500 kV紧凑型同塔双回输电线路带电作业人体体表电场分布特性研究

电场防护是带电作业安全技术研究的重要内容,关系到作业人员的生命安全。文中分析了500 k V紧凑型同塔双回输电线路的结构特点,建立了作业人员体表场强仿真模型,计算了典型工况下不同作业点人员的体表场强分布,同时分析了塔型和线路运行方式对人员体表场强分布的影响。计算结果表明:同一运行方式下,地电位作业时,直线塔作业人员的头部和脚部场强较耐张塔高出约4倍;等电位作业时,耐张塔作业人员的头部场强较直线塔高243.2 k V/m,手部较之高出1.9倍。同一塔型作业时,相同工况下两回运行相比于一回运行对等电位作业影响较大;地电位仅中间横担处人员体表场强受运行方式影响明显。通过屏蔽效率的计算,校核了不同工况以及不同作业点应采取的安全防护措施。研究结果可以为带电作业的安全防护工作提供理论参考,具有一定的工程实用价值。     

三维有限元中提高由已知节点电位求场强计算精度的全域节点场强法EI北大核心CSCD

采用节点有限元方法求解节点位函数的精度较高,但基于节点位函数值在单元内求梯度计算场强的方法误差较大。为了提高由已知节点电位求解场强的计算精度,该文提出了一种全域求解节点场强的方法。该方法基于面矢量基函数,对电位的梯度方程进行离散,得到以全域场强为未知量,以节点电位为已知量的有限元方程。通过求解得到全域节点上的场强,充分利用了电位的整体分布信息,比在局部计算电位梯度获得场强的方法精度要高。在形成有限元方程过程中,对梯度项进行了转换处理,避免了求解电位梯度运算,直接利用节点电位值,从而完全克服了在局部区域计算电位梯度所带来的误差,有效提高了场强求解精度。所提方法不仅适用于静电场问题,也适用于其他已知场的标量位分布,求解矢量场强分布的问题。     

柔性直流电缆附件应力锥设计研究

应力锥结构设计是柔性直流电缆附件开发的重点和难点,目前还没有柔性直流电缆附件应力锥电场的系统研究及相关设计理论。本文通过试验研究了柔性直流电缆绝缘交联聚乙烯(XLPE)和附件应力锥绝缘三元乙丙橡胶(EPDM)材料的电阻率与温度和电场强度的关系。结果表明:电阻率与温度和场强分别呈e指数及幂指数关系,且随这两个参数的增大而减小。基于热路方程,计算了柔性直流电缆绝缘和应力锥绝缘组成的双层介质的温度分布,进一步利用欧姆定律及绝缘材料的电阻率表达式,得到了双层绝缘介质中的电场分布。根据应力锥曲线上任意点的总电场方向垂直于切线方向的特点,利用应力锥绝缘电场表达式及数值求解方法,提出了应力锥曲线设计方法。最后,以±320 kV柔性直流电缆终端为例,根据现有相关参数,得到了具体的应力锥曲线形状。     

配电电缆附件XLPE/SIR界面缺陷特性及其对电场分布的影响研究

为了预防不同类型接头缺陷引发的绝缘故障以及事后故障分析,针对电缆附件复合界面处缺陷,设计交联聚乙烯与硅橡胶双层结构界面缺陷模型,通过对不同缺陷的试样进行击穿实验,研究绝缘、半导电、金属等3种典型界面缺陷类型下的击穿特性,并且通过建立双层结构界面缺陷模型仿真模型,计算界面缺陷引起的电场畸变;在此基础上将缺陷模型扩展到配电电缆中间接头,研究存在缺陷时电缆中间接头的内部电场分布。实验表明相比于无缺陷时,引入绝缘缺陷对击穿场强的影响不明显,而引入金属和半导电缺陷后击穿场强明显降低;仿真计算表明3种缺陷中绝缘缺陷引起的电场畸变最小,与击穿实验规律相吻合。金属与半导电缺陷引起的电场畸变随着缺陷远离应力锥根部呈先增大后减小,而对于绝缘缺陷,电场畸变随着缺陷远离应力锥根部呈现下降趋势,最大场强出现在三结合点处。研究结果有助于理解电缆附件界面缺陷状态对电场分布的影响规律,对于电缆附件安装制作的关键环节管控具有实际意义,同时可为配电电缆附件运行维护和故障分析提供参考。     

