动车组高压电缆需要局部放电测试

<正>动车组车顶高压电缆是整个列车供电系统中连接各个高压电气设备的最主要电力输送线路,它性能的好坏直接关系到动车组的正常运行。动车组车顶高压电缆的绝缘层内部可能会存在一些气泡或其他杂质,导致电缆绝缘材料的绝缘体各区域承受的电场不均匀,电缆运行过程中,在强电场作用下绝缘体内部产生局部放电现象,     

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。     

动车组车顶高压电缆金属护层感应电压仿真与分析

高速动车组高压电缆金属护层在各车体同车顶单端连接是引起动车组升弓瞬间车体浪涌过电压的重要原因。为了掌握现有连接方式下此感应电压的特点,文中以CRH2型车为例,利用PSCAD/EMTDC软件建立包括接触网电源、高压电缆、车体及接地系统的等效模型。仿真研究升弓瞬间高压电缆金属护层感应电压传播过程,探究电缆长度、接触网电源等值参数及其电压相位对感应电压的影响。结果表明:升弓时电缆芯线电压可达60～70 kV,振荡持续时间在0.2 ms左右,振荡频率一般在60～80 kHz;金属护层感应电压幅值在不同车体之间沿电缆向前传播过程中逐渐减小;金属护层与车顶之间的电压差受电缆长度、接触网电源等值参数及其电压相位的影响较大。以上研究结果对合理设计高压电缆金属护层连接方式具有指导意义。     

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。     

密闭环境下高压电缆终端硅油劣化特性

为研究密闭环境下高压电缆终端硅油中水分析出原因及其劣化后的性能参数，以填充于电缆终端内部的TR50绝缘硅油为研究对象，搭建了密闭环境的电、热老化试验平台，测试了不同老化状态下硅油的理化性能与电气性能。结果表明：电老化与热老化均能引起硅油的水分析出，90℃热老化与低能局部放电对硅油理化及电气性能的劣化影响较小，间歇火花放电及持续电弧放电对硅油理化及电气性能的劣化影响较大，其中击穿电压、介质损耗因数、体积电阻率和含水量的相关性较大，这些指标可有效表征硅油的劣化程度。     

动车组过分相的车体最佳接地技术分析

高速动车组车体接地系统是分相过电压的泄放通道,合理的接地技术能有效抑制车体过电压。针对此问题,划分并分析了动车组过车载自动电分相时的各暂态过程,构建了过分相时暂态过电压电流流向的框架。基于动车组车体的实际结构,利用Matlab/Simulink对8编组CRH2A型动车组过分相的其中2个暂态过程搭建了车-网耦合等效电路模型。仿真模型巧妙地将高速铁路过分相、车顶高压贯通电缆和车体接地系统结合在一起,通过仿真对比得到了接地技术对车体过电压的影响规律,结合正常工况下车体电流随车体接地技术的变化特征,就动车组过分相时的最佳接地技术提出了相应的建议。     

硅橡胶热老化特性及其对电缆附件运行可靠性的影响

电力电缆大力发展,使得新型硅橡胶绝缘材料由于其优良的机电热性能得以广泛应用在超高压电缆附件绝缘领域,但是绝缘故障时有发生,成为电缆输电线路的薄弱环节.本文提出材料老化特性是影响超高压电力电缆附件运行可靠性的重要因素,对硅橡胶材料电树老化性能进行了深入研究,研究温度对电树起始电压、形态的影响规律和电树随着时间的发展规律.研究显示硅橡胶电树起始电压随温度的升高明显下降,电树形态从树枝状、松枝状向丛状树枝过渡,表明硅橡胶绝缘材料在电缆运行温度范围内存在明显的热破坏特性,对硅橡胶电缆附件绝缘可靠性造成不利的影响,而较高温度的丛状电树的滞长特性则将成为电缆附件的长期性故障隐患.在特性研究的基础上,对比分析了温度对硅橡胶和聚乙烯电树老化性能的差异,认为当前硅橡胶电缆附件故障频发的主要原因之一是对硅橡胶老化特性缺乏了解,造成现有的常规结构设计上冗余不足.     

