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。     

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.     

高压电缆缓冲层烧蚀故障分析及预防

缓冲层烧蚀故障严重危害高压电缆的安全可靠运行.为进一步揭示缓冲层烧蚀机理,开展了高压电缆缓冲层烧蚀试验,研究了缓冲层受潮进水对烧蚀故障的影响.此外,利用铝板与几种常用带材组合成试验模型,验证了缓冲层烧蚀的其他诱因.结合国内现有研究成果,提出了高压电缆缓冲层及金属套的结构设计、生产过程控制等方面的改善建议.研究结果可为高...     

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。     

高压XLPE电缆阻水缓冲层电–热场分析及模拟烧蚀试验研究

近年来,高压交联聚乙烯波纹铝护套电缆中由于阻水缓冲层烧蚀引发的故障屡见不鲜,且烧蚀部位多集中于缓冲层与铝护套紧密接触位置。为充分了解烧蚀故障的成因机理,对故障检测与预防提供理论与数据支撑,该文首先通过电–热场耦合仿真,探究电缆中径向电流分布规律及由电流不均导致的缓冲层局部温升特性,并开展模拟烧蚀试验,观察干燥及受潮带材在电流作用下的不同烧蚀表现,推导缓冲层损伤机理。仿真结果表明,缓冲层与铝护套紧密接触位置存在电流集中现象,电流密度峰值随不接触长度增加而增大,可达1×103~mA/m~2以上,造成的局部温升也随之增加。在缓冲层受潮时温升更为显著,当接触不良长度达到1或2m时,温升可超过47℃及155℃。试验测得铝电极与缓冲层接触位置不同烧蚀状态对应的特征温度,烧蚀起始温度约为165℃。最终,通过缓冲带材耐热性能测试及与前述结果的对应性分析,有效验证了实际电缆线路中发生缓冲层局部热烧蚀的可能性,对于优化电缆结构、提高故障预防与检测能力,保障电网安全稳定运行具有重要意义。     

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     

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。     

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.     

一种高压电缆缓冲层烧蚀修复技术

为了解决高压电缆缓冲层烧蚀故障的问题,对高压电缆烧蚀状况进行了分析,并对研制的半导电修复液体进行了相关的验证,最终提出了一种高压电缆缓冲层烧蚀故障解决方案,即通过加注设备将半导电修复液体注入金属套和绝缘屏蔽层间的空隙,通过重新建立轴向的电气连接通道,抑制高压电缆烧蚀的发展,降低电缆烧蚀导致的故障率,延长电缆寿命。该解决方案在正常运行的110 kV电缆线路中进行了应用验证,经红外热成像扫描发现,电缆原有烧蚀发热点全部消失,且电缆已安全运行了5 040 h,达到了一定的修复效果,具有一定的参考价值。     

高压交联电缆缓冲层烧蚀缺陷检测方法研究北大核心CSCD

近年来,国内频繁出现高压输电电缆缓冲层烧蚀缺陷或故障,缓冲层烧蚀缺陷已成为影响输电电缆本体安全运行的重大问题,但目前电力部门对此类缺陷尚无较好的检测方法。文中在分析输电电缆缓冲层作用、类型及参数要求的基础上,对半导电阻水缓冲带和铜丝纤维编织布两种缓冲层结构进行了烧蚀缺陷的特征分析,并以两条故障电缆线路为研究对象,采用高次谐波法、宽频阻抗法、X射线检测法进行了检测方法的探索性试验研究。经研究分析,发现半导电阻水缓冲带和铜丝纤维编织布缓冲层结构的烧蚀缺陷虽表征现象相似,但引起烧蚀的原因不同。高次谐波法的现场实际检测结论没有针对性,难以指导生产应用;宽频阻抗法测试的阻抗波动重复性不佳,对局部缺陷点的定位效果不好;X射线成像技术对电缆缓冲层烧蚀缺陷具有一定的检测效果,但铜丝纤维编织布及铝护套等金属物质对烧蚀缺陷的灰度对比影响较大。     

高压电缆缓冲层烧蚀的成因分析

在近10年全国的电缆事故中已发现大量的缓冲层烧蚀问题，为探索烧蚀产生因素，文中基于压力的影响建立了数学模型，考虑水汽的渗入对模型的影响，并对多组产生缓冲层现象的电缆进行了分析。计算和仿真结果表明，电缆阻水带因电缆绝缘本体重力和电缆敷设过程中的外力影响，会在1 mm2接触点上产生3.75 A的集中电流，使得在阻水带和铝套接触处温度升高到176℃，而铝和聚丙烯酸钠在80℃时会发生反应生成氧化铝粉末，产生阻水带上的“白斑”；而绝缘屏蔽层上相同的电流长时间作用，则会引起绝缘屏蔽的老化。     