±500 kV柔直换流站阀厅金具表面电场计算

为研究柔直传输系统阀厅金具电场分布情况,以张北+500 kV柔直电网工程丰宁换流站金具及配套设备为研究对象,构建了其三维模型.用直流偏置+正弦波模拟其运行电压情况,实现了阀厅整体电位和电场分布的高效计算,得到了各金具表面最大场强及分布位置,并将其最大场强控制在了2 kV/mm以内.该研究结果为土500 kV柔直换流站阀厅的规划设计提供了参考,对阀厅内部金具的抗晕结构优化具有一定的参考价值.     

内插入电极式结构复合绝缘子场强及电位分布试验研究

为了改善复合绝缘子高压端部电场强度,通过有限元仿真计算设计了一种新型的内插入电极武结构,同时对均压环进行了优化设计。为了检验优化设计后的内插入电极式结构复合绝缘子端部场强改善情况,在试验室利用光纤场强测试仪测量复合绝缘子伞裙的场强分布并计算出其电位分布。与未加内电极的绝缘子进行对比,研究表明这种内插入电极式结构复合绝缘子对改善复合绝缘子沿面场强分布和电位分布,降低复合绝缘子导线侧局部场强过于集中是非常明显和有效的。     

温度对高压直流电缆中间接头内电场分布的影响分析

高压直流电缆附件中的电场分布主要取决于绝缘材料的电导率而非相对介电常数,由于交联聚乙烯(XLPE)和硅橡胶(SR)2种绝缘材料电导率差异较大,且受电场强度和温度影响较严重,导致直流电缆附件的设计比交流附件复杂得多。为此,采用软件仿真手段分析了不同温度梯度作用时,直流电压、直流叠加冲击电压下电缆接头中的电场分布情况。研究结果表明:在直流电压下,随着温度的升高电缆接头内的最大电场强度(简称场强)及XLPE/SR分界面的切向场强会大幅增加,而且绝缘内最大场强出现位置也会由高压屏蔽端部转移到应力锥根部;当直流叠加冲击电压作用时,接头内的电场分布会出现3个场强极大值点,压接管端部高压屏蔽内侧的场强最大,且不随冲击电压极性和线芯温度的变化而变化;直流叠加正极性冲击电压作用下,压接管端部SR材料内侧和应力锥根部XLPE材料内侧的场强随温度的升高而降低,而在直流叠加负极性冲击电压作用下这2点的场强随温度的升高而增大。以上研究结果可供高压直流电缆附件设计参考。     

直流XLPE电缆用预制接头最大场强解析算法

由于电缆接头结构复杂并含有多个复合界面,对其进行直流电场分析通常需要借助数值仿真软件、采用电-热耦合方法进行迭代计算,耗时费力。为了满足工程中仅对中低压直流XLPE电缆用中间接头最大场强进行校核的需求,利用传热学与电磁学相关理论,建立接头热场分布的简化分析模型,推导出计算应力锥根部场强的解析式,仅需输入少量必要参数,即可确定接头中的最大场强。通过以10 kV和35 kV XLPE电缆用硅橡胶和乙丙橡胶接头为例,分别在不同直流电压及接头内外温差下进行解析计算,并与相应的有限元仿真结果对比,验证所提方法的计算精度及适用性,为工程人员进行中低压直流预制接头的设计及校核提供强有力工具。     

