±500 kV直流电缆负荷循环系统温度控制仿真研究

直流电缆负荷循环系统是开展全尺寸电缆绝缘材料性能研究的重要设备,核心功能是实现绝缘层温度梯度和导体温度的精确控制。为了研究±500 kV直流电缆负荷循环系统中控温介质的流速对绝缘层温度梯度和导体温度的影响,在COMSOL Multiphysics中建立了水循环回路的有限元模型,对直流电缆、循环水及保温水管开展了热流固耦合仿真。通过改变水的流速,研究了绝缘层温度梯度和导体温度的轴向差异变化情况,并对水温和线芯电流进行了修正。结果表明:增大水的流速有利于降低水温的波动,当流速为0.3 m/s以上时,绝缘层温度梯度和导体温度的轴向差异均低于1℃;给出了迭代计算水温和线芯电流的方法,从而将绝缘层温度梯度和导体温度的误差均控制在±1℃以内,满足系统对控温精度的要求。     

纳米粒子对交联聚乙烯直流电缆中绝缘电阻率温度系数的影响

In order to reduce the variation of resistivity with temperature, nano fillers were added into the crosslinked polyethylene（XLPE） cable insulation material to decrease the temperature coefficient of resistivity. The effect of nano fillers on the property was verified by comparing with the traditional XLPE insulation material. Based on the obtained electric-thermal properties data, the distribution of electric field intensity in the 100 kV DC cable insulation layer with low temperature coefficient of resistivity was simulated. The results show that the doping of nano fillers reduces the sensibility of XLPE on temperature, and decreases the distortion rate of electric field in the cable insulation. It is proved that the nanoparticles have certain effect on the temperature coefficient of resistivity for XLPE.     

交联聚乙烯绝缘高压直流电缆电场分布计算

为设计交联聚乙烯(XLPE)绝缘高压直流电缆的结构,在实验基础上总结出进口高压直流电缆XLPE绝缘材料的电导特性方程,利用COMSOL Multiphysics软件通过电场和热场耦合仿真计算了电缆在不同负荷下的电场分布。研究表明,在电场强度较低和较高时,进口高压直流电缆XLPE绝缘材料的电导率随温度变化明显,电场强度变化几乎不对其产生影响;在某一电场强度范围内,温度和电场强度的改变均会使XLPE的电导率发生明显变化,该场强范围随温度而变化;所设计高压直流电缆在两种敷设环境下100%负荷时电场分布均匀;在电缆传输电流较大时,电缆XLPE绝缘内的温度梯度增大,电缆绝缘外表面处电场强度最大。基于有限元法的多物理场耦合仿真计算是研究XLPE绝缘高压直流电缆电场分布的有效手段。     

±500 kV高压直流XLPE电缆温度分布及其影响因素研究

温度分布是直流电缆运维检修的重要参数之一。由于高压直流输电起步较晚,高压直流电缆的研究不如交流电缆丰富、深入,因此对其温度分布影响因素的研究具有重要意义。通过Comsol有限元软件建立二维对称模型,计算±500 kV高压直流XLPE电缆稳态运行时的温度分布,求出适合电缆长期运行的载流量,并从载流量和环境温度两方面研究温度分布变化。仿真结果表明：载流量对温度分布变化具有较大的影响,当环境温度高于15℃时,导体温度约束载流量大小,环境温度低于15℃时,绝缘层最大允许温差约束载流量大小。最后通过实验验证了仿真的正确性。     

直流XLPE电缆绝缘中空间电荷的抑制方法综述

交联聚乙烯(XLPE)因其优异的介电、理化性能而被广泛应用于电缆绝缘领域。在电缆的服役过程中,电缆绝缘内部会积聚空间电荷,严重时可引发电场畸变,导致电缆击穿事故发生。对于直流XLPE电缆,空间电荷的积聚及影响更加不容忽视。针对直流XLPE电缆绝缘中产生的空间电荷积聚效应,目前学界主要采用共混改性、聚合物链段接枝极性基团、纳米掺杂改性及制备高纯净绝缘料等方法来进行控制,改性后的直流XLPE电缆绝缘对空间电荷产生的抑制效果均有所提升。文中首先对上述直流XLPE电缆绝缘中空间电荷的抑制方法进行综述,介绍其抑制原理以及相应的抑制效果,然后对比总结不同抑制空间电荷方法的优缺点,最后对未来直流XLPE电缆绝缘中空间电荷抑制方法的研究发展作出展望。     

基于国产交联聚乙烯绝缘材料的直流模型电缆电性能研究

为更有效模拟电缆的构造及生产过程,针对优选的国产低密度聚乙烯绝缘基料(以下简称LDPE试样),采用热贴合方法将LDPE试样(含交联剂)分别与两种已在直流电缆中应用的屏蔽料试样(均含交联剂)制备成薄片试样,开展在高场强不同温度下的空间电荷特性对比研究,优选一种适于国产基料的屏蔽料。在此基础上,试制了基于国产绝缘料的直流模型电缆,经脱气处理后开展模型电缆空间电荷测量及直流击穿实验,评估国产绝缘料作为直流电缆绝缘料的可行性。结果表明:采用国产绝缘料和与之兼容的半导电屏蔽料可以满足高压直流电缆的绝缘性能要求。     

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...     

