双层绝缘结构高压直流电缆电场分布仿真

参照油纸绝缘高压交流(HVAC)电缆的分阶绝缘设计思想,采用不同非线性绝缘材料制造具有双层绝缘结构的高压直流(HVDC)电缆来改善电场分布以及减薄绝缘层厚度是一种可能的解决途径。为了从理论上验证双层绝缘设计理念在HVDC电缆绝缘设计中的可行性,采用多物理场耦合软件仿真研究了不同温度梯度、不同施压方式下分层半径对双层绝缘结构HVDC电缆绝缘稳态和暂态电场分布的影响规律,在此基础上定义了同时考虑稳态、暂态电场和温度梯度多重因素的综合绝缘利用系数,并提出了按绝缘材料的电导率内小外大排列、相对介电常数内大外小排列确定内外层绝缘原则和综合绝缘利用系数最高的分层半径确定原则,最后验证了该双层绝缘设计原则的合理性。电场仿真结果发现:与单层绝缘电缆相比较,双层绝缘结构HVDC电缆在高温度梯度下可显著改善电缆绝缘稳态和暂态电场分布,且温度梯度越高改善效果越显著;雷电冲击过程中绝缘内的暂态电场分布受直流稳态过程形成的界面及空间电荷的影响,而双层绝缘结构HVDC电缆绝缘稳态过程中形成的界面及空间电荷与温度密切相关,因而温度也是影响雷电冲击过程中绝缘暂态电场分布的因素。     

交联聚乙烯绝缘高压直流电缆电场分布计算

为设计交联聚乙烯(XLPE)绝缘高压直流电缆的结构,在实验基础上总结出进口高压直流电缆XLPE绝缘材料的电导特性方程,利用COMSOL Multiphysics软件通过电场和热场耦合仿真计算了电缆在不同负荷下的电场分布。研究表明,在电场强度较低和较高时,进口高压直流电缆XLPE绝缘材料的电导率随温度变化明显,电场强度变化几乎不对其产生影响;在某一电场强度范围内,温度和电场强度的改变均会使XLPE的电导率发生明显变化,该场强范围随温度而变化;所设计高压直流电缆在两种敷设环境下100%负荷时电场分布均匀;在电缆传输电流较大时,电缆XLPE绝缘内的温度梯度增大,电缆绝缘外表面处电场强度最大。基于有限元法的多物理场耦合仿真计算是研究XLPE绝缘高压直流电缆电场分布的有效手段。     

交联聚乙烯与浸渍纸绝缘直流电缆接头电场分布

针对交联聚乙烯(XLPE)绝缘直流电缆与粘性浸渍纸(MI)绝缘直流电缆相连接头提出了新的绕包式绝缘结构,为了验证该结构的可靠性,应用仿真软件计算了该接头的电场分布。仿真结果发现,当采用增绕绝缘方式制造直流电缆的相连接头时,选取电导率略高于工厂绝缘电导率的绝缘材料作为增绕绝缘材料,可明显改善应力锥根部的电场分布,接头中的场强分布较为合理;反极性脉冲电压作用时,由于反向冲击电压形成的电场强度的方向与之前的直流电压形成的稳态电场方向相反,因此,聚四氟乙烯(PTFE)做增绕材料相较于MI的场强畸变程度降低。最高工作温度下接头中的电场分布计算结果表明聚四氟乙烯适宜做增绕绝缘材料,应用该增绕材料制备的接头最终通过了型式试验。     

空间电荷效应对直流电缆及附件绝缘界面电场分布的影响

电缆与附件(终端或接头)的绝缘界面一般为绝缘的薄弱环节,直流电压协同温度梯度效应将导致其界面间的空间电荷量增多。为此,基于直流电缆运行中的温度梯度效应,通过测量直流工作电场下硅橡胶(SR)/交联聚乙烯(XLPE)双层介质界面的空间电荷特性,建立了电缆接头套接电缆上的仿真模型,根据SR及XLPE的电阻率-温度特性及空间电荷测量结果,探讨了温度梯度场下空间电荷效应对直流电缆及附件界面电场的影响。研究发现:随着温度梯度(温差)的增加,电缆与附件界面的积聚电荷量增大。温度梯度效应有助于增加电缆与附件界面应力锥侧的电场强度;存在空间电荷效应时,温度梯度场下电缆与附件界面应力锥侧的电场强度略有减小,同时高压屏蔽管侧的电场强度略有增加。     

