高载流量柔性直流电缆绝缘料关键性能研究

为实现高压柔性直流电缆绝缘材料国产化,文中通过添加纳米粒子方法制备了高载流量(工作温度90℃)柔性直流电缆绝缘料试样,开展了空间电荷、电阻率、直流击穿电场强度等关键电气性能指标的试验研究,并与高压交流电缆绝缘料和国外柔直电缆绝缘料这2种材料的相应试验结果进行了对比分析。结果表明,该柔直电缆绝缘料在常温(20℃)和高温(90℃)下具有良好的空间电荷抑制性能,电场畸变率小于5%;与其他2种材料相比,该绝缘料在高温下的电阻率增加约10倍、电阻率温度系数下降约1/3,能够降低柔直电缆的热损耗并有利于整个柔直电缆系统的绝缘设计;该绝缘料在高温下的直流击穿电场强度为其他2种材料的1.27～1.6倍。研究表明,该柔直电缆绝缘料电气性能优异,能够用于工作温度90℃的柔直电缆绝缘。     

高压单相电缆的白蚁防治及维护

广东湛江电厂有4台220 kV主变压器和2台220 kV启动备用变压器,其高压侧皆通过220 kVXLPE高压单相电缆连至升压站,共计6组18根。根据电缆运行技术要求,电缆外护套必须绝缘良好(>0.5 M/km),运行中金属内护层必须一点接地,严禁两点接地。 自机组陆续投产以来,上述电缆的外护套绝缘开始时一直良好,但从最近2,3年的检测结果发现其中一些电缆的外护套绝缘每况愈下,尤其是较早投产的2号主变C相电缆,其外护套绝缘已降至0.01 M以下。 单相电缆外护套绝缘太低最直接的后果是在较高的金属内护层感应电压下外护套被击穿,从而导致金属内护层多…     

110 kV阻燃聚乙烯高压电缆阻燃性能研究

对不同阻燃体系的聚乙烯外护套、沥青涂覆量、电缆规格以及阻燃半导电层的110 kV高压电缆阻燃性能进行了研究.通过成束燃烧试验碳化高度的试验数据对比分析,结果表明阻燃聚乙烯护套高压电缆的阻燃性能与外护套材料阻燃体系、沥青涂覆量、电缆规格、半导电层阻燃性能密切相关.     

320kV交联聚乙烯直流电缆用国产基料选型研究

目前,320 kV交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)直流电缆是已投运的最高电压等级的柔性直流电缆。XLPE高压直流电缆是柔性直流输电系统的核心设备,将XLPE高压直流电缆绝缘基料国产化具有重要意义。该文测量与评估了多种国内知名厂家生产的绝缘基料的直流击穿电场强度、空间电荷特性与直流电导率,对比国外超净基料、绝缘材料(超净基料+2%交联剂)对应电性能指标,优选出了两种国产基料,确定了320kV XLPE直流电缆绝缘料用基料国产化的可行性。最后,详细研究了国产基料直流电导率参数,确定了适合于国产基料的电导率拟合函数。     

320kV国产交联聚乙烯绝缘料高压直流电缆设计

为促进国产交联聚乙烯绝缘料在高压直流电缆绝缘中的应用,根据实验数据推导出国产交联聚乙烯绝缘料的电导率方程,得到了电导率与温度和电场之间的关系;实验测得五种不同厚度薄试样的击穿场强,根据双参数威布尔分布推导出绝缘料的击穿场强与厚度的关系,得出厚度为26 mm下绝缘材料的击穿场强;根据TICW 7.2标准设计出320 kV高压直流电缆的结构,利用Comsol Multiphysics软件仿真得出电缆在不同负荷状态下的电场和温度场分布。仿真结果表明:当导体绝缘内温差大于5.3℃时,绝缘外部场强开始高于内部场强;当导体温度为70℃时,绝缘内部电场最大值为15.1 kV/mm,远低于材料的击穿场强。通过仿真分析,为成功设计320 kV高压直流电缆提供参考。     