硅橡胶电导特性对XLPE绝缘高压直流电缆中间接头内电场分布的影响

为改善交联聚乙烯（XLPE）绝缘高压直流电缆中间接头内的电场分布,通过添加纳米填料制备了用于制作电缆接头应力控制体的非线性硅橡胶复合材料。建立了高压直流电缆接头仿真模型,测试了各绝缘材料的电导特性,计算了电缆接头内的电场分布。研究结果表明,70 ℃时在各场强下未改性硅橡胶的电导率都小于高压直流电缆XLPE绝缘,故电缆接头内的最高场强点位于硅橡胶增强绝缘内,且最大场强远大于电缆本体绝缘的平均场强;以非线性硅橡胶做应力控制体增强绝缘时,超过一定场强后增强绝缘的电导率明显大于XLPE绝缘,保证了电缆接头内最高场强点永远位于XLPE绝缘内,且接近于平均场强。     

描述高压直流电缆绝缘材料电导率的公式比较

以高压直流交联聚乙烯(cross-linked polymeric,XLPE)电缆为研究对象,研究讨论了现阶段描述直流电压下绝缘材料电导率公式对XLPE材料的适用情况。首先基于两种不同电导率公式推导了稳态下高压直流电缆中电场反转的临界温差、绝缘层温度分布、电场、电导率和距离电缆中心的乘积以及绝缘层电场分布,并通过比较有限元仿真结果和公式计算结果证明了所推公式的可靠性。然后通过对不同电导率公式计算值的比较,以及不同公式在相同条件下引起的绝缘材料热电特性,证明了公式互换的可能性。     

直流交联聚乙烯电缆泄漏电流试验特性研究

为研究直流电压下交联聚乙烯(XLPE)电缆出现绝缘缺陷时的泄漏电流特性,模拟高压XLPE电缆常见缺陷,设计并制作了主绝缘外表面划伤、高压端导体毛刺、绝缘内部气隙和外半导电层残留四类典型绝缘缺陷模型,仿真研究了不同缺陷下的电场与电导率分布特性。采用阶梯升压法在直流电压下进行泄漏电流试验,讨论了稳态泄漏电流与电压关系,并对泄漏电流-时间曲线进行波形分析。仿真及试验结果表明:导体毛刺缺陷电场与电导率畸变最严重,绝缘表面划伤缺陷与绝缘内部气隙缺陷畸变程度次之;导体毛刺缺陷泄漏电流增长速度随电压升高明显加快;泄漏电流波动程度随电压升高而增大,但电压升至一定程度后绝缘表面划伤缺陷和导体毛刺缺陷的泄漏电流波动有所减小;不同类型缺陷的各频带小波包系数能量存在差异。     

中国交联聚乙烯绝缘高压直流电缆发展的三级跳: 从160 kV到200 kV再到320 kV

自2012年起,先后有±160 kV、±200 kV及 ±320 kV 交联聚乙烯（XLPE）绝缘的高压直流电缆投入了柔性直流输电工程应用或进入现场敷设。它们分别是：2013年12月投入运行的南澳三端柔性直流输电工程,采用37 km的±160 kV直流海底和直流陆地电缆,用于连接南澳岛大型风场与陆地电网;2014年6月投入运行的舟山±200 kV多端柔性直流输电工程,海底电缆总长度达到294 km;正在建设的厦门±320 kV柔性直流输电工程,电缆总长度21 km,计划于2015年12月投入运行。以上三项柔性直流输电工程的成功建设与运行,也使中国的挤出绝缘高压直流电缆在电压等级上实现了三级跳式的跨越。本文介绍了XLPE绝缘高压直流电缆研发过程中针对材料特性、空间电荷分布、脱气及测试方法等方面的研究成果。并简要介绍了三个电压等级电缆现有柔性直流工程中的应用情况。     

皱纹铝套变形对挤包绝缘直流电缆电场分布的影响

为研究高压直流电缆皱纹铝套受力变形对电缆绝缘结构造成的损伤,以及在运行过程中对电气性能的影响,针对500 kV直流电缆开展绝缘线芯热膨胀测试和皱纹铝套压扁试验,确定皱纹铝套变形在绝缘线芯表面造成的缺陷情况。建立有限元模型,分析绝缘场强分布随温差变化情况,以及皱纹铝套变形导致绝缘线芯表面缺陷后的场强分布情况。仿真结果表明：电缆在负载过程中绝缘场强随着绝缘温差的变化而变化,此外绝缘表面存在缺陷会进一步导致场强畸变,且畸变程度与外加电压和绝缘温差有关。     

