电力电缆热分布数值计算的应用研究

按照电力电缆的结构特点和运行热稳态特性,建立了三相电力电缆热分布的数值仿真模型,采用控制容积积分法对交联聚乙烯电缆内部热场进行计算,研究结果和所开发的计算仿真软件能够准确给出电缆截面的热分布图,对电缆绝缘设计和绝缘热击穿诊断是有价值的.     

基于冲击电压下电缆等效电阻值的绝缘状态评估新方法

为了评估电力电缆的绝缘状态,提出了冲击电压下电缆等效电阻值的计算和绝缘状态评估的新方法。将电力电缆简化为RC串并联等效电路,并分别模拟电力电缆各层及整体的电路参数。利用电磁场理论给出了电力电缆的等效电路参数的数学表达式,提出了冲击电压下计算电力电缆等效电阻值的方法,并理论推导出了冲击电压下电力电缆等效电阻的计算表达式,从而总结出了一种评估电缆绝缘状态的新方法。利用电力系统暂态仿真软件(Alternative Transients Program,ATP)和矩阵实验室(Matrix Laboratory,MATLAB)软件进行了电缆电阻的仿真和计算;仿真与计算结果表明,仿真设置的电阻值与理论计算的等效电阻值之间误差最大为0.4%,验证了电缆绝缘状态评估新方法的可靠性。     

基于交流耐压试验的电力电缆绝缘缺陷检测方法研究

提出一种基于交流耐压试验的电力电缆绝缘缺陷检测方法,该方法以升(降)压过程中的暂态电压、电流为信号源,构造与暂态电压、电流各次谐波相关的判别函数,计算出判别函数的极值分布和电缆绝缘总绝缘电阻的频率特性,实现了对电缆绝缘缺陷的诊断和交流耐压试验对电缆本身绝缘损伤程度的评估。该方法充分利用了电力电缆交流耐压试验的信息,提高了电力电缆交流耐压试验的效率,有助于电力电缆检测技术的发展。     

用接地线电流法进行电力电缆绝缘在线监测的仿真计算

为单相电力电缆接地电容电流、三相电力电缆接地不平衡电流建立了电缆的分布参数仿真模型,计算了电力电缆在运行条件下其接地电容电流、接地不平衡电流对电缆绝缘缺陷状况反映的有效性与灵敏性。仿真结果表明,在线监测得到的接地电容电流或接地不平衡电流与绝缘缺陷有很高的正相关性,并且灵敏性较高,其灵敏性与电缆负载、缺陷位置等有关,三相电力电缆接地不平衡电流反映缺陷的灵敏度要明显高于接地电容电流。开发的基于ATP的仿真模型及相应的Matlab分析软件可以作为一种良好的学习型软件,用以指导现场在线监测测量结果的分析及故障部位的确定。     

XLPE电缆交叉互联接线时的绝缘在线监测

XLPE电力电缆的交叉互联接线方式具有屏蔽层接地回路环流小、经济安全等优点,但因无法直接测得各段流经主绝缘的电流值的特征量而给绝缘在线监测带来了困难。为了研究电缆在交叉互联接线时的绝缘在线监测方法,介绍了电缆主绝缘各项参数的等值计算方法,并且对交叉互联接线的XLPE电力电缆的一个标准单元展开了分析,通过分析和计算其等值电路,说明了利用向量运算分析方法的理论依据,以及定量的分析了各处监测点的电流值。利用Matlab仿真可以检测到各处电流值和母线电压的向量值,计算出流过主绝缘电流向量值,然后计算出等值阻抗值、等值容抗值和介质损耗角正切值等绝缘参数,从而可以判断交叉互联电缆各段的绝缘状况。不同绝缘故障下电缆的仿真分析结果表明:无论是单相绝缘故障还是多项同时出现绝缘问题,向量运算分析方法均能准确判断各段的绝缘状况。采用此向量运算方法来判断各段电缆的绝缘状况可靠且可行,为绝缘在线监测提供了一种新方法。     

电缆护套绝缘带电检测方法的研究

电缆护套作为电力电缆的保护层,其性能的好坏直接影响着电缆的安全运行。根据电缆护套实际运行状态,结合电缆的结构,针对电力电缆护套绝缘设计了一套基于直流叠加原理的带电护套绝缘监测系统,利用仿真软件对其可行性进行了分析,在此基础上完成了对整个系统的设计。     

应用磁场分布特征提取的35 kV XLPE电缆劣化评估

35 kV交联聚乙烯电缆在配电网中得到了广泛应用,但在运行中热、机械、电等因素会引发电缆绝缘劣化.为提高电力电缆状态评估的可靠性,本文提出了一种基于磁场分布特征分析的电缆绝缘劣化评估方法.基于搭建的35 kV单芯交联聚乙烯电缆仿真计算模型,分析了主绝缘气隙和半导电层凸起缺陷时电缆磁场分布特征,建立了缺陷类型、大小、位置和劣化程度与磁场强度和磁场畸变特征的关系,利用磁场畸变特征检测电缆故障,提升了电缆故障检测的有效性和准确性.     

