交流500kV交联聚乙烯海缆绝缘材料的步进工频击穿特性及寿命模型

世界首条500 kV交联聚乙烯(XLPE)海缆已于2018年底在舟山敷设完成。为了研究500 kV XLPE海缆绝缘材料的绝缘与老化特性,对交流500 kV XLPE海缆绝缘材料进行不同温度下的短时工频击穿试验和步进应力工频击穿试验,并运用反幂模型对该材料在电-热应力下的寿命进行计算。结果表明:该500 k V XLPE海缆绝缘材料的短时工频击穿强度在25～85℃内呈现先上升后下降的趋势,工频击穿强度显著下降的阈值温度在70℃左右;相同温度下,步进应力下的工频击穿强度随加压时间步长上升而下降;相同加压时间步长下,步进应力下的工频击穿强度和耐压时间均随温度升高先增大后减小;寿命指数n和常数C随温度的升高也呈现先上升后下降的趋势。最后提出了基于反幂模型的该交流500 kV XLPE海缆材料的寿命计算公式,可为该材料类型海缆的寿命计算以及采用该材料进行电缆结构设计提供参考。     

66 kV抗水树XLPE绝缘轻型海底电缆研制

介绍一种额定电压66 kV抗水树XLPE绝缘轻型海底电缆的研制方法。通过对模型电缆进行工频电压和雷电冲击电压击穿性能测试,按照CIGRE TB 722:2018规范对研制样品进行500 Hz/3000 h、50 Hz/8750 h、50 Hz/17500 h 3种湿式绝缘质量鉴定试验,按照CIGRE TB 490:2012和CIGRE TB 623:2015规范对研制产品进行型式试验,试验结果完全满足设计规范要求。在未来的深远海、大功率海上风机互联阵列海缆选型中,66 kV抗水树XLPE绝缘轻型海底电缆可以完美替代35 kV XLPE绝缘海底电缆。     

±400kV高压直流电缆绝缘厚度设计与验证

本研究以±400 kV高压直流模型电缆为研究对象,开展了直流耐压试验和冲击耐压试验,获取模型电缆在最高运行温度下的直流击穿电压和冲击击穿电压,求解其在直流击穿电压和冲击击穿电压下的电场分布;基于平均场强法和最大场强法分别设计±400 kV高压直流电缆绝缘厚度,并计算了直流电压和冲击电压下绝缘层电场分布;通过对比±400 kV高压直流电缆和模型电缆的电场分布,最终得出了±400 kV直流电缆绝缘厚度.结果表明:采用平均场强法进行高压直流电缆绝缘厚度设计时,绝缘厚度取决于冲击电压;而采用最大场强法进行绝缘厚度设计时,绝缘厚度取决于直流电压.     

66kV海上风电场用三芯 XLPE绝缘海底电缆设计方案的可行性分析

文章从海缆的结构设计、成本、立项研发及测试等方面进行分析,提出了在沿海风电场采用66kV 交联聚乙烯 (XLPE)绝缘光纤复合海底电缆集电传输的方案,该方案可以满足单个风机容量不断增大、降低集电线路经济 成本的要求.重点介绍66kV三芯大截面海缆导体、绝缘和径向阻水铅护层的设计,最后通过测试表明海缆各项性能都达到标准要求。     

交流500kV交联聚乙烯海缆制造工艺控制要点

为更好地指导交流500 kV XLPE海缆的制造,保障产品质量稳定性,结合世界上首个500 kV XLPE海缆工程,对交流500 kV XLPE海缆本体制造工艺控制要点进行了总结分析。结果表明:导体绞合、绝缘生产、大直径铅套连续挤出等是海缆本体制造的关键工艺;对于导体绞合,需从生产设备选择、导体表面状态控制、单丝直径及节径比控制等方面保证导体性能;对于绝缘生产,需从绝缘料的选用、偏心在线监测、绝缘除气等方面确保绝缘挤制过程中不出现影响绝缘强度的缺陷;对于大直径铅套连续挤出,可通过合理控制机头温度、实时监测铅套厚度等方面确保铅套的挤制质量。     