皱纹铝套变形对挤包绝缘直流电缆电场分布的影响

为研究高压直流电缆皱纹铝套受力变形对电缆绝缘结构造成的损伤,以及在运行过程中对电气性能的影响,针对500 kV直流电缆开展绝缘线芯热膨胀测试和皱纹铝套压扁试验,确定皱纹铝套变形在绝缘线芯表面造成的缺陷情况。建立有限元模型,分析绝缘场强分布随温差变化情况,以及皱纹铝套变形导致绝缘线芯表面缺陷后的场强分布情况。仿真结果表明：电缆在负载过程中绝缘场强随着绝缘温差的变化而变化,此外绝缘表面存在缺陷会进一步导致场强畸变,且畸变程度与外加电压和绝缘温差有关。     

单一极性直流电压下交联聚乙烯电力电缆水树生长特性

为研究直流电压极性对交联聚乙烯(XLPE)电力电缆水树生长特性的影响,对4种不同极性整流电压下的XLPE材料水树生长特性进行了对比分析。采用水针电极老化法,分别在正弦电压和4种整流电压下对XLPE薄片样本进行了加速水树老化。经过22 d时间的老化后,对样本进行了切片染色并观察了水树形态,对水树尺寸进行了测量统计。观测结果表明:不同极性整流电压作用下的水树尺寸和形态均存在明显差异;正极性下的水树宽度大于负极性下,水树长度却小于负极性下;正极性下的水树枝干分明,较为稀疏,水树区颜色较浅;负极性下的水树密集,枝干较粗,水树区颜色较深。基于以上观察,提出了整流电压下水树生长的离子扩散模型,认为水合离子在材料中的扩散对于水树老化过程起着重要作用。不同极性整流电压下,离子在聚合物中的扩散通量不同,通过水合带入的水分子数量不同,从而导致水树尺寸存在差异。     

我国发展直流海底电力电缆的前景

例举世界重要的海底电缆工程,表明其中大部分为直流海底电缆工程.叙述直流输电特点,着重以不同类型的直流和交流海缆载流量计算,证明直流海底电缆在输电容量、输电损耗和电缆线路长度限制方面显著优于交流海底电缆.肯定了我国发展直流海底电缆的必要性.有些运行条件下直流海底电缆会是优先的方案,甚至是唯一的选择.提出以发展直流交联聚乙烯(XLPE)海底电缆作为主要目标,并在比较不同类型海缆绝缘中的空间电荷对电场分布和电气绝缘性能影响和深入研究空间电荷积聚、抑制和移去机理基础上,积极研发抑制空间电荷积聚的XLPE绝缘料,作为关键技术突破,用于开发直流XLPE绝缘海底电缆,推进我国直流海底电力电缆的技术发展.     

型式试验对XLPE直流电缆绝缘性能的影响

取交联聚乙烯（XLPE）高压直流电缆主绝缘在径向内、中、外层3处切片,通过差示扫描量热法（DSC）对试样进行等效热历史建模,通过红外光谱（FTIR）、空间电荷、直流电气强度试验分析型式试验后电缆绝缘径向各处化学性能、电气性能的变化。结果表明：型式试验后,电缆主绝缘各层的等效热处理温度均约为70℃,绝缘中层和外层的等效热处理时间差距不大,而内层的等效热处理时间约为中层的581倍;电缆主绝缘各层的直流电气强度和化学性能变化不大;由于各层等效热处理时间不同,绝缘内层的杂质、极性小分子等物质持续不断地从内层扩散到中层,使中层异极性空间电荷显著聚集。     

XLPE电缆在线监测系统设计

阐述了水树枝的定义和直流分量法的原理,并重点论述了基于直流分量法的交联聚乙烯（XLPE）电缆在线监测系统的设计,即被测试的信号经过I/U转换电路、PEC8000型PLC模块进行数据采集,最后通过MCGS组态软件和平板电脑实现人机交互.同时充分考虑了便携性、抗干扰特性、安全性以及易用性等要素,合理设计了整个系统的外观、封装、接口等.现场实际应用验证,设计的监测系统能对多条电缆的老化状况作出准确地评估.     

XLPE电缆线芯温度计算方法研究

为实时掌握交联聚乙烯(XLPE)配电电缆的运行状态及其载流量,对电缆线芯温度的计算方法进行了研究。针对配电电缆敷设距离较短的特点建立了单芯电缆集中参数稳态等效热路模型,并推导出线芯温度计算公式,通过实验验证了计算方法的有效性,同时对考虑暂态过程的电缆线芯温度计算方法进行了讨论,为电缆运行状态的在线监测提供了参考。     

我国高压及超高压交联聚乙烯绝缘电力电缆的应用与发展

本文介绍我国 110 k V及 2 2 0 k V交联聚乙烯 (XL PE)绝缘电缆及其附件的发展。高压 XL PE电缆是我国城市电网建设与改造工程采用地下电缆输电系统的首选产品。本文叙述 XL PE电缆的绝缘设计原则、绝缘质量控制要求 ,特别是绝缘中杂质、微孔以及绝缘与半导电屏蔽界面的微孔与凸起、绝缘收缩与交联工艺的关系 ,及电缆附件的选型与预制附件橡胶应力锥的设计方法。介绍了我国特大城市 ,上海、北京与广州高压电缆系统的应用情况。最后对我国 110 k V及 2 2 0 k V XL PE电缆及附件进一步发展以及 5 0 0 k V XL PE电缆系统发展与应用前景作了预测