆电场分布的影响

为研究高压直流电缆皱纹铝套受力变形对电缆绝缘结构造成的损伤,以及在运行过程中对电气性能的影响,针对500 kV直流电缆开展绝缘线芯热膨胀测试和皱纹铝套压扁试验,确定皱纹铝套变形在绝缘线芯表面造成的缺陷情况。建立有限元模型,分析绝缘场强分布随温差变化情况,以及皱纹铝套变形导致绝缘线芯表面缺陷后的场强分布情况。仿真结果表明：电缆在负载过程中绝缘场强随着绝缘温差的变化而变化,此外绝缘表面存在缺陷会进一步导致场强畸变,且畸变程度与外加电压和绝缘温差有关。     

皱纹铝套变形对挤包绝缘直流电缆电场分布的影响

为研究高压直流电缆皱纹铝套受力变形对电缆绝缘结构造成的损伤,以及在运行过程中对电气性能的影响,针对500 kV直流电缆开展绝缘线芯热膨胀测试和皱纹铝套压扁试验,确定皱纹铝套变形在绝缘线芯表面造成的缺陷情况。建立有限元模型,分析绝缘场强分布随温差变化情况,以及皱纹铝套变形导致绝缘线芯表面缺陷后的场强分布情况。仿真结果表明：电缆在负载过程中绝缘场强随着绝缘温差的变化而变化,此外绝缘表面存在缺陷会进一步导致场强畸变,且畸变程度与外加电压和绝缘温差有关。     

110 kV XLPE电缆缓冲层放电灼伤问题的理化分析与仿真研究

对110 kV及以上高压XLPE电缆线路改造时,频繁发现电缆缓冲层存在疑似放电灼伤缺陷,其原因尚无定论。为探究该缺陷是否为放电产生,文中首先对缺陷进行了形貌特征观察和元素成分表征,然后对阻水带电阻率进行测量,最后利用有限元软件对电缆进行三维电场仿真,研究了缓冲层间隙、阻水带电阻率、过电压等因素对缓冲层场强的影响。研究结果表明:缓冲层存在间隙、阻水带电阻率增大、过电压入侵等因素会使缓冲层场强增大,易造成缓冲层放电现象。     

基于有限元法的冷缩电缆终端缺陷形态特征与局部放电特性分析

采用有限元法建立35kV硅橡胶预制式电缆终端缺陷模型并进行静电场仿真。针对电缆终端可能出现局部放电的位置,分别用三角形和等腰梯形模型模拟割伤和凹陷气隙缺陷,并建立等比例不同大小的缺陷模型分析其最大场强。利用最小二乘法对试验数据进行插值拟合,得到各位置不同尺寸模型的最大场强分布曲线。该曲线表明铜屏蔽层断口处是容易引起电场畸变并产生局部放电的薄弱环节;同位置割伤缺陷较凹陷缺陷场强大;半导电层断口处由于应力锥的疏散作用场强较小,减小了局部放电的可能;铜屏蔽层断口到半导电层断口之间的区域,存在微间隙缺陷时长期运行可产生局部放电。所得结论对高压电力电缆终端的设计、制作及安装等有一定的指导意义。     

接地不良缺陷对高压XLPE电缆终端的影响

为了研究接地不良对高压交联聚乙烯(XLPE)电缆终端的影响,通过ANSYS有限元分析软件建立电缆终端仿真模型以及在实验室环境下进行实物模拟实验,从高压XLPE电缆终端的电参数计算、温度场分析以及化学产物三方面,对接地不良缺陷给高压XLPE电缆终端造成的影响进行了研究,仿真及实物模拟实验结果均表明接地不良会导致高压XLPE电缆终端严重发热。研究结论说明终端接地不良将导致电压悬浮、流经绝缘屏蔽电流过大、温度异常升高,并会相伴产生金属氧化物、羧酸盐等多种化合物,对电缆安全运行造成严重影响。     

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。     

高压电缆缓冲层烧蚀缺陷的超声检测实验

高压电缆缓冲层烧蚀故障是近年来频发的电缆故障类型，然而目前的烧蚀缺陷检测手段难以满足存量电缆的检测需求。本文首次研究了基于铝护套内表面粗糙度的高压电缆缓冲层烧蚀缺陷的超声检测方法。首先，开展了潮湿条件下的缓冲层烧蚀模拟实验，并对烧蚀后的铝片开展了激光共聚焦显微镜测试以及电化学阻抗谱分析，发现随着烧蚀时间的增加，铝片的表面粗糙度逐渐增大，同时铝片表面的腐蚀程度逐渐加深，对应的缓冲层烧蚀缺陷逐渐加重，表明铝片的表面粗糙度与潮湿条件下缓冲层的烧蚀程度存在关联。其次，对烧蚀后的铝片开展了超声检测实验，并通过相邻超声回波信号的幅值比推算出了铝片腐蚀面的粗糙度，与实验测得的粗糙度具有相同的变化趋势。本文结果表明超声检测可用于检测缓冲层烧蚀缺陷的严重程度，为高压电缆缓冲层烧蚀缺陷超声检测方法的应用奠定了研究基础。