外加电压及绝缘温差对XLPE直流电缆电场分布的影响

为了明确交联聚乙烯绝缘直流电缆电场随外加电压和绝缘温差的分布规律,基于有限元仿真分析方法,对±500 kV交联聚乙烯绝缘直流海缆进行了不同外加电压和绝缘温差下的电场分布研究,并与拉普拉斯场强计算方法进行对比.结果表明,通过拉普拉斯场强计算方法得到的直流电缆绝缘场强呈稳定分布,而有限元仿真情况下可见随着绝缘温差升高直流电...     

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。     

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。     

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。     

高压直流电缆电场分布的简化计算方法

应用绝缘层中点电场强度近似等于平均场强的概念,对高压直流电缆的电场进行了近似计算。对钢管充油电缆提出一种迭代设计程序,给出了程序框图及计算实例。计算结果与严密解(数值解)十分符合。     

直流电缆绝缘设计

直流电力系统的发展滞后于交流电力系统 ,尤其是高压直流电力电缆的研制远远滞后于交流电缆。目前直流电缆设计方面的介绍较少 ,以致不少人误认为直流电缆的设计与交流电缆设计一样。为此 ,从直流电缆的电场分布特性、绝缘特性以及绝缘材料的选取等方面阐述了影响直流电缆绝缘设计的一些关键因素 ,包括直流电缆绝缘的电阻系数与温度的特性关系、绝缘中空间电荷的影响以及绝缘材料的选取等问题 ,有助于消除误解 ,同时为成功设计直流电缆提供参考。     

硅橡胶电导特性对XLPE绝缘高压直流电缆中间接头内电场分布的影响

为改善交联聚乙烯（XLPE）绝缘高压直流电缆中间接头内的电场分布,通过添加纳米填料制备了用于制作电缆接头应力控制体的非线性硅橡胶复合材料。建立了高压直流电缆接头仿真模型,测试了各绝缘材料的电导特性,计算了电缆接头内的电场分布。研究结果表明,70 ℃时在各场强下未改性硅橡胶的电导率都小于高压直流电缆XLPE绝缘,故电缆接头内的最高场强点位于硅橡胶增强绝缘内,且最大场强远大于电缆本体绝缘的平均场强;以非线性硅橡胶做应力控制体增强绝缘时,超过一定场强后增强绝缘的电导率明显大于XLPE绝缘,保证了电缆接头内最高场强点永远位于XLPE绝缘内,且接近于平均场强。     

交/直流电缆电场对绝缘及运行特性的影响

以交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆为例,分析了绝缘介质微观结构对载流子在不同电场下运动规律的不同影响,讨论了交/直流电缆绝缘介质中的电场分配机制,在综合考虑微观载流子与陷阱的耦合机制中,进一步讨论了影响绝缘稳定性与电缆运行稳定性的主要因素。基于此,总结了交/直流电缆绝缘及其运行特性的主要区别,结果表明：电缆绝缘介质微观载流子在工频交流电场和稳恒电场下的不同响应,决定了交/直流电缆绝缘特性和运行特性的显著差异,空间电荷是影响直流电缆绝缘特性的主要因素,而局部放电是交流电缆绝缘老化的主要影响因素。该研究为交/直流电缆绝缘在结构设计中的不同技术考量以及电缆的运行维护等提供了理论依据。     