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。     

电缆热老化寿命的预测

利用热分析技术,对电缆绝缘材料的热老化寿命进行研究,得到电缆绝缘材料的热老化寿命的计算公式。在不同载流量下,对电缆绝缘材料热老化寿命进行了比较,给出了电缆热老化寿命与载流量的函数关系,为电流致热型线缆火灾的预防提供了基础数据。     

高温高气压下XLPE电缆电树枝生长规律及局放特性

交联聚乙烯(XLPE)绝缘材料电热老化产生的气体会在电缆绝缘层产生局部高气压,为了研究不同温度下气压对电缆电树枝发展特性的影响,以XLPE短电缆为样品搭建试验系统,研究了不同温度下气压作用在绝缘层内壁时电缆电树枝的生长规律及其局部放电特性。分析实验结果可知:低温下XLPE处于玻璃态,局放初期材料保持了良好的机械性能,气压的升高对局放引发和生长初期无影响。局放后期,剧增的局部放电使插针区域软化,在气压作用下产生形变,电树枝沿应力集中区迅猛发展;高温下XLPE处于高弹态,自由体积分数增加,气压越高绝缘材料受到的轴向拉力越大,材料电气性能下降越明显,电树枝越易引发。高温高气压下XLPE电缆的绝缘性能下降明显,电缆稳定运行受到严重威胁。     

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。     

电荷陷阱对XLPE绝缘电老化特性的影响

交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)由于良好的电气性能而常被用作高压直流电缆的绝缘材料,但其内部缺陷形成的电荷陷阱会导致空间电荷积聚,从而加速绝缘材料的电老化。文中基于电荷陷阱对XLPE电缆绝缘电老化的影响,研究了电荷陷阱在XLPE电缆绝缘电老化过程的作用机理,并运用自由能增量理论定量地分析了电荷陷阱对电老化的影响。将电缆样品进行热老化预处理,得到具有不同电荷陷阱参数的XLPE样品,对其进行空间电荷测试和步进应力实验,验证了空间电荷陷阱和电老化进程之间的关系。结果表明,在XLPE电老化过程中,浅陷阱密度与材料的电老化速率正相关,而深陷阱对电老化过程起抑制作用。     

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.     

动车组车顶避雷器温度分布测量及缺陷仿真研究

车顶避雷器是动车组牵引供电系统的重要保护设备.由于列车运行速度快、天气条件复杂且接触网过电压频发,车顶避雷器故障时有发生,影响铁路系统正常运行.该文搭建了动车组车顶避雷器荧光光纤温度测量系统,研究了避雷器在持续运行电压和操作冲击过电压2种工况下,不同位置氧化锌阀片的温度变化.建立了车顶避雷器有限元仿真模型,对避雷器开展...     

负荷变化对电缆终端局部放电行为的影响研究

负荷波动可能会影响电缆终端的局部放电(partial discharge,PD)行为,为了研究负荷对终端局部放电行为的影响,通过在35 k V电缆终端中设计典型气隙缺陷,利用终端电-热协同老化平台进行对比实验,分析了不同负荷下终端局部放电及热稳态时的温度分布特征。此外,建立了终端有限元模型,对不同负荷下缺陷处温度进行仿真计算,分析缺陷处温度与终端局部放电行为之间的关系。结果表明:不同负荷下终端局部放电幅值、放电次数及放电相位分布存在明显差异;线芯与终端表面温差随着负荷增长而增加;气隙缺陷处温度高于25℃时终端局部放电强度显著增强。结合不同负荷及环境温度下终端气隙缺陷处的温度仿真,根据终端的负荷情况及测试现场的环境温度可以预测终端局部放电测量的合适时机,有利于对绝缘状态的准确评估。     

加速水树老化对XLPE电力电缆绝缘性能的影响

交联聚乙烯(XLPE)因具有稳定的理化性能和良好的电气性能而被广泛应用于中高压电缆绝缘中,而电缆长期运行会导致其内部绝缘的化学成分和物理形态的变化。为此,通过加速水树老化实验研究了水树老化对10kV交联聚乙烯电缆绝缘材料理化性能和介电性能的影响。随着老化时间的延长,发现电缆的外层绝缘首先发生化学结构变化,结晶度和密度减小,试样内外层热失重温差增大,熔融温度点向低温偏移,并且发现在介电损耗谱的低频段出现了新的损耗峰。理化和介电两个方面的分析结果表明,老化首先发生在外层绝缘,在电应力和机械应力的作用下,绝缘内部出现微观缺陷,表现为微观结构的变化。提出加速水树老化的物理和化学过程,阐明了水树老化过程对电缆绝缘材料性能的影响机制。     

轧管1344线高压电缆终端套管异常发热机理初探

从高压电缆终端的绝缘结构、内部填充绝缘油的理化和色谱分析、电缆绝缘材料的微观扫描、红外光谱和热失重分析等方面分析了轧管 1344线高压电缆终端异常发热的机理 ,探索了绝缘油老化与套管局部过热的关联度 ,为宝钢高压电缆的剩余寿命评估提供了科学依据。     

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。