基于分布式光纤振动传感的海底电缆绝缘击穿故障检测

为了研究分布式光纤振动传感技术检测海底电缆绝缘击穿的可行性,进行了绝缘击穿实体试验。搭建了绝缘击穿实体试验系统,利用高压脉冲对具有绝缘缺陷的海缆进行冲击;利用分布式光纤振动传感测量设备实时监测缆体沿线的振动信号,利用时空谱图直观展示了击穿故障前后的信号变化,并对击穿点的振动信号进行了时频分析。结果表明,海缆绝缘击穿时会产生强烈的振动,该振动信号的频率成分分布于0~1 000 Hz范围内,分布式光纤振动传感可有效实现海缆绝缘击穿故障的检测和定位。     

交流500 kV交联聚乙烯海缆研制与工程应用的若干科学问题

舟山500 kV联网输变电工程是世界首个交流500 kV XLPE(交联聚乙烯)海缆工程,交流500kV XLPE海缆研制与工程应用过程中,攻克了高场强工厂接头研制、大截面海缆应力释放等诸多技术难题。结合工程技术难题攻关,重点分析了500 kV XLPE海缆工厂接头及近接头海缆的绝缘性能、半导电层与绝缘层的电热匹配特性、海缆敷设大吨位缆盘应力分布特性及敷设系泊稳定控制等主要科学问题及其研究进展,以期为更高电压等级的XLPE海缆研制与工程应用提供参考。     

交流500 kV交联聚乙烯绝缘海缆设计关键问题

为实现世界首条500 kV交联聚乙烯海缆的研制,对海缆交流电阻设计、绝缘缓冲层的选择、软接头电场设计等关键问题进行了分析,分析结果表明:海缆敷设后各相距离较远,临近效应对海缆交流电阻的影响可以忽略;通过绝缘线芯的热膨胀试验可以确定绝缘缓冲层的厚度;控制软接头恢复绝缘与本体绝缘之间交界面电场是对海缆软接头进行电场设计的关键;基于海缆金属护套、铠装层上的感应电压计算是进行确定中间接地位置的重要基础。     

高压XLPE电缆的可靠性

高压XLPE电缆的可靠性与电缆的合理设计、制造工艺、施工和运行水平直接有关。众所周知,电缆的工作场强不仅决定其绝缘厚度,而且又主要决定XLPE电缆的寿命。随着XLPE电缆向高压化发展,电缆绝缘的工作场强亦就越来越高,例如,35kV及以下XLPE电缆的最大设计场强一般为3～4kV/mm,66～77kV电缆为6～7kV/mm,110～154kV电缆为7～8kV/mm,220～275kV电缆为9～     

大长度500kV XLPE超高压海底电缆关键技术研究

大长度超高压500 kV XLPE绝缘交流海底电缆的生产工艺控制与220 kV及以下电压等级交流海缆有较大区别,着重介绍了500 kV超高压海底电缆的连续大长度绝缘挤出工艺、厚绝缘除气技术、铜丝铠装和试验验证等关键技术的研究。     

高压XLPE电缆绝缘厚度优化设计

近30年来电缆绝缘材料、半导电屏蔽材料的发展和电缆生产工艺的进步为高压交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘优化设计提供了基础。为了降低中国高压XLPE电缆生产和应用水平同国外先进水平的差距,对代表国内技术水平的电缆样品开展了逐级击穿试验和寿命指数试验,确定了110 k V和220 k V电缆样品的最小击穿强度和寿命指数,进而对高压XLPE电缆绝缘厚度进行优化设计,提出了110 k V和220 k V高压XLPE电缆优化后绝缘厚度分别为13.5 mm和21.0 mm。对绝缘厚度优化后的电缆进行了电场计算和型式试验,计算和试验结果表明优化后的电缆可靠性满足要求。     