母料制备环境洁净度对高压直流电缆绝缘材料性能的影响

分别在非超净环境和百级超净环境中制备洁净度不同的两种直流电缆绝缘母料,通过高压电缆绝缘料生产线分别制备非超净直流绝缘料和超净直流电缆绝缘料,对比分析两种直流绝缘料的洁净度、空间电荷、不同温度下的体积电阻率以及直流击穿强度。结果表明:直流电缆绝缘母料制备环境洁净度直接影响着直流电缆绝缘料的洁净度,并对直流电缆绝缘料的空间电荷、不同温度下的体积电阻率和直流击穿强度有较大的负面影响。     

±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.     

高压直流电缆系统安全裕度试验研究

掌握高压直流电缆系统的安全裕度是保证电缆线路长期安全运行的前提条件。为获取高压直流电缆系统的最高使用电压,文中测试了电缆绝缘和附件绝缘的电导率,得出了电导率对温度和电场强度的依赖关系,并求出了电导率表达式。以±80 kV高压直流电缆系统为研究对象,提出了电缆系统安全裕度试验方法,采用逐级加压的方式测试了电缆系统在最高运行温度90℃下的击穿电压。根据电缆绝缘和附件绝缘的电导率计算了电缆系统击穿时的电场分布,通过对比电缆系统击穿时的电场强度与长期运行所需承受的电场强度,获得了电缆系统的安全裕度。研究表明,文中提出的试验方法能够获得高压直流电缆系统安全裕度,研究结果可为高压直流电缆工程的安全运行提供理论和试验依据。     

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。     

500 kV直流电缆接头增强绝缘设计关键参数及其控制研究

500 kV直流电缆接头设计的核心内容是增强绝缘的材料性能和几何结构.本文计算和仿真了直流电缆接头内电缆主绝缘与增强绝缘双层介质的电场分布特征,分析了直流电缆接头由界面放电引起的击穿故障的发展机理,测试了直流电缆接头中的交联聚乙烯(XLPE)与硅橡胶(SR)介质界面的击穿特性.结果表明:增强绝缘与电缆接头主绝缘的电导率和界面切向电场强度是增强绝缘设计的关键参数;增强绝缘材料的电导率在温度和电场容许范围内应始终小于XLPE;主绝缘与增强绝缘界面的切向电场强度是影响直流电缆接头运行可靠性的关键控制参数,在最不利的条件下其阈值为2.5 kV/mm.研究结果为解决直流电缆接头尤其是增强绝缘的设计问题提供了新方法.     

27. 5 kV 电缆金属护层雷击特性的建模与仿真

基于行波理论,通过仿真计算不同分段情况下27.5 kV电缆分布式参数等效模型上雷电流波传播的速度,对比验证模型的准确性。通过理论计算确定金属护层装设护层保护器的必要性和护层保护器装设在首端的合理性。在此基础上,采用仿真软件研究雷电流波经接触网入侵电缆线芯时电缆长度、金属护层末端接地电阻和线芯末端阻抗对金属护层雷击感应电压的影响。结果表明,长度约为800 m的电缆其金属护层雷击感应电压最大值的平均值最小;接地电阻在2.5～3Ω内时,电缆金属护层雷击感应电压最大值的平均值最小,且均低于25 kV,当接地电阻超过5Ω时,外护套冲击耐受电压小于电缆金属护层雷击感应电压最大值,可导致外护套击穿;当接有较大容性阻抗或电缆末端短路,外护套冲击耐受电压远小于金属护层雷击感应电压,而接有较大感性阻抗或电缆末端开路时,金属护层雷击感应电压低于外护套冲击耐受电压。     

电力电缆讲座第一讲电缆的结构和特性(下)

5电缆护层 5.1电缆护层的作用 电缆护层是覆盖在电缆绝缘外面的保护层,它和导体、绝缘统称为电缆的三大组成部分.电缆护层包括护套和外护层.护套的作用是阻止水分、潮气和其它有害物质侵入绝缘层,以确保绝缘性能不变.外护层能够增加电缆受拉、抗压的机械强度,并对护套起到防腐蚀和免受各种环境因素损坏的作用.     