柔性直流电缆绝缘料及电缆结构设计

重点探讨了柔性直流电缆绝缘料及电缆的结构设计。分析指出,空间电荷问题是柔性直流电缆绝缘急需解决的难题,电缆绝缘空间电荷测量装置的研制及空间电荷陷阱能量分布的测量均有助于空间电荷问题的研究。添加纳米填料抑制交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘中空间电荷时,可以通过表面物理或化学修饰等改性手段解决纳米粒子与XLPE的相容性问题。文中指出,柔性直流XLPE电缆绝缘中电场分布与体积电阻率呈正比分布,而电阻率取决于温度和场强。由于受到空间电荷的影响,运行中柔性直流电缆经受的反极性冲击电压是电缆绝缘的关键因素。最后,提出了开发高载流90℃工作温度绝缘料,并设计出绿色环保的高压、超高压陆地和海底电缆结构。     

高压直流系统电缆接头中空间电荷与电场分布的仿真计算

电缆接头复杂的结构与界面情况,使其成为电缆系统中的薄弱点,需要重点研究.但是由于空间电荷测量方法的局限性,只能获得简单结构(例如薄膜或同轴电缆试样)的空间电荷分布,而复杂绝缘结构中的空间电荷分布无法直接测量.利用COMSOL仿真软件,基于双极性载流子输运模型,建立三维电缆接头仿真模型,对其空间电荷与电场分布进行了仿真计...     

高压直流电缆接头稳态与暂态电场分布特征

为探索高压直流电缆接头内部电场分布规律,特别是增强绝缘非线性特征对电缆接头内部电场分布的影响,在制备纳米硅橡胶复合材料基础上,借助有限元仿真研究了高压直流电缆接头内部电场分布特征。通过对不同温度梯度、施加电压、极性反转时间及增强绝缘电导特征等因素下电场分布特征的研究,得出如下结论:电场强度最大值位置随温度梯度与施加电压的变化在应力锥根部与导体屏蔽管端部间转移。应力锥根部电场强度受接头绝缘材料热活化能、非线性相关系数的调控效应显著。在极性反转过程中,电缆绝缘与导体屏蔽管端部电场强度最大值与极性反转时间近似为指数函数关系;然而,应力锥根部电场强度最大值不受影响。在正极性雷电脉冲下,应力锥根部电场强度最大值随热活化能的减小或非线性相关系数的增大而减小;在负极性雷电脉冲作用下,应力锥根部电场强度最大值随热活化能的减小或非线性相关系数的增大而增加。     

绝缘料电阻率对直流电缆电场分布影响及其调控

直流电缆在运行过程中,由于绝缘层中温度梯度的存在和绝缘料电阻率负温度系数特性会造成绝缘层中电场分布反转,从而增加直流电缆绝缘结构设计的困难。基于100 k V直流电缆结构参数并结合理论推导,采用仿真模拟分析了绝缘层温差、绝缘料电阻率温度系数和电场强度系数对直流电缆电场分布的影响。提出了基于纳米复合技术的直流电缆绝缘料电阻率温度系数调控方法。结果表明,降低绝缘料电阻率温度系数能够有效抑制直流电缆绝缘层中的电场分布反转,并降低直流电缆正常运行时的最大场强;通过纳米复合技术在纳米颗粒与绝缘基体的界面区引入深陷阱能有效抑制高温下绝缘料电阻率的下降,从而降低其电阻率温度系数。     

直流电缆的冲击绝缘水平

本文综述了国外对直流电缆冲击绝缘水平选取的几种主要观点,对存在反极性直流电压对直流电境冲击放流电压的影响进行了试验研究,并对有关直流电缆冲击绝缘水平选取的某具体问题提出了意见。     

用计算机研究高压直流电缆内电场的分布规律

<正> 本文以研究稳态条件下100千伏高压直流交联聚乙烯电缆的电场分布为例,设计了一个计算机的程序,计算结果可以达到任何需要的精度。所列出的程序也适用于其它种类直流电缆的电场计算,并可推广应用到暂态条件以及变负荷条件下的电场计算,或作为设计直流电缆之用。     

高压绝缘的电场分布计算

前言进行高压绝缘设计时,确定系统的电场分布是一项重要的工作。它可以通过电解槽等许多模拟或实验的方法求得,也可以用理论方法进行计算。近几年来,国外重视研究采用数学计算解决实际电场问题的方法,其中较普遍采用的是网格法,即用有