110 kV电缆中间接头的合闸过电压仿真研究

近年来发生多起110 kV电缆中间接头在断路器合闸时爆炸的事故。为研究110 kV电缆接头在断路器合闸送电时的过电压特性,首先建立了电缆中间接头的RLC等效模型;然后在PSCAD软件中搭建含有中间接头的电缆线路模型,分析合闸相角、电缆长度、接头数量对接头过电压的影响,找出过电压最严重的接头;再利用Ansys软件仿真过电压情况最严重的接头内部电场分布。结果表明:B相线路60%～90%处的接头过电压最严重;合闸过程中接头屏蔽层的电压含有超过40 kHz的高频分量;过电压最严重的接头内部硅橡胶与交联聚乙烯界面场强最大值和高压屏蔽管端部场强最大值均比没有过电压时增加1倍,界面场强最大值超过了安全阈值;且断路器的不同期合闸使得接头承受多次过电压造成的复合界面和高压屏蔽管端部场强的突增以及屏蔽层的高频振荡,容易引发接头故障。     

220 kV高压电缆接头短路电弧爆炸波能的测试及计算

高压电缆接头发生电弧故障时,电弧通道膨胀产生的爆炸冲击波是造成二次事故的直接原因,研究接头的短路电弧爆炸波能对高压电缆接头保护装置的结构设计和防爆性能检验至关重要。文中设计并实施了50 k A/200 ms大电流人工短路燃弧试验,实测了220 kV高压电缆接头保护装置泄能孔释放的爆炸冲击波超压值。建立了电缆接头及保护装置的热—流场短路电弧爆炸仿真模型,计算了不同热源能量时,从泄能孔释放的冲击波超压。通过对比相同条件下人工短路燃弧试验中的冲击波超压实测数值,得到了220 kV高压电缆接头短路电弧的爆炸波能。所得结果可为220 kV高压电缆接头保护装置的设计和检测提供理论依据。     

高压电缆接头保护盒结构设计与性能验证∗

电缆接头一直是电缆线路的薄弱环节,一旦发生故障,很容易发生爆炸甚至火灾事故,不仅造成本线路的停电,还可能对周边运行的电缆设备、电力设施及人员造成伤害。文章设计了一种使用铝镁合金的高压电缆接头防爆防火保护盒,当接头发生故障时,可有效阻止火势蔓延,大大降低电缆接头爆炸造成的危害。通过试验验证,该接头保护盒的防爆防火效果良好,安装防爆防火保护盒的接头载流量略有降低,但不影响运行,环保检测试验证明,铝镁合金保护盒壳体不会对环境造成危害。     

110 kV电缆中间接头的开/合闸过电压仿真

110 kV电缆线路近年发生过多起断路器跳闸检修后在再次合闸送电时电缆接头爆炸的事故,为寻找接头故障原因,研究了电缆中间接头在断路器开合闸过程中的过电压特性。首先建立中间接头的RLC等效模型,在PSCAD软件中搭建含有中间接头的电缆线路模型,分析开合闸相角、电缆长度和接头数量对接头过电压的影响,找出过电压最严重的接头;再利用ANSYS软件仿真过电压最严重的接头内部电场分布情况。仿真结果表明:B、C相线路60%～75%处的接头过电压较为严重;且开合闸过程中接头屏蔽层的电压含有超过40 kHz的高频分量;接头内部硅橡胶与交联聚乙烯界面场强最大值和高压屏蔽管端部场强最大值均比没有过电压时增加1倍,界面场强最大值超过了安全阈值。在断路器跳闸后合闸送电的过程中,断路器的不同期合闸使得接头承受多次过电压造成的复合界面和高压屏蔽管端部场强的突增以及屏蔽层的高频振荡,容易引发接头故障。     