直流耐压试验对交联聚乙烯电缆绝缘的危害性

聚合物绝缘介质中存在着大量的电荷陷阱，在直流电场的作用下，电荷的注入或添加剂的电离化，在绝缘中形成了严重的空间电荷效应。通过试样击穿的极性效应、ＸＬＰＥ电缆绝缘中空间电荷分布的测量，阐明空间电荷对电场的畸变，畸变可使绝缘中的最大电场强度达到击穿强度。通过聚乙烯的直流击穿电场强度和预压短路击穿电场强度的比较，说明短路放电也可以引起电缆绝缘的击穿或损伤。     

500kV XLPE海底电缆线路的暂态电压及绝缘配合研究

基于舟山混联输电线路工程,应用PSCAD/EMTDC软件,建模仿真研究了500 kV交联聚乙烯海底电缆绝缘和内(绝缘)护层上的各类暂态电压和绝缘配合问题,计算了断路器合闸操作、断路器重击穿和雷电流侵入时电缆绝缘及内护层上暂态电压的分布特性,分析了短路及故障电流、电缆中间段金属护套与铠装短接、电缆接地体阻抗等对电缆内护层感应电压的影响。结果表明:操作空载线路和最大雷电流侵入在电缆绝缘上可分别产生最高850 kV的操作暂态过电压和1 230 kV雷电暂态过电压,通过在断路器上加装合闸电阻和(或)在电缆上并联合适电抗器可以有效限制操作暂态电压;单相金属性短路故障和最大雷电流侵入在电缆内护层可分别产生最高7.5 kV和11.4 kV的暂态电压,电缆中间段金属护套与铠装短接方式可减小电缆内护层上约1/3的暂态电压,而电缆两端三相集中接地体的阻抗对电缆内护层上暂态电压的影响可忽略,各种暂态下电缆绝缘和内护层的绝缘配合满足500 kV电缆的相关标准要求。     

基于VSC-HVDC输电的直流电缆护套过电压建模

高压柔性直流(voltage-sourced converter-based high voltage direct current,VSC-HVDC)输电的直流电缆发生护套过电压可使屏蔽层击穿,导致电缆报废。为此,基于导纳矩阵,建立了直流陆缆的数学模型,给出了各参数的计算方法;同时,依托于厦门高压柔性直流输电示范工程,通过陆缆的级联模型和简化的交流源放电电路对不同工况的比较,具体地仿真分析了电缆主绝缘击穿时金属护套上的过电压特性。结果表明:分布参数电缆的模块化级联模型能够用于电缆主绝缘击穿时的仿真计算;高压柔性直流输电系统中当陆缆主绝缘击穿时,其护套过电压为高频电压,且达到kV量级,持续时间仅为2~3 ms;故障点距离换流站越近,护套过电压产生的应力就越大。因此,高压直流电缆的设计中必须考虑护套过电压保护,以确保屏蔽层不被击穿。     

绝缘料电阻率对直流电缆电场分布影响及其调控

直流电缆在运行过程中,由于绝缘层中温度梯度的存在和绝缘料电阻率负温度系数特性会造成绝缘层中电场分布反转,从而增加直流电缆绝缘结构设计的困难。基于100 k V直流电缆结构参数并结合理论推导,采用仿真模拟分析了绝缘层温差、绝缘料电阻率温度系数和电场强度系数对直流电缆电场分布的影响。提出了基于纳米复合技术的直流电缆绝缘料电阻率温度系数调控方法。结果表明,降低绝缘料电阻率温度系数能够有效抑制直流电缆绝缘层中的电场分布反转,并降低直流电缆正常运行时的最大场强;通过纳米复合技术在纳米颗粒与绝缘基体的界面区引入深陷阱能有效抑制高温下绝缘料电阻率的下降,从而降低其电阻率温度系数。     