冲击电压下160kV高压直流电缆绝缘材料击穿特性研究

为了研究士160 kV高压直流交联聚乙烯电缆绝缘料切片在标准雷电冲击电压和标准操作冲击电压下的击穿场强随温度的变化特性,设计了一套温度控制系统,试验温度控制在30~70℃,并采用三参数威布尔分布模型对试样的击穿场强进行统计分析。结果表明:温度对XLPE雷电冲击电压下的击穿特性影响较小,其击穿场强值随温度变化较小;高于40℃时,温度对操作冲击电压下的击穿场强有较大影响,其击穿场强随温度升高明显降低。在两种冲击电压下,大部分试样在冲击电压上升沿发生击穿,表明试样的击穿场强对电压变化率更为敏感。通过对XLPE的击穿原理分析,进一步阐述了陷阱和空间电荷是XLPE聚合物击穿的主要原因。     

交联聚乙烯绝缘海底电缆应用及试验监测技术评述

XLPE绝缘海底电缆拥有优良的电气、力学和耐热性能,是海缆技术发展的主流方向。本文回顾了国内外海缆工程的发展历程,综合分析了交、直流海缆的经济性和适用性;结合舟山-宁波500 k V海缆工程,介绍了交联聚乙烯(XLPE)绝缘海缆的本体及软接头技术特点;分析了海缆现场绝缘试验技术及在线监测技术的研究进展。XLPE海缆系统涵盖深广的理论与工程问题,未来仍需在绝缘结构设计、关键制造工艺、试验监测技术等领域开展系统的研究。     

基于电—热场耦合分析的高压大容量直流XLPE海缆绝缘结构研究北大核心CSCD

随着交联聚乙烯直流海缆向着高电压、大容量的方向发展,其在工程应用中也遇到了温度和电场两方面的挑战。文中结合±160 kV XLPE直流海缆建立了XLPE海缆的电场仿真模型和热路模型,对更高电压等级的XLPE直流海缆的结构特点进行了探讨。通过仿真发现,直流海缆绝缘层的厚度同时影响海缆的温度和场强分布,在对高电压、大容量海缆设计时需要综合考虑绝缘材料能承受的最大场强和最高温度,选取合适的绝缘层厚度。同时,通过仿真对比铜、铝导体电缆对电场、温度的影响发现,铜导体电缆运行温度较低,有利于电缆稳定运行,而铝导体海缆虽然体积更大,但其重量小,更有利于安装敷设。     

基于高压频域介电响应的交流500kV交联聚乙烯海缆绝缘老化状态检测与分析

开展海缆绝缘性能劣化状态检测与评估是保障其安全稳定运行的重要手段。该文搭建高压频域介电响应测量平台,基于此测试分析500kV交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)新海缆和电热老化海缆的高压频域介电响应特性变化规律,并结合Dissado-Hill QDC模型对海缆高压频域介电特性变化机制进行了分析。结果表明:与新海缆相比,电热老化海缆XLPE材料的晶面间距更大,簇间极化更强,这导致同等测量电压下电热老化海缆的电容和介损值更大,其频域介电曲线随测量电压升高呈现更为明显的分层现象;电热老化海缆的介质损耗标量变化幅度平均值较小,介质损耗标量变化幅度平均值可作为海缆老化状态的表征参量,该文结果为超高压海缆绝缘老化状态检测提供了借鉴。     

高压交联聚乙烯电缆绝缘径向的力学、电学、理化性能分析

对66 kV退役及加速热氧老化的电缆主绝缘分层导体屏蔽层一侧(内层)、绝缘屏蔽层一侧(外层)取样,利用电子万能拉伸机进行拉伸实验;采用X射线衍射仪、萃取法进行理化实验;采用耐压测试进行工频击穿实验。通过力学、电学、热学耦合仿真分析XLPE绝缘层径向老化性能。结果表明：XLPE材料内外层抗拉伸强度随老化周期的增加呈先增大后减小,断裂伸长率一直减小,XLPE绝缘内外层结晶度、击穿电压呈先增大后减小。     

