高寒环境下低温对乙丙橡胶电缆终端界面放电特性的影响

乙丙橡胶(EPR)电缆作为高铁列车中应用最为广泛的电缆类型,其终端在高寒环境下接连出现多起击穿事故。为研究高寒环境下低温条件对EPR电缆终端击穿过程及界面间放电特性的影响,以实际运行中EPR电缆终端为试验样品,建立能够模拟最低温度可达-50℃的高压低温试验系统,对比研究20～-40℃范围内终端绝缘的局部放电特性及材料性质变化。结果表明:高寒环境下,EPR绝缘层和应力控制管(SCT)的弹性模量与自由空间体积等性质的差异,导致二者间易出现结构性缺陷,诱使终端内部局部放电现象的出现;低温条件下局部放电的起始电压和熄灭电压与常温相比均降低40%以上,击穿概率显著增大,放电图谱有明显的形状特征改变。经试验验证得出:高压低温条件下终端内部EPR/SCT界面间很容易出现结构不匹配现象,导致放电产生,严重威胁EPR电缆终端的安全稳定运行。     

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。     

基于振荡波局部放电检测的电力电缆绝缘老化状态评价与故障定位

随着我国社会发展进步,电缆线路的铺设速度愈发加快.交联聚乙烯电缆凭借其优良的运行性能,在国内广泛铺设,但囿于复杂的运行环境,电缆常因此受到不同程度的绝缘老化.目前,在高压交联电缆线路现场试验和状态检测中,阻尼振荡波电压下的局部放电实验还未有重大突破,缺乏相关的实验数据.文中介绍了振荡波局部放电实验的原理及其实验装置,并对通过对比分析三条绝缘老化程度差异明显、在电缆接头与终端分别出现绝缘缺陷的电力电缆,得到了绝缘老化程度与电缆局部放电参数(放电起始电压、放电电量等)之间的相对关系.凭借局部放电定位的手段,进行了电缆绝缘老化故障的位置分析,并证明了阻尼振荡波电压下的局部放电实验的优良性与适用性.     

高压电缆终端局部放电超声信号传输特性仿真分析

高压电缆终端的绝缘可靠性直接关系着城市输电网络的稳定运行。常用超声检测法开展高压电缆终端局部放电检测以及绝缘性能评估。在运的高压电缆终端一般有充油式和干式两种类型，目前缺乏对局部放电超声信号在两种类型的终端中传播特性的对比研究。因此文中首先从基本结构和材料特性上阐述了充油和干式电缆终端的区别。随后采用电—力—声类比方法说明电缆终端中局部放电产生超声信号的机理。利用有限元方法建立充油终端和干式终端的仿真模型，在不同位置施加不同频率的超声信号，获取超声信号在不同介质中的传播规律及分布特性，并通过法兰处的压力评估不同位置以及不同频率的超声信号对高压电缆局部放电检测的影响。     

导电杂质影响下35kV电缆终端绝缘特性研究

在现场安装过程中,35 kV电缆终端易混入导电颗粒、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的绝缘特性,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,建立电缆终端缺陷模型,探究在运行电压下含导电杂质的电缆终端内部的电场分布情况。然后根据仿真结果与实际情况,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对电缆终端样品进行局部放电测试。结果表明:导电杂质的引入会增大电缆终端内部的电场畸变,当应控管和尾部胶的连接处引入导电杂质时,电场畸变最严重,电场强度最大值达到18.7 MV/m,接近乙丙橡胶的击穿强度,局部放电活动最剧烈,最大放电量达到350 pC,严重降低了35 kV电缆终端的电气绝缘性能。     

热老化对车载高压电缆终端应力控制管/EPDM复合层间界面放电特性的影响研究

车载高压电缆终端应力控制管(以下简称“应力管”)与乙丙橡胶(EPDM)所组成的复合层间界面间频繁发生放电现象,是造成终端绝缘击穿故障的常见部位,而应力管热老化特性变化又是影响其放电发展过程的关键因素之一。为探究应力管热老化特性对复合层间界面放电特性的影响规律,依据车载高压电缆终端特殊的绝缘结构及实际运行工况,分别在热老化温度为100℃、125℃和140℃三种老化环境下设计了应力管人工加速热老化试验,通过自制了老化应力管试样/EPDM复合层间界面模型和强极性针-板电极模型,搭建复合层间界面闪络试验平台,探明了不同老化条件下应力管试样对复合层间界面起始放电电压和闪络电压的影响规律;建立了应力管表面电荷输运模型,从微观层面探明并揭示了不同老化条件下应力管表面的载流子电导率、迁移速率的变化对复合层间界面模型放电特性的影响机理。通过以上研究,间接揭示了实际电缆终端复合层间界面的放电发展过程及演变规律。     