局部放电信号在交联聚乙烯高压电力电缆中的衰变及其检测

针对高压交联聚乙烯电力电缆独特的分层半导电绝缘以及复杂的金属屏蔽结构,采用阻抗分布参数加权比的传输线简化模型以及时域有限差分法对局部放电脉冲在电缆及接头中的衰减谱特性进行理论计算和电磁场仿真分析。设计和构建了电力电缆接头典型物理绝缘缺陷模型以及3种不同类型传感器组合的局部放电检测系统,开展了复杂的高压电力电缆接头分层结...     

不同频率谐波下单芯电缆温度场仿真分析

电力电缆的温度是保证其安全运行的重要参数之一,本文分析了现有电缆谐波温度场模型情况及其局限性,根据电力电缆线路产热和散热的特点,建立了电缆的电磁场-温度场耦合二维有限元分析模型。确定了电磁-热耦合场分析的边界条件,综合考虑电缆敷设方式及谐波情况下的集肤效应和邻近效应,求解得到了电缆内部电磁场分布。将得到的谐波焦耳热损耗作为热源耦合至热场模型进行计算,提出了一种多相电缆谐波温度场仿真模型,并仿真了不同频率谐波下电缆的温度分布情况。该研究可以为电力电缆线路的热分析和热老化寿命评估提供一定的参考。     

基于显著性检验法的XLPE电缆绝缘老化参量提取技术的研究

通过100℃下XLPE电缆绝缘的热老化实验,对其进行力学性能测试、热重分析、红外光谱测试,通过显著性检验,提取与断裂伸长率相关性大的参量,建立XLPE电力电缆绝缘老化预测模型。该模型可以有效表征电缆老化状态,用于指导实际电缆状态分析,并预测电缆绝缘的老化程度。     

热老化对交联聚乙烯电缆绝缘中水树的影响研究

热老化过程不但会影响交联聚乙烯电缆绝缘的电磁学和物理化学性能,还对绝缘内水树的产生与生长有着一定的影响。通过研究热老化过程对XLPE电缆绝缘中的水树现象的影响,以及在几个有可能的影响因素当中,哪个因素对水树现象的影响最大。实验结果表明,在与XLPE电缆绝缘的热老化有关的各种因素对水树现象的影响中,热氧化对XLPE电缆绝缘表层水树的产生和生长的影响最大。尽管热氧化所引起的缺陷有可能就是XLPE电缆绝缘中水树生长过程中的起始点,但是它在一定程度上抑制着水树的成长,甚至有着"水树延迟效果"的美称。     

柔性直流输电系统用直流交联聚乙烯绝缘电缆导体最高温度提高到90℃的可行性

以实际直流交联聚乙烯(DC XLPE)电缆工程设计示例,表明将柔性直流输电(VSC)系统用DC XLPE电缆的导体的最高运行温度提高到90℃,其技术经济效果显著。按DC XLPE电缆抑制空间电荷要求,阐明DC XLPE电缆绝缘的直流恒定电流电场中空间电荷密度与绝缘温度梯度和XLPE绝缘的体积电阻率的温度系数成正比而与导体最高温度不直接相关。通过合理的DC XLPE电缆工程设计和正确选用DC XLPE电缆,可以在提高DC XLPE电缆传输功率和减小绝缘温差抑制空间电荷方面取得优化结果。320 kV及以下XLPE电缆在导体最高温度90℃下运行,绝缘损耗远低于导体损耗,DC XLPE电缆发生热不稳定的可能性很低。对VSC系统用DC XLPE电缆导体运行温度提高到90℃的可行性表示肯定的意见,对实现目标提出具体的措施建议。     

热历史过程对XLPE电缆热历史温度的影响研究

文中采用差式量热扫描(DSC)法对实际服役的交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘的热历史过程进行研究,发现不同XLPE试样的DSC一次升温曲线存在着明显差异,具体表现为不同试样热历史峰的位置、大小及形状存在着较大差异,甚至有些试样观察不到热历史峰。为了研究上述差异产生的原因,对不同温度不同热老化时间的XLPE试样进行了DSC测试,当XLPE电缆绝缘所经历的热历史温度高于熔融温度时,DSC一次升温曲线上不会有热历史峰出现,此时DSC曲线的变化主要由热氧降解对XLPE晶体结构的破坏所引发。当XLPE电缆绝缘所经历的热历史温度低于熔融温度时,在DSC一次升温曲线上就会观察到热历史峰,XLPE电缆绝缘处于该热历史温度的时间越长,则热历史峰的面积越大,热历史峰的峰值温度越高,甚至有可能高于实际的热历史温度。     

