高压直流电缆接头稳态温度场分布及其影响因素

温度是反映电缆中间接头运行状态的重要参数。与交流不同,高压直流电缆中间接头绝缘层温度的变化影响着电场分布和空间电荷的积累,因此不仅要关注接头线芯的温度,更要研究绝缘层温度和绝缘层内外表面温差的变化。建立了高压直流XLPE绝缘电缆中间接头的简化模型,利用有限元软件进行仿真,得到了接头绝缘层稳态温度分布,并研究了不同线芯电流和电缆接头外表面温度分别对接头导线芯温度、XLPE主绝缘和硅橡胶（SIR）增强绝缘层温度分布以及绝缘层内外表面温差的影响。结果表明：直流高压下,线芯电流对三者影响较为显著;接头外表面温度对接头导线芯最高温度、绝缘层最高温度和绝缘层温度分布有影响,而对绝缘层内外表面温差的影响可忽略不计。     

阶跃电流作用下电缆中间接头温度测量技术的试验研究

电缆中间接头温度与运行状态密切相关,测量该温度可以为电缆状态检修及动态增容提供依据。为此,在10kV电缆中间接头冷缩预制件表面、保护铜壳、本体铜屏蔽层、线芯等典型测量点安装温度传感器,对比分析不同形式阶跃电流作用下各测量点温度响应曲线与电流之间的关系。研究结果表明,冷缩预制件表面温度受环境温度影响小,暂态电流作用下与线芯温度变化的延时较小,适合作为中间接头的温度测量点。以冷缩预制件表面温度测量值为原始数据,使用ANSYS软件构建中间接头的温度场仿真模型,在校正模型不确定参量的基础上计算线芯的稳态温度,计算值与实测值之间的计算相对误差最大值为3.9%;基于BP神经网络算法,以冷缩预制件表面温度测量值作为输入量预测线芯温度,计算值与实测值之间的计算绝对误差最大值为3.3°C,满足工程应用的要求。     

基于有限体积法的超高压电缆接头绝缘性能研究

超高压(EHV)电缆接头内部存在的缺陷将造成电场集中,局部温度升高,达到一定程度即发生闪络或击穿,影响其安全可靠运行。为研究影响电缆接头内部电场和温度场分布的主要因素,利用有限体积法对电缆接头进行了电场-温度场耦合仿真,研究了电缆接头在正常工作状态、绝缘材料存在杂质颗粒、应力锥表面存在毛刺突起、硅橡胶绝缘材料老化等情况下的电场-温度场分布特性。研究结果表明:接头与绝缘界面、导体屏蔽管两端等位置是绝缘的薄弱环节,容易发生沿面闪络或绝缘击穿;接头绝缘中微小的杂质颗粒可能导致局部温度超过绝缘材料的耐受温度,加速绝缘老化;老化到一定程度时,温度和电场强度又将大幅度升高,对接头安全运行造成严重隐患。该研究结果对电缆接头的结构优化设计和绝缘材料的选择具有一定的参考意义。     

10kV XPLE电缆中间接头缺陷电场仿真计算

中间接头故障是10 k V XPLE电缆运行中最常遇到的问题,中间接头制作过程中存在的缺陷是影响其运行寿命的一个重要因素。基于有限元法,以Ansoft Maxwell 12为求解工具,对电缆中间头制作过程中存在的影响中间接头运行安全的因素进行了定量分析计算。得到了不同缺陷情况下中间接头的电场分布情况,所得仿真计算结果可以为电缆中间接头制作工艺水平的提高提供参考依据。     

基于有限元法对±320 kV直流XLPE电缆中间接头电场与空间电荷的仿真计算

电场、温度场及空间电荷分布是高压直流(HVDC)交联聚乙烯(XLPE)电缆中间接头设计优化的重要参数。为此,利用COMSOL仿真软件计算了组合预制式、整体预制式2种电缆中间接头的电场分布、温度场分布、以及空间电荷分布,并分析了不同类型电缆中间接头各自的特点,提出了选型建议;针对2种类型的电缆中间接头,研究了材料参数、结构尺寸等因素对其性能的影响。结果表明:相较于整体预制式电缆中间接头,组合预制式电缆中间接头拥有更好的应用前景;通过对材料参数以及尺寸的研究发现,当使用硅橡胶(SR)作为电缆附件主要绝缘材料且硅橡胶电导率与电缆本体绝缘XLPE电导率的比值k约为10时,绝缘界面上的电场、温度场和空间电荷分布最优;优化应力锥曲线曲率半径、压接管厚度、内屏蔽层厚度等尺寸均能改善电场分布,且尺寸变化所达到的优化效果不如材料改性的优化效果显著,但却更具针对性。因此高压直流电缆中间接头的设计应以材料研制为主,以尺寸修正为辅。     