交流500kV XLPE海缆绝缘材料在电-热联合应力下的工频击穿特性与寿命模型

为深入掌握交流500 kV交联聚乙烯(XLPE)海缆绝缘材料在电-热应力下的工频击穿特性并建立电-热联合寿命模型,本研究首先对500kV海缆主绝缘进行25、40、55、70℃步进应力下的电-热联合绝缘击穿试验,对电气强度和耐压时间进行Weibull统计分析,获得不同温度下等效电气强度和等效耐压时间的变化规律.然后,通过多元线性回归建立F-LLOU、SIMONI和CRINE模型并进行误差分析.最后,研究构建适用于该交流500 kV XLPE材料的E-T耦合参数模型.结果表明:在相同温度下,随着每级电压持续时间的增加,等效电气强度逐渐降低;在每级电压持续时间相同时,随着温度的升高,等效电气强度和电压持续时间均呈现先上升后下降的趋势.对电-热联合老化模型的分析表明,3种模型拟合误差较大,拟合优度不满足精度要求.本研究通过利用逐步回归计算电-热变量与寿命的显著性与相关性,获得改进的电-热联合老化寿命模型,误差分析显示改进模型具有较好的拟合精度.     

国内文摘与专利

<正>500kV海缆工厂接头绝缘恢复过渡区形成过程及电树枝特性/张振鹏,胡列翔,赵健康,等/高电压技术,2019(11)工厂接头是实现大长度海缆线路的关键技术,其中绝缘恢复工艺对工厂接头的绝缘介电性能及安全可靠运行起着重要的决定作用。首先利用流体仿真技术模拟了500kV交联聚乙烯(XLPE)海缆工厂接头绝缘注入形成过程;构建了     

海底交流电缆半导电屏蔽层/绝缘层性能对比研究北大核心CSCD

海底电缆输电在跨海域联网建设中发挥着重要作用。海缆电缆半导电屏蔽料的基本特性以及半导电层/绝缘层的电学、热学性能直接影响电缆的整体绝缘性能。文中从半导电料的基本理化性能出发,表征了海底电缆半导电屏蔽料的物理和化学性能,研究了半导电层/绝缘层的热学性能和击穿特性。导热系数分析表明,海缆半导电层由于含有大量CB颗粒,导热系数整体较高,约为绝缘层的两倍,随着温度升高,二者的导热系数均呈现缓慢增加趋势,半导电层导热系数由25℃的0.68 W/(m·K)增加到80℃的0.83 W/(m·K)。热膨胀特性分析表明:随着温度升高,海缆绝缘层的热膨胀系数比半导电层高出1.5倍左右,总体上两种材料受温度影响,形变不大,90℃时相对形变量分别为2.47%和1.28%。海缆击穿试验表明:随着温度的升高,海缆绝缘层的击穿场强逐渐降低,由25℃的125.2 kV/mm下降至90℃的92.5 kV/mm,相比绝缘层而言,海缆半导电层/绝缘层复合结构击穿场强下降幅度不大,说明二者具有较好的匹配性,尤其是在高温下保持了良好的击穿性能。该工作对于海底电缆绝缘性能提升和击穿故障分析具有重要的参考意义。     

交流XLPE电缆改为双极式直流运行的电压等级设计

对交流交联聚乙烯(XLPE)电缆配电线路进行直流改造后,确定合理的直流运行电压等级对改造后电缆的安全稳定运行及系统供电能力的提高具有重要意义。针对改为双极式直流运行的10kV和35kV交流配网中的典型XLPE电缆,通过有限元分析软件ANSYS对其在直流稳态工作电压及暂态冲击电压下的电场强度最大值及分布情况进行仿真分析。仿真结果表明,为避免空间电荷效应引起绝缘击穿,10kV和35kV交流XLPE电缆改为双极式直流运行后的电压等级分别取±10kV和±20kV为宜,可为相关工程提供一定参考。