硅凝胶改善XLPE/SIR界面绝缘特性的研究

电缆附件界面涂覆硅脂存在溶胀效应,本研究采用一种硅凝胶作为界面涂覆料,通过测量XLPE/SIR界面试样的局部放电起始电压与界面击穿电压,对比硅脂与硅凝胶对XLPE/SIR界面填充效果的影响;通过拉伸试验与溶胀试验对比硅脂与硅凝胶对硅橡胶材料性能的影响;同时利用3D光学轮廓仪观测得到的数据对界面空腔尺寸进行估算,使用COMSOL仿真不同涂覆条件下的界面电场分布。结果表明:老化前,硅凝胶与硅脂均能提高XLPE/SIR界面的击穿电压和局部放电起始电压;老化后,涂覆硅脂试样的界面击穿电压与局部放电起始电压均大幅下降,而涂覆硅凝胶试样的界面击穿电压与局部放电起始电压不变。硅脂因溶胀作用导致硅橡胶的力学性能下降,而硅凝胶对硅橡胶材料性能无影响。硅凝胶由于其良好的电气绝缘性能并且在老化后不会轻易流失,作为界面涂覆料的性能优于硅脂。     

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。     

温度对车载高压电缆终端局部放电特性的影响研究

电缆终端作为高速列车的一个重要设备,在接触网与列车之间的能量传递中起着重要作用。然而由电缆终端界面缺陷引起的局部放电,严重影响着电缆终端的绝缘性能与列车的行车安全。通过实验的方法,制作了含有不同长度气隙的电缆终端试验品,并在27.5 kV的电压条件下进行了实验,探究了不同缺陷长度的电缆终端在不同环境温度下的局部放电特性。结果表明,相同气隙长度的电缆终端在27.5 kV的电压条件下,其局部放电量随着环境温度呈现出先上升后下降的趋势。根据这一特性可以知道在一定的电压等级之下,电缆终端的放电量主要受温度影响,当超过某一温度后,由于温升导致的电缆终端内部压力变化成为影响局部放电量的主要因素,并且随着气隙长度的增加,同一温度下的局部放电起始电压呈现增加的趋势。     

电缆线路中间接头绝缘缺陷电场仿真与放电小室局放检测研究

高压电缆作为输送电能的优选设备而被广泛应用,但其长期处于高压环境下,将会导致故障的发生。电缆接头是电缆中最为薄弱的环节,由于其制造过程的不严谨和长期运行与高压环境,将会产生诸多绝缘缺陷,导致局部放电。缺陷会导致内部场强的增加和温度的升高,将严重影响电缆的正常工作,甚至导致绝缘击穿引发巨大故障。为预防绝缘缺陷引起的故障,对电缆进行气隙,杂质和受潮3种典型的绝缘缺陷进行仿真分析,通过对比来得出不同缺陷对电场强度和电压的影响,接着对中间接头的典型绝缘缺陷进行了局部放电检测,结果显示即使微小的缺陷也会引起场强和电压的突变,从而导致绝缘劣化。     

高压交联聚乙烯电缆附件典型缺陷局部放电特性分析

为研究高压交联聚乙烯电缆附件存在缺陷时的局部放电现象,制作了接头与电缆界面存在气隙、本体外屏蔽层存在导电尖端、接头内表面划伤、接头外表面破损、终端应力锥错位及终端内部存在导电微粒6种典型缺陷模型,分别对其进行了高频局部放电带电检测,对比分析了放电起始电压与PRPD(局部放电相位分离)谱图。结果表明,各典型缺陷模型的放电起始电压、放电量特性等均存在明显区别,为局部放电模式识别研究提供参考。     

110 kV交联聚乙烯电缆终端悬浮电位缺陷试验

为研究应力锥顶部台阶处附着的金属片对电缆终端电场畸变程度的影响,基于电场分析探讨了终端悬浮电位缺陷的局部放电发展过程。首先,建立了静电场下电缆终端悬浮电位缺陷的有限元仿真模型,进行了相关的电场理论计算,结合不同缺陷长度对电场畸变程度的影响,分析了沿径向方向电场强度最大值的分布规律;其次,构建了110 kV电缆终端悬浮电位缺陷物理模型,建立了电缆终端局部放电试验平台,获取了悬浮电位缺陷放电信息;最后,根据放电特性划分局部放电发展阶段,分析了各阶段局部放电相位谱图特征,阐述了终端悬浮缺陷局部放电发展过程。结果表明:缺陷部分最大电场强度出现在电缆本体XLPE、金属片、应力锥的交界处,金属片缺陷的长度与电场的畸变程度成正比例关系,且最大场强值已超过设计控制值。通过试验表明悬浮电位缺陷导致电场发生严重畸变,从而引发明显的局部放电现象,且不同电压下的局部放电相位谱图具有明显特征,为电缆终端局部放电模式识别提供了缺陷样本数据。     