电力电缆接头温度场分布的理论研究

电力电缆接头事故在电力电缆故障中占很大的比例,电力电缆接头的温度是反应其运行状态的重要参数。文中构建了电力电缆接头的简化结构模型,运用传热学的原理建立了电力电缆接头的温度场数学模型,应用有限元法分析了电力电缆接头的温度场分布。根据温度场的分布,把温度传感器合理地安装在接头的表面,可以通过电力电缆接头的结构特性、表面温度和环境温度,得到更加接近实际温度的接头线芯温度,能够及时准确地了解电力电缆接头的运行状况。     

电力电缆接头温度场分布的理论研究

电力电缆接头事故在电力电缆故障中占很大的比例,电力电缆接头的温度是反应其运行状态的重要参数.文中构建了电力电缆接头的简化结构模型,运用传热学的原理建立了电力电缆接头的温度场数学模型,应用有限元法分析了电力电缆接头的温度场分布.根据温度场的分布,把温度传感器合理地安装在接头的表面,可以通过电力电缆接头的结构特性、表面温度和环境温度,得到更加接近实际温度的接头线芯温度,能够及时准确地了解电力电缆接头的运行状况.     

极端高温下10kV电缆中间接头载流量分析

随着世界各地夏季环境温度不断升高,电缆中间接头的工作环境正在恶化。为此,文中基于有限元法建立10 kV三芯电缆及其中间接头仿真模型,分析不同环境温度和不同电流下中间接头的温度分布。首先,开展温升试验,得到电缆中间接头表面的稳态温度,验证仿真模型的准确性;然后,拟合不同环境温度下中间接头高压载流导体表面温度与电流的函数关系,以此可以计算不同极端环境温度下中间接头的极限安全载流量。结果表明,环境温度升高对中间接头高压载流导体表面的温度分布趋势几乎没有影响,在外护套外表面处也满足此规律。中间接头高压载流导体表面温度与电流近似成二次函数关系。当电流幅值为480 A、环境温度为75 ℃时,高压载流导体表面与外护套外表面最高温度分别是环境温度为30 ℃时的1.57倍与1.69倍。当环境温度超过55 ℃时,按照国标规定的持续允许载流量会使中间接头高压铜导体表面温度超过最高允许运行温度90 ℃。考虑到自2020年起夏季环境温度持续增加,现行国标中10 kV铜导体三芯交联聚乙烯绝缘电缆中间接头的持续允许载流量须被修正。     

不同状态下电缆接头温度分布对比研究

文中根据电缆接头容易发热导致电缆出现故障的问题,对不同状态下电缆接头温度分布进行分析。首先,分析电缆接头的结构和主要形式,对电缆接头的温度变化采用仿真分析的形式进行分析。其次,开展理想状态下中间温度的仿真,对不同接触电阻和不同接触电阻率对温度分布的影响对比研究。最后得出以下结论:电缆接头位置不同温度分布也不同,随着电阻的增加,温度也在增加,最小温度的增加趋势小于最大温度增加趋势,当电阻率较大时,线芯温度变化也较大。电阻率为2×10^(-8)Ω·m,温度为18℃,电缆接头温度分布正常,可以保证安全运行。     

110 kV单芯电缆中间接头温度轴向感知模型的材料参数敏感性

高压电缆中间接头热点温度的实时感知对电缆安全运行及动态载流能力评估具有重要意义。以110 kV单芯电缆中间接头为研究对象,构建规则化中间接头温度场仿真模型及其有限元离散边界,建立基于热流等效的结构简化方法,采用单因子变化与正交组合方式分析材料参数分散性对中间接头温度轴向感知模型的拟合度及灵敏度的影响。研究表明,提出的规则化简化建模方法适用于不同型号与结构的中间接头温度轴向感知模型,对于结构、材料及现场工艺分散性具有较好的鲁棒性。     