220 kV同塔双回钻跨一体线路带电作业人体体表场强分析北大核心CSCD

钻跨塔是为解决输电线路中出现的连续钻跨问题的一种新型杆塔,为保证钻跨塔上带电作业人员的人身安全,文中对钻跨塔带电作业人员体表场强进行了研究。文中以220 kV同塔双回钻跨一体输电线路为研究对象,建立了人体和输电线路的仿真模型。考虑钻跨一体杆塔的钻越导线、跨越导线、沿塔身的垂直导线对电场分布的影响,同时考虑不同典型带电作业位置处人体不同姿势对人体体表场强的影响,对典型带电作业位置处的人体体表场强进行了计算。计算结果表明:等电位处作业时人体体表场强最大值为1270 kV/m;由于存在沿塔身的垂直布线,地电位处人体表面场强最大值也高达738 kV/m。等电位和地电位处的工作人员均需穿戴屏蔽效率为40 dB的屏蔽服。计算结果对带电作业人员的电场防护具有一定的指导意义。     

145kV复合套管电场计算与分析

采用有限元分析法软件计算了145kV套管伞套内部和外部的场强分布和电位分布，分析了接地内屏蔽筒的高度外径、翻边即环的曲率半径等对电场强度分布的影响，并对接地内屏蔽的结构进行了优化设计。为145kV复合套管的绝缘设计提供了理论依据。     

10kV XLPE电缆终端电场分布与调整

以Maxwell2D为有限元法求解工具,建立工频电压下的XLPE电缆终端数值计算模型,同时考虑了介质介电常数和电导率对电场分布的影响,计算分析了几种应力锥结构尺寸下电缆终端内部的电场分布,得到了应力锥结构尺寸与电缆终端内部电场分布的关系,为应力锥结构尺寸的合理设计提供了理论依据。     

10kV XLPE电缆接头连接管含空气隙缺陷的电场分析

为研究连接管与内应力锥之间含空气隙和误缠绕绝缘带两类缺陷的电场分布情况,用电场解析建模分析了该缺陷的灵敏度.分析表明两类缺陷的灵敏度均小于零,其绝对值随厚度增加逐渐减小.利用有限元法对接头两类缺陷进行了建模,并对两类缺陷厚度h分别为0.5mm、1.0mm、2.0mm的3种情况进行了电场仿真.结果表明:场强畸变程度与厚度...     

预制式电缆终端应力锥安装错位的影响分析

运用有限元法,研究了电缆终端应力锥安装错位时的高压静电场的分布和数值大小,计算了加载110 kV恒定电压于电力电缆上时,其终端的静电场分布与数值。应力锥正确安装时,覆盖电缆半导电层为60 mm,分析了应力锥覆盖电缆半导电层50、46、73 mm的电场分布和半导电层末端周围的电场畸变。最后对不同模型的仿真结果进行了比较,得出,应力锥安装过盈时,即覆盖半导电层超过60 mm,电场畸变严重,在工频下存在剧烈的局部放电现象。通过现场试验,验证了有限元分析结果的正确性。     

±320kV直流电缆交联聚乙烯/三元乙丙橡胶附件击穿特性

高压直流电缆接头与终端为电缆系统故障的多发点,其击穿强度为直流输电系统安全稳定运行的重要基础。文中以±320 kV高压直流海底电缆中交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)/三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)附件为研究对象。首先,研究电缆及附件负荷循环耐压试验,发现附件界面为击穿薄弱环节;其次,研究绝缘材料电导率随温度变化特性对电场分布的影响规律,通过有限元仿真模拟电缆空载和满载运行时附件的温度分布与电场分布,发现最大电场出现在电缆绝缘靠近附件应力锥一侧,为29.5 kV/mm,低于附件材料的击穿场强;最后,研究界面在直流电场下空间电荷特性对电场分布规律的影响,通过电声脉冲法测试复合叠层片状样品介质界面的空间电荷及其电场分布,发现场强畸变率约为100%~200%。同材料本征绝缘匹配相比,界面空间电荷积聚对附件内部电场造成的畸变程度更严重,在后续附件提升中应更注重开发抑制空间电荷的绝缘材料。     