110 kV电缆护层中操作过电压的暂态特性分析

近年来在110 k V电缆线路中,发生多起断路器合闸时电缆接头爆炸的事故。文中选取一发生典型接头击穿故障的电缆线路,使用PSCAD建立了该电缆线路的电磁暂态仿真模型。由于该线路中间接头击穿故障发生在电缆充电后。因此文中仿真了空载合闸时的电磁暂态过程。首先计算了电缆线路各个接头处的线芯过电压,由于空载线路电容效应,各个接头处线芯过电压逐渐升高。应用傅里叶变换对过电压进行频率分析,线芯过电压中包含较多的1~2k Hz的高频成分。其次对线路不同接头处的护层电压进行计算,可得电压最大值出现在靠近线路首端的接头护层处。与线芯过电压相比,空载合闸时的护层感应电压中含有大量的1~3 k Hz、超过10 k Hz的高频分量。最后改变护层交叉互联与单端接地的联结方式,计算可得各处护层电压出现较大变化,最大护层电压有所上升。改变2种护层联结方式的顺序后,其对应的接头护层处电压的高频成分含量也出现变化。由于大量的高压单芯电缆护层采用混合联结方式,因此文中的研究结果对优化电缆护层的配置方式具有指导意义。     

随桥电缆-架空混合线路的电缆护套过电压特性仿真分析

随桥电缆作为跨海输电系统的重要组成部分,其安全稳定运行对于整个输电系统的可靠性有重要影响。论文以舟岱大桥220 kV随桥电缆工程为研究对象,考虑架空线路的影响,基于PSCAD/EMTDC暂态仿真软件建立了随桥电缆-架空混合线路的仿真模型,对雷击故障和操作故障下的电缆护套过电压特性进行了研究。结果表明：雷击架空线路时,护套过电压幅值随击距的减小而增大,随杆塔接地电阻的增大而增大,过电压幅值最高可达到46.4 kV;单相接地故障下,接地相角为90° 时护套过电压最严重,过电压幅值最高可达到15.9 kV;非全相操作故障下,电缆护套过电压幅值受故障距离的影响不大,两相断线的护套过电压比单相断线更严重。研究工作为随桥电缆-架空混合线路的绝缘配合设计提供了参考依据。     

220kV城市电缆及混合线路过电压及绝缘配合研究

城市电网的发展要求对城市高压电缆线路的过电压进行深入研究。详细叙述了220 kV多种电缆排列方式以及混合线路的过电压的计算分析。研究结果表明:当电缆长度大于20 km时,开关重燃后的开关断口电压过大,需要加装高压电抗器予以限制,而50 km以内的线路合闸过电压均在规程规定范围内;架空线和电缆混合线路面临的最突出问题是工频过电压,当电缆长度占总长度约20%或者40%～60%时,需采取措施限制线路切空线重燃过电压。     

大段长高压电缆护层保护器暂态特性分析与参数优化设计

大段长高压电缆在运行时会产生过高的护层感应电压,这对电缆护层保护器的过电压防护特性提出了更高要求,因此需要针对大段长电缆护层保护器暂态特性进行分析研究。基于PSCAD仿真软件,建立了典型220 kV高压电缆线路仿真模型,得出了在短路过电压和雷击过电压情况下,高压电缆长度对护层感应电压暂态特性的影响。通过绝缘配合与能量保护相结合的方式,得到了保护器参数取值范围及电缆线路短路电流与长度的适配曲线,提出了护层保护器参数优化设计的具体方法,并进行了试验测试。测试结果表明:当电缆线路出现短路故障时,随着电缆长度的增加,护层感应电压先线性增长,随后在保护器残压阈值的限制作用下逐渐趋于"饱和"状态,现有保护器能量吸收能力难以满足大段长电缆需求;改进后的护层保护器能量吸收能力显著提升,20 k A短路电流时允许的电缆长度大幅提高,满足大段长高压电缆线路安全运行的要求。     

舟山柔性直流输电工程的直流电缆操作过电压计算与分析

高压电力电缆在柔性直流输电工程中扮演中输送稳定电能的重要角色,其过电压故障会对电网安全运行造成严重的影响,而国内关于高压电缆操作过电压机理以及计算的研究较少。为此,依托舟山柔性直流输电工程,在PSCAD/EMTDC平台上,分析了同轴高压直流电缆的等效阻抗和导纳参数,并分别计算了不同故障条件下的直流电缆操作过电压。基于统计分析方法,采用线路分段技术研究了直流海底电缆的操作过电压沿线分布规律。研究结果表明:直流电缆沿线接地故障过电压值呈伞形分布,中部最大,两侧递减;导体-铅套操作过电压最大值为400.2 kV,发生在直流电缆沿线接地故障的条件下;铅套-铠装和铠装-大地操作过电压最大值分别为7.27 kV和0.45 kV,发生在交流相地和相间故障的条件下;导体-铅套、铅套-铠装和铠装-大地操作冲击绝缘水平分别为460.23 kV、8.36 kV和0.52 kV。该研究结果可以为高压电力电缆线路的绝缘配合提供重要的依据。     