工作温度和绝缘温差约束下的高压直流电缆接头载流量计算

中间接头是高压电缆线路运行中故障多发的薄弱环节,电缆系统的载流量会因中间接头的结构特点而受到限制。直流下电缆载流量的约束条件与交流不同,不能直接依据交流电缆中间接头载流量的计算方法。为此,文中以直流电缆中间接头的温度场计算等理论研究为基础,提出以接头导体最高允许工作温度和绝缘层内外表面最大允许温差为两个约束条件,确定高压直流电缆中间接头载流量的方法。通过案例分析,将文中方法与IEC 60287标准计算的载流量进行了对比,并就环境温度对载流量的影响进行了分析。结果表明,中间接头的确是电缆系统载流量计算限制条件之一。两个约束条件下的载流量与环境温度的关系曲线将相交于一点,当环境温度小于该点对应温度值时,接头载流量的决定性约束条件为绝缘层内外表面最大允许温差;当环境温度大于该点对应温度值时,接头载流量的决定性约束条件为接头导体最大允许温度。研究结果可为直流电缆系统运行与载流量设计提供参考。     

电缆接头偏心情况下的表面温度分布及统计特性研究

电缆接头偏心导致绝缘性能变差和局部过热,加速绝缘老化和击穿,严重时会造成电缆爆炸。因此,文中提出了一种基于表面温度统计特性的表征电缆接头偏心情况的方法,首先建立了电缆接头的电磁—热多物理场模型,在验证模型准确性的基础上,仿真验证了利用表面温度统计特性表征电缆接头偏心程度的有效性;其次,搭建了电缆接头偏心模拟试验平台,试验分析了不同偏心度下的温度概率密度曲线分布规律。结果表明:利用电缆接头表面温度统计特性能够较好的反映电缆接头偏心情况,且可利用统计参数与电缆偏心程度间的数学关系逆向推知电缆接头偏心度。     

基于连续多阶跃的电缆中间接头温度仿真计算

针对电缆试验平台验证电缆接头温度在线监测系统具有较大局限性的问题,采用ANSYS有限元仿真软件建立某地区的电缆中间接头模型,并对其温度场进行了仿真.仿真结果表明,实际运行中的电缆温度最高处达到48℃;接触电阻提高时,电缆接头的最大温升为13℃;提升电缆接头的接触电阻,会使电缆温度大幅提升,并接近安全运行的温度极限.     

电力电缆运行温度场变化及在线监测技术研究

电力电缆在高压和大电流状态下长期运行,由于各种故障引起的温度升高会导致电缆过热或绝缘性能下降。文中在分析电缆结构和温度场的基础上,建立了电缆温度场有限元模型,完成了电缆沟敷设和电缆中间接头的热分析,通过热分析确定其过热位置,为温度传感器的布置提供理论支持。完成了电缆沟温度在线监测系统设计方案,能够实时采集电缆沟温度数据。该研究为电力电缆智能化监测的发展提供了参考和借鉴。     

高频冲击电压对XLPE电缆介电响应特性的影响

目前城市中广泛使用的电缆在操作时会承受一定的过电压,在实际运行中常出现因操作过电压引起的电缆中间接头爆炸现象,严重影响了电力系统的安全稳定运行。为了研究操作过电压中的高频部分对电缆绝缘状态的影响,选取了典型型号电缆中间接头处的XLPE材料作为研究对象,并对其进行了切片处理。采用介电响应法对电缆老化后绝缘状态进行测试分析,并利用红外傅里叶光谱法(FTIR)对结果进行了验证。分析实验结果可知,XLPE材料在冲击老化过程中会促进交联剂DCP的分解,增加杂质粒子造成的界面,可能造成潜在的击穿通道。因此,在日常运行中应关注高频冲击电压对电缆中间接头绝缘状态的影响,加强技术监督措施,防止发生运行故障。     

绝缘老化对自熔式电缆中间接头界面电场及温度场分布的影响*

自熔式电缆中间接头交联聚乙烯和三元乙丙橡胶绝缘老化,使其之间的界面性能发生劣化,为研究绝缘老化对复合界面处电场和温度分布的影响,以10 kV自熔式电缆中间接头为研究对象,采用COMSOL Multiphysics仿真软件建立仿真模型,分别计算了老化前后复合界面有无气隙时的电场和温度场分布特性。结果表明：自熔式电缆中间接头复合界面熔融接触时,复合界面处电场分布均匀,径向温度由内到外逐渐降低,符合热传导规律。绝缘老化前,复合界面存在气隙时,其电场与温度场均会发生严重畸变。绝缘老化后,界面处的电场及温度均有所增加,且气隙处的电场和温度上升更明显。     