铝护套结构对XLPE电缆绝缘屏蔽层悬浮电位影响

为研究电缆铝护套结构对绝缘屏蔽层悬浮电位以及缓冲层间电场强度的影响,优化电缆铝护套结构进而降低缓冲层烧蚀缺陷的严重程度,本文建立缓冲层分压模型以及Comsol仿真模型,分析在缓冲层白斑缺陷出现后,计算不同电缆铝护套结构下的绝缘屏蔽层悬浮电位以及缓冲层电场强度。仿真和理论分析结果表明铝护套最小内径φmin和铝护套波谷处曲率K与绝缘屏蔽层悬浮电位以及缓冲层间电场强度有如下关系：φmin和K越小,绝缘屏蔽层悬浮电位越小,缓冲层间电场强度降低,其中φmin的影响更明显;以本文缺陷电缆为例,仿真定量分析得出φmin和K优化后绝缘屏蔽层悬浮电位分别下降了30%、13.7%;缓冲层间电场强度分别下降了30.3%、13%。     

多端柔性直流输电系统中±160kV XLPE绝缘电缆系统设计与选型

因地理条件限制,南澳±160 kV多端柔性直流输电示范工程(简称南澳柔直工程)中多个换流站之间无法采用传统全电缆线路实施连接。针对这一问题,制订了XLPE绝缘电缆和架空线相结合的直流输电线路设计选型方案,提出电缆系统的避雷器配置方案,并通过PSCAD/EMTDC软件仿真计算了直流电缆系统可能承受的操作冲击和架空线雷电侵入过电压水平。结果表明:混合线路中±160 kV直流电缆系统的绝缘设计主要受同极性操作冲击过电压和反极性雷电侵入过电压控制,最大过电压水平分别为285.6 kV和336.7 kV。基于换流站直流主设备绝缘配合的统筹考虑,提出保护用避雷器的操作和雷电保护水平分别为295 kV和325 kV,进而确定±160 kV直流电缆系统的同极性叠加操作冲击和反极性叠加雷电冲击耐受电压值分别为450 kV和390 kV。研究结果被成功应用于南澳柔直工程,并用于指导更高电压等级的柔性直流输电用电力电缆的研发。     

临界反转温差约束下66 kV交流XLPE电缆改为直流运行的电压等级和载流量分析

准确有效地评估交流电缆改为直流运行时的增容效果对电缆交改直后的安全运行至关重要。现有研究主要基于缆芯温度70℃为阈值确定交改直的电压等级和载流量,并未考虑绝缘层的稳态电场强度。因此,文中综合考虑临界反转时稳态电场强度较小和温升限值约束,提出了以绝缘层中的电场强度5 MV/m为限值的交改直电压等级和载流量判定方法;并且以66 kV交流XLPE电缆为例进行仿真计算,分析了直埋土壤敷设下交流电缆改为单极直流和双极直流运行时的增容效果。研究结果表明:当电缆在直埋土壤敷设下以66 kV单极直流运行和双极直流运行时,最大输送功率分别为改造前的1.53倍和1.12倍。所采用的分析方法可为电缆线路交改直工程提供一定的参考。     

关于500kV电缆护层过电压计算方法的探讨

东北元辽海500kV输变电工程采用了国产500kV的油浸纸绝缘塑料护套电缆,这在我国还是首次。该电缆要求以金属护套一端接地的方式运行,这在国外也尚未见应用。为分析电缆护层的运行条件、对电缆设计提出合理的技术要求和确定护层的保护方案,我们曾进行了计算和试验,并在此基础上计论了藤仓公式。