220kV电力电缆线路合闸操作过电压分析

在一侧断路器断开状态下,某220 kV电缆线路线遥控合闸后两套纵联保护动作事故跳闸。巡检发现,该电力电缆C相接头击穿。为探究电力电缆在合闸过程中的过电压情况,分析事故原因,对修复后的电缆线路进行与事故情况同一状态下的线路投切试验,监测投切过程中的电压和电流情况。同时,针对线路空载合闸过程中电缆沿线各处可能存在的过电压情况,采用电磁暂态计算程序PSCAD,对该电缆线路合闸过电压进行仿真分析计算。最后,针对实测和仿真结果提出了运维对策。     

高压单芯电缆金属护套感应电压仿真计算及最大允许敷设长度研究

提高电力电缆的敷设长度,可以减少中间接头数量,提高系统供电可靠性。文中从高压单芯电缆电气制约、运输制约和敷设制约三方面探究了延长高压单芯电缆最大允许敷设长度的可能性。还分析了,当电缆长度增加,发生雷电过电压入侵和单相接地故障时,金属护套感应过电压的变化情况。研究表明:感应电压允许值为300 V时,感应电压不再是限制电缆敷设长度的主要因素。最后在金属护套感应电压仿真计算、电缆盘公路运输和电缆敷设牵引力计算的基础上,对某变电站电缆线路提出敷设建议。     

车载油浸式空心电抗器工频磁场计算

车载油浸式空心电抗器没有铁心,在进行特高压GIL交流耐压试验时工作电压高,工作电流大,可能在周围产生较强的磁场。为确保现场试验人员和电抗器周边设备的安全,研究电抗器周围工频磁场分布十分必要。文中对车载油浸式电抗器进行了电路建模,然后基于毕奥—萨伐尔定律计算了车载油浸式空心电抗器周围工频磁场分布。文中计算得到的结果与有限元法计算结果相符。相比有限元法,文中算法对计算机性能要求低,计算速度快,能提高电抗器工频磁场计算效率。同时文中计算得到车载油浸式空心电抗器周围工频磁场分布可为特高压GIL现场耐压试验制定安全准则提供参考。     

基于NSGA Ⅱ算法的配电网串联补偿装置参数的多目标优化

为了更好地采用串联补偿装置解决供电半径过大的配电网末端电压偏差问题和网络损耗问题,研究了确定串联补偿装置阻抗值和安装位置的多目标优化算法。以线路电压偏离度和网络有功损耗最小为目标函数建立了配电网串联补偿装置的参数多目标优化模型。运用NSGA-Ⅱ算法求解多目标优化模型,并获得帕累托解集,再采用逼近理想解排序法(TOPSIS)在解集中求得最优解。通过IEEE 34节点配电网算例验证了模型的可行性和算法的有效性。结果显示,本文所建立的模型与采用的方法可以快速有效地确定串联补偿装置的安装位置和容抗值,并优于单目标优化的结果。此外,在不同负载条件下串联补偿装置的最佳安装位置不同,可以采用多点串联补偿方法来获得更好的效果。     

谐波电压造成直流输电换相失败风险评估

换相失败是高压直流输电(high voltage direct current transmission,HVDC)运行中最常见的故障之一。国内外关于HVDC换相失败的研究已经取得了一些成果,但在谐波对HVDC换相失败的影响研究方面还有待进一步深入。文中从直流输电换相物理过程出发,基于换相电压—时间面积分析推导得出谐波影响因子,然后将谐波影响因子和换相电压—时间面积裕度相结合,定量分析谐波对HVDC换相过程的影响,并给出引起换相失败的谐波电压值理论计算方法;最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台对文中所提评估指标进行了仿真验证。     