结构形式及材料性能对220kV电缆终端应力锥的影响

通过对220kV电缆终端应力锥在力场中进行的分析,说明结构形式及橡胶材料的性能对应力锥应力分布的影响十分明显。根据工程实际情况,由不同结构形式和橡胶材料组成了18种工况条件,并应用非线性有限元方法分别计算了各种工况下应力锥的应力分布。对环氧预制件结构的不同形式、应力锥锥角不同的大小以及采用不同性能的绝缘橡胶材料的应力锥应力分布曲线进行了分类比较,分析了结构形式和橡胶材料对220kV交联电缆终端应力锥应力分布的影响规律性。提出了结构形式和橡胶材料的选用建议,为实际设计提供参考。     

分界面电场控制对电缆附件性能的影响

为了研究电缆附件绝缘结构中应力锥与电缆绝缘在分界面处有缺陷(气隙、杂质)时,电缆附件的电场分布与缺陷处的电场强度,运用有限元方法,以220 kV高压电缆附件为模型,采用ANSYS软件模拟接头的三维电场分布情况,并与二维轴对称电场分析结果进行比较;为了保证分界面处的电气性能,采用与电缆附件相同的材料制成的试块进行试验,确定能够满足电缆附件电气性能的界面压力。     

10 kV电缆中间接头典型施工缺陷的电场及局放特性研究

电力电缆故障多发生于中间接头位置,而施工缺陷是引发中间接头故障最主要的原因。为评估电缆中间接头典型施工缺陷的危害性,文中建立电缆中间接头三维有限元模型,分析电缆中间接头存在硅脂涂抹不均匀、主绝缘划伤和接头受潮3种施工缺陷时的电场分布规律,探究不同缺陷位置与场强之间的关系,并搭建工频交流电压局放试验平台对试样进行局放试验。结果表明:硅脂涂抹不均匀时,空气间隙在应力锥周围造成的电场畸变程度最严重;远离应力锥时,场强逐渐减小。主绝缘划伤时,电场畸变最为严重,空气间隙在外半导切断处场强最大。接头受潮后,当水膜位于应力锥附近时,电场畸变程度最为剧烈。相同加压条件下,接头受潮、硅脂涂抹不均匀、主绝缘划伤3种缺陷造成局部放电的次数依次增加。     

应用有限元方法优化应力锥设计

采用有限元法设计全预制式高压电缆户外的终端电场,通过调整应力锥曲线优化了终端电场分布,即分别选取不同的应力锥长度和曲率来计算和筛选电场应力分布最优的设计尺寸。计算表明,应力锥长130 mm、端部曲率半径20 mm时各项性能指标完全满足要求。对比常规计算方法,该方法能准确计算出终端电场分布,优化应力锥设计。     

外加电压及绝缘温差对XLPE直流电缆电场分布的影响

为了明确交联聚乙烯绝缘直流电缆电场随外加电压和绝缘温差的分布规律,基于有限元仿真分析方法,对±500 kV交联聚乙烯绝缘直流海缆进行了不同外加电压和绝缘温差下的电场分布研究,并与拉普拉斯场强计算方法进行对比.结果表明,通过拉普拉斯场强计算方法得到的直流电缆绝缘场强呈稳定分布,而有限元仿真情况下可见随着绝缘温差升高直流电...     

10kV交联聚乙烯电缆终端主绝缘含空气气隙缺陷试验

为研究电缆终端主绝缘在含有空气气隙缺陷时对电缆终端电场分布的影响,使用基于有限元法的电场仿真软件,建立了静电场下电缆终端含空气类缺陷模型,并进行了相关的电场仿真计算。结合缺陷宽度不同对电场畸变程度的影响,着重分析了电场畸变最大值的分布规律。该规律显示电缆缺陷的宽度与电场畸变的程度成反比例关系,且最大电场场强值已超过正常的电场场强分布规定值。为验证电场仿真的正确性,采用振荡波电压法进行电缆终端含有空气气隙的相关试验,试验指出空气气隙会引发明显的局部放电现象,继而验证了该类缺陷会引起明显的电场畸变。