缺陷对电缆中间接头温度分布影响的仿真研究

电缆中间接头在制造或者安装的过程中易产生缺陷,导致局部温度上升而加速绝缘老化,对电力系统的稳定运行造成威胁。但实际中无法直接测量电缆接头内部的温度,因此有必要对电缆接头的内部温度分布进行仿真研究。利用ANSYS软件建立了电缆中间接头以及其内部存在缺陷的二维、三维物理模型,并对其进行温度场仿真分析。结果表明:当电缆中间接头不存在缺陷时,其温度沿径向自内向外逐渐降低,轴向温度自中心位置向两边逐渐降低;当电缆中间接头中的交联聚乙烯/硅橡胶界面存在气隙、水汽、导电颗粒时,接头内部局部温度受缺陷处材料热导率的影响;气隙的尺寸越大,对局部温度的影响越大,局部升温范围是气隙本身尺寸的5倍;气隙位置越靠近接头两侧,局部升温越高。     

含防爆盒的三芯电缆中间接头散热性能及载流量研究

为了避免电缆遭受外力破坏,防止中间接头故障后蔓延至临近电缆,电缆中间接头需加装防爆盒,如此势必延长中间接头热传导的路径,影响其散热性能。为了进一步探究配电网三芯电缆中间接头加装防爆盒后的温度及载流特性,本文以20kV三芯电缆中间接头为例,建立考虑接触电阻的三芯电缆中间接头磁-热耦合模型,计算了289A电流下含防爆盒的中间接头温升,对比运行数据验证了仿真计算的准确性,然后进一步分析了防爆盒对中间接头载流量的影响规律。结果表明：防爆盒内的空腔会大大降低中间接头的散热性能,相比于电缆本体时,载流量约下降37.1%,而灌注环氧树脂ab胶后,可以大幅度增强中间接头的散热,相对于未灌胶时载流量提升近41.1%。研究结果可为防爆盒的设计及中间接头运维的制定提供参考,有益于电缆的安全稳定运行。     

110kV电缆中间接头载流能力计算与实验分析

为了评估110 kV电压等级电缆中间接头的载流能力,采用热路法分析了中间接头与电缆本体的径向导热差异,及中间接头轴向传热的影响范围。基于理论分析,建立了有限长中间接头1/2轴切面几何模型,利用有限元仿真工具,迭代计算了中间接头载流量。模拟空气敷设环境,进行了大电流温升实验,得到了中间接头局部温度分布规律。研究结果表明:中间接头径向温差大于电缆本体径向温差,对应中间接头径向热阻大于电缆本体径向热阻;中间接头轴向传热影响范围小,靠近中间接头的电缆本体导体温度轴向分布均匀;随着负荷增大,中间接头与电缆本体的导体温差增大;空气敷设环境下,考虑中间接头的110 kV电缆线路载流量降低145 A;采用有限长轴切面几何模型仿真计算中间接头导体温度,计算相对误差小于6%。该研究结果可以为电力调度及运行维护部门考量电缆中间接头对110 kV电缆线路载流量的限制作用提供参考。     

不同种类中压电缆中间接头的电-热场仿真分析*

为了对比研究冷缩式中间接头、模塑熔接中间接头（Mold Melt Joint,MMJ）和自熔式中间接头绝缘界面处电场分布以及径向温度分布,采用COMSOL Multiphysics仿真软件分别建立三种接头的三维仿真模型,对电场和温度场进行计算分析。结果表明：三种电缆中间接头电场强度最大处均为交联聚乙烯（Crosslinked Polyethylene,XLPE）绝缘内侧,冷缩式中间接头绝缘界面处产生空间电荷积聚,电场发生严重畸变;MMJ中间接头的绝缘部分采用与原电缆绝缘相同的XLPE材料,得益于“一体化”的绝缘结构,复合界面处的电场分布均匀;自熔式中间接头电场强度略有降低,表明自熔式中间接头具有良好的电气稳定性。三种电缆中间接头径向温度呈对称分布,且由内部热源向外部环境降低,符合热传导规律,其中自熔式中间接头散热效果最好,界面处温度较低,电气可靠性较高。