受力不均匀性对高压电缆缓冲层烧蚀故障发展过程的影响

外界压力是影响高压电缆缓冲层烧蚀故障发展的重要因素。实际电缆的敷设条件以及缆芯重力会造成缓冲层受力不均匀，然而该不均匀性对缓冲层烧蚀故障发展过程的影响目前尚不明确。本文搭建了缓冲层不均匀烧蚀模拟实验平台，分别研究了干燥与潮湿条件下局部受力不均对缓冲层烧蚀发展过程的影响。然后结合缓冲层的局部体积电导率变化、微观形貌特征以及烧蚀产物成分，分析了受力不均匀性对烧蚀故障发展过程的影响机理。结果表明：在干燥条件下，缓冲层的电流密度随烧蚀时间逐渐衰减，受力集中部位的电流密度衰减速率更快；而在潮湿条件下，缓冲层的电流密度在烧蚀初期先急剧增加，随后迅速下降，呈现出电流密度尖峰特征，受力集中部位的电流密度尖峰的峰值更大，且尖峰内电流密度的变化速率更快。分析认为，局部受力集中会增大缓冲层半导电纤维之间的有效接触面积，导致电流密度上升，加剧烧蚀过程。     

高压电缆半导电缓冲层新型评价方法探讨

近年来,由高压电缆半导电缓冲层烧蚀引起的电缆故障日益增多,对电缆缓冲层与金属套之间的电气接触性能的评价显得尤为重要.目前国内没有可以评价两者之间电气性能的方法,因此,提出了一种能够评估半导电缓冲层电气性能的测试方法,并搭建了相应的测试平台.评估不同状态电缆样品半导电缓冲层的接触性能,该方法能够对电缆半导电缓冲层电气性能...     

内置测温光纤导致的高压电缆本体故障解析

近年,国内交联聚乙烯高压电缆本体故障比例有所升高,主要原因之一是铝护套与外半导电层之间的缓冲层有白色粉末析出,导致接触电阻增大从而引起缓冲层烧蚀。结合连续两次发生的由内置测温光纤导致电缆本体故障的案例,通过电缆解体分析、光纤外皮绝缘检测和耐压同步局部放电等方式,发现外护套为绝缘材质的内置光纤将进一步加速白色粉末析出,产生悬浮电压导致电缆故障。建议采用局部放电在线检测、X光检测等方式开展疑似电缆的日常检测工作。     

高压XLPE电缆阻水缓冲层烧蚀机理研究现状

近年来高压电缆阻水缓冲层事故频发,已严重威胁到输电系统的安全性。本文对目前国内外缓冲层失效的相关研究现状进行综述,并提出可能的预防措施。首先,统计了近年来文献报道的电缆缓冲层烧蚀导致的失效事故,梳理了失效缓冲层存在的共同特征。然后,在介绍阻水缓冲层基本结构及作用的基础上,结合文献扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）及X射线衍射（XRD）实验结果对缓冲层中白斑现象进行解释,提出使用中性阻水粉可有效地抑制白斑的产生。根据缓冲层烧蚀的相关研究,将缓冲层烧蚀机理分为局部放电致烧蚀以及电流热效应致烧蚀,并讨论了研究中仿真建模存在的问题。最后,对现有缓冲层相关研究进行总结与展望,提出减小铝护套与缓冲层之间的空隙以及防止缓冲层受潮可有效减缓缓冲层的烧蚀,但如何实现需进一步研究。     

高压XLPE电缆缓冲层状态模糊综合评估方法北大核心CSCD

针对高压XLPE电缆缓冲层烧蚀故障频发,缓冲层烧蚀影响因素较多,难以准确评估在运电缆缓冲层状态的情况,提出了一种缓冲层状态模糊综合评估方法。根据缓冲层烧蚀故障机理及带材特性,建立状态评估因子及评估分级标准。在此基础上,采用改进层次分析方法确定评估因子的权重。采用模糊综合评价方法,计算缓冲层状态评估等级隶属度向量。根据最大隶属度原则确定最终评估结果。通过实例计算表明,该评估方法能够对缓冲层状态进行准确评估,有效降低人的主观因素影响,为制定在运高压XLPE电缆缓冲层状态运维管控措施提供了科学依据。     

铝护套结构对XLPE电缆绝缘屏蔽层悬浮电位影响

为研究电缆铝护套结构对绝缘屏蔽层悬浮电位以及缓冲层间电场强度的影响,优化电缆铝护套结构进而降低缓冲层烧蚀缺陷的严重程度,本文建立缓冲层分压模型以及Comsol仿真模型,分析在缓冲层白斑缺陷出现后,计算不同电缆铝护套结构下的绝缘屏蔽层悬浮电位以及缓冲层电场强度。仿真和理论分析结果表明铝护套最小内径φmin和铝护套波谷处曲率K与绝缘屏蔽层悬浮电位以及缓冲层间电场强度有如下关系：φmin和K越小,绝缘屏蔽层悬浮电位越小,缓冲层间电场强度降低,其中φmin的影响更明显;以本文缺陷电缆为例,仿真定量分析得出φmin和K优化后绝缘屏蔽层悬浮电位分别下降了30%、13.7%;缓冲层间电场强度分别下降了30.3%、13%。     

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.