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。     

不同形式电压下高压直流电缆试验终端电场与空间电荷分布计算

试验终端是高压直流电缆电气性能试验的重要组成部分,该文基于交流电缆水终端建立了直流电缆水油终端模型,并得到了直流电场下的电场和电荷分布.为研究不同形式电压下高压直流水油终端中电场强度及其电荷密度分布,首先建立了水油终端电场-空间电荷仿真模型,该模型考虑了空间电荷的注入以及空间电荷和电场的相互作用;接着将仿真结果与试验进行对比,以验证模型的正确性;随后,基于该仿真模型分析了直流电压及6种不同形式冲击电压下水油终端的电场强度、电荷密度分布规律,并与GB/T 31489.1规定的6种冲击电压下水油界面处的场强与电荷密度进行比较.结果 表明,雷电冲击电压在水油界面上产生的场强幅值最大,超过了水的击穿场强.因此水油终端不适用于雷电冲击试验.论文研究可为高压直流试验终端的研发提供参考.     

聚四氟乙烯膜硅油复合绝缘优良局放特性探讨

涂有硅油的聚四氟乙烯(PTFE)薄膜复合绝缘是用于制造干式穿墙套管、电流互感器、电缆终端头等高压电器绝缘芯体的一种新型绝缘结构。首先对采用该结构的新产品在1 008 h的热负荷循环试验前后及现场试运行前后的局部放电量进行数据对比,和解剖运行4年后新产品,发现这种组合绝缘结构具有非常好的局部放电特性(特有的放电自衰特性)且耐电晕性好。其次,多个有油、无油小样品在局放起始电压、熄灭电压、自衰现象方面的实验室对比模拟试验,也证实了涂有硅油的聚四氟乙烯(PTFE)薄膜复合绝缘具有较高的局部放电起始电压和熄灭电压,并具有较强的耐电晕性和鲜为人知的局放自衰特性。还对上述特性作了一些机理上的探讨。     

110kV电缆振荡波局部放电模拟试验分析

为验证110 kV高压电缆振荡波局部放电试验技术检测电缆绝缘潜在性缺陷的有效性,以及积累该项试验技术现场应用经验,在高压大厅进行了110 kV电缆终端及中间接头放电仿真模型局部放电振荡波模拟试验,并进行该项技术对试验电缆破坏性的比对研究。试验表明高压电缆振荡波局部放电试验技术可检测并定位电缆终端较明显的局部放电缺陷,但对于半导电尖端较小的模拟缺陷,则无法检测到局部放电。     

?40℃条件下油纸绝缘沿面局部放电特性及击穿特性

为研究寒冷条件下油纸绝缘的沿面放电特性,建立了能够模拟最低温度为?50℃的高压低温试验系统,采用具有强平行电场分量的沿面电场模型,对比研究了?40℃及40℃条件下油纸绝缘的局部放电特性及击穿特性。研究结果表明:?40℃下局部放电的起始电压和熄灭电压分别比40℃下时高约18%及12%;局部放电发展过程可划分为3个阶段,?40℃下每阶段的平均放电量均小于40℃下的平均放电量,?40℃下局部放电图谱有明显的非对称特征;?40℃下的击穿电压比40℃下低约16%,首次引入水活度的概念对击穿电压下降的现象进行了机制解释,认为降温过程中变压器油游离水会析出形成微小冰粒,这部分冰粒积聚在纸板表面加剧了电场畸变,从而导致了击穿电压下降。最后,根据试验结果给出了特高压变压器的低温绝缘设计及试验检测的建议。研究结果有助于进一步理解低温下油纸绝缘的放电机制。     

温度对交联聚乙烯电缆尖刺缺陷局部放电特性的影响

文中采用YJV22-8.7/10-3×240mm2XLPE电缆,制作了尖刺缺陷局部放电模型,利用脉冲电流法研究了电缆尖刺缺陷在环境温度为50、70、90℃下的局部放电特性.结果表明,尖刺缺陷放电模型的局部放电起始电压在温度升高时呈下降趋势;缺陷处电缆绝缘横截面切片显示针尖附近出现电树枝,温度升高导致自由基反应加剧,从而...     

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。     

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...