基于材料导热系数的单芯高压电缆导体温度动态分析

电缆导体温度是电缆安全运行的重要参数,基于110 kV交联聚乙烯单芯电缆的稳态等效热路,运用节点法从理论上推导了稳态下电缆导体温度与各层结构材料的导热系数的关系式,利用归一化灵敏度原理分析了导体温度对电缆各层结构材料的导热系数改变的灵敏程度,并设计了阶跃电流温升试验。理论推导和分析试验数据得到:稳态时,电缆导体温度对各层结构材料导热系数的灵敏度与材料的导热系数成反比;稳态时电缆导体温度计算值对气隙层、绝缘层导热系数灵敏,而对垫层、外护套导热系数不灵敏。由此可为实现电缆导体温度和载流量的准确计算,如何准确选取电缆的物性参数提供参考。     

XLPE电缆绝缘老化临界时间现象及其动力学仿真

为深入探究交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆绝缘的老化特性,评判XLPE电缆绝缘的老化程度,文中对110kV XLPE电缆绝缘在135℃进行加速老化实验,采用拉伸试验表征XLPE断裂伸长率的变化规律,采用傅里叶变换红外光谱表征XLPE中羰基浓度与抗氧剂含量的变化规律。结果表明,XLPE电缆绝缘老化存在临界时间现象,即随着老化时间的增长,XLPE断裂伸长率由缓慢下降转变为快速下降,羰基浓度由缓慢增大转变为快速增大,临界时间均为2016h;而抗氧剂含量则随老化时间逐渐下降,不存在拐点。基于链式自由基理论,建立考虑抗氧剂反应过程的XLPE热老化动力学模型,进一步仿真计算XLPE电缆绝缘热老化过程中抗氧剂含量和羰基浓度的变化过程,仿真计算结果能够很好地吻合实验结果。研究结果表明抗氧剂含量可用于表征XLPE电缆绝缘的老化程度。     

交联聚乙烯电缆热老化与电树枝化相关性研究

热老化过程不但会影响交联聚乙烯（XLPE）电缆绝缘的物理化学性能,还对绝缘内电树的产生与生长有着一定的影响。研究了热老化后XLPE电缆绝缘中的电树行为．探讨XLPE电缆绝缘中电树枝过程与材料热老化的关系。采用带循环通风的热老化箱对XLPE电缆绝缘进行3个温度等级的热老化实验：采用针板结构电极进行电树枝实验,并利用数码显微镜观察电树枝的产生和发展情况;利用差示扫描量热法（DSC）、傅里叶红外光谱分析（FTIR）测试了不同温度热老化下XLPE电缆绝缘的物理化学性能;最后探讨了几种不同结构电树枝的生长机理．认为热老化并没有加速电树枝的生长．反而有一定的抑制作用．     

Aging of 154 kV underground power cable insulation under combined thermal and electrical stresses

This work the combined electrical and thermal stresses of the 154 kV XLPE power cable used in the underground power transmission in Turkey. The dependence of aging on electrical and thermal stresses is given by a straight line in a certain range of electric field (E) values which indicates that the aging is a thermochemical process. Furthermore, cable tests are conducted in oil, and the results are valid for immersed insulation but might not be completely representative of XLPE used in service in a "dry" environment. Therefore, each cable insulator has to be tested and the parameters must be determined for each cable separately.     

XLPE电缆线芯温度计算方法研究

为实时掌握交联聚乙烯(XLPE)配电电缆的运行状态及其载流量,对电缆线芯温度的计算方法进行了研究。针对配电电缆敷设距离较短的特点建立了单芯电缆集中参数稳态等效热路模型,并推导出线芯温度计算公式,通过实验验证了计算方法的有效性,同时对考虑暂态过程的电缆线芯温度计算方法进行了讨论,为电缆运行状态的在线监测提供参考。     

XLPE三芯电缆稳态并联热路模型及实验验证

交联聚乙烯材料的三芯电缆广泛应用于低压配电网中,但长期以来,关于电缆载流量计算的研究多集中于单芯电缆。考虑到三芯电缆与单芯电缆的结构差异,在IEC 60287标准计算的基础上,利用传热学知识,理论推导了三芯电缆并联结构的6层4节点稳态热路模型。采用形状因子法计算热阻参数,利用外表皮温度反推计算得到电缆各层温度。为了验证计算的准确性,设计了空气敷设和土壤敷设两种敷设方式下的升流实验,测量得到稳态时导体线芯、绝缘层、铠装层和外表皮温度,并与理论温度计算值进行了比较分析。分析结果表明,利用提出的热路模型进行三芯电缆载流量计算的误差在允许范围内,可应用于工程实际。     

高压电缆缓冲层的设计与工艺研究

高压与超高压交联电缆金属护套与电缆缆芯之间的缓冲层是电缆的重要组成部分,对电缆的机械、热性能具有重要的影响。为研究缓冲层对电缆性能的影响,分析了不同的阻水带的热阻特性与工艺特点,对国产两种同型号不同厂家的电缆进行了对比温升试验,最后讨论和分析了现在国内外高压交联电缆缓冲层的结构与工艺特点。研究表明,具有不同结构与材料的缓冲层,对电缆本体的热阻有显著影响,也对电缆载流量有着很大的影响。在此基础上,对国产电缆的缓冲层设计与工艺提出了一些建议。