高压XLPE电缆附件故障案例分析及讨论

高压电缆系统是城市电网的重要组成部分,一旦发生故障将会造成重大损失。对故障原因的正确分析有助于线路维修工作的顺利进行,排除电缆线路隐患,进一步保障高压电缆线路的安全运行。结合实际案例对由于材料失效、界面压强不足、安装不当造成的高压电缆附件故障进行了分析。通过对故障附件的击穿主通道进行定位,结合材料理化分析,参考附件尺寸结构和安装工艺,并综合考虑线路的敷设方式以及故障录波信息,理清故障成因并对其劣化发展过程进行了复现。在此基础上对高压电缆线路的安全运行和故障预防提出了建议。     

干式空心电抗器包封受潮对绝缘的影响研究

包封受潮是导致干式空心电抗器匝间绝缘失效的重要诱因,文中通过对故障退运电抗器的解剖分析以及匝间绝缘材料的湿热老化试验,研究包封受潮对干式空心电抗器匝间绝缘的破坏作用。首先,解剖了一台南方地区故障退运的电抗器,利用扫描电镜、傅里叶红外光谱仪、断裂拉伸试验等对样品的理化性能进行分析,推断受潮后包封内部绝缘的变化过程;然后,进一步对作为匝间绝缘材料的PET聚酯薄膜进行了湿热老化试验,研究了其在不同湿度老化条件下击穿场强、断裂伸长率的变化。研究表明:干式空心电抗器有可能严重受潮,受潮将导致包封内部各绝缘材料的水解,其中聚酯薄膜的耐水解性能很差,极易由于严重水解而导致机械强度的大幅下降甚至完全脆化,并在包封内部应力的作用下破裂从而导致匝间绝缘受损,所以有必要采取措施防止包封受潮并降低包封受潮对匝间绝缘的破坏。     

基于分类回归树算法的在线静态电压稳定裕度评估

随着电力负荷的不断增加,电压稳定问题日益凸显;为防止电压失稳,电网运行人员迫切需要了解电网当前的运行状态。提出运用分类回归树算法构建决策树模型,对静态电压稳定裕度进行在线评估。首先根据PV曲线分析和电压稳定裕度计算获得决策树训练样本集;然后通过模态分析和相关系数分析降低属性集的维度,确定训练决策树的输入属性;最后利用离线数据,运用决策树分类回归树算法训练出在线电压稳定裕度的评估规则。以某省实际电网为例对所提方法进行验证,其决策规则具有较高的准确性,能够实时地评估电网运行状态。     

110 kV XLPE电缆缓冲层放电灼伤问题的理化分析与仿真研究

对110 kV及以上高压XLPE电缆线路改造时,频繁发现电缆缓冲层存在疑似放电灼伤缺陷,其原因尚无定论。为探究该缺陷是否为放电产生,文中首先对缺陷进行了形貌特征观察和元素成分表征,然后对阻水带电阻率进行测量,最后利用有限元软件对电缆进行三维电场仿真,研究了缓冲层间隙、阻水带电阻率、过电压等因素对缓冲层场强的影响。研究结果表明:缓冲层存在间隙、阻水带电阻率增大、过电压入侵等因素会使缓冲层场强增大,易造成缓冲层放电现象。     

车载油浸式空心电抗器瞬态温度场计算和分析

车载油浸式空心电抗器进行特高压GIL交流耐压试验时工作电流大,绕组发热功率高。为避免过热故障,研究耐压试验情况下车载油浸式空心电抗器的瞬态温度场十分必要。文中应用有限元法耦合计算了二维轴对称电抗器模型的瞬态温度场和绝缘油瞬态流体场,分析了车载油浸式电抗器的温升和散热特性。车载油浸式空心电抗器依靠绝缘油自然对流散热速率有限,文中计算了两种辅助优化散热措施。外部吹风辅助散热措施易于实现,但散热速率提高有限。环境温度降低辅助散热实现难度适中,降温效果好于外部吹风辅助散热。文中计算结果为特高压GIL交流耐压试验提供了理论参考。     

110 kV交联电缆导体充氮气对脱气时间的影响

通常110 kV交联电缆70℃的脱气时间为7 d。对110 kV交联电缆导体充氮气脱气6 d、5 d及导体不充氮气脱气7 d三种情况取样,分别检测其甲烷、苯乙酮、醇类等副产物含量。通过试验数据对比分析,得出导体充氮气可以缩短脱气时间1~2 d。