加装保护盒的高压电缆接头散热措施

针对高压电缆接头加装保护盒后的过热问题,对电缆接头的传热特征进行理论分析,根据散热路径的不同,提出在保护盒腔体内填充导热胶体和在电缆本体段增加风机的2种散热措施。应用有限元软件建立电缆接头的二维轴对称仿真模型,迭代计算接头及本体的导体温度,分析2种措施的散热改进效果。结果表明:相比于无散热措施的情况,2种不同原理的散热措施均能显著降低电缆接头的导体温度;但是,当填充介质的导热系数超过1 W/(m·K),或风速超过5 m/s时,电缆接头的散热改进效果几乎相同,线路载流量的提升增幅约为1%。     

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。     

基于多物理场的防爆盒对10kV三芯电缆中间接头温升影响研究北大核心CSCD

中间接头是电缆温升严重的环节之一。为了研究防爆盒的使用是否会进一步加剧中间接头的温升,针对城市供配电系统中广泛应用的10 kV三芯电缆中间接头,采用有限元方法建立了三维多物理场仿真模型。分析了防爆盒对接头温升的影响过程、不同防爆盒体积下接头的温升规律、填充石英砂颗粒对接头的降温效果。研究表明:防爆盒内空气受热上浮造成电缆接头局部集中加热,会进一步加剧接头温升;防爆盒体积足够大时,内部形成空气流动通道有利于降低接头温度;防爆盒内填充石英砂颗粒时接头最高温度仅为55℃,比无防爆盒时下降9.5℃。将仿真结果和试验结果进行对比,相对误差在±10%以内,满足工程误差要求。研究结果可为防爆盒在10 kV三芯电缆中间接头的应用和选型提供参考。     

防爆防火保护盒对电缆接头载流量的影响

随着电缆线路的广泛应用,因接头原因导致的故障和事故越来越多.在高压电缆接头处安装防爆防火保护盒,可有效降低电缆接头爆炸造成的危害.文章针对接头保护盒对载流量的影响情况,建立仿真模型,对比分析安装接头保护盒前后的载流量,并在实验室进行了试验验证.研究结果表明,安装铝镁合金防爆防火保护盒的接头载流量会降低４％左右,说明防爆防火保护盒对电缆线路载流量有一定影响,但影响不大。     

高压电缆中间接头轴向传热的实验研究

高压电缆接头加载电流达到稳态时,电缆接头及附近本体导体沿轴向存在温度分布梯度,载荷能力和玻璃钢保护壳的引入对此温度分布存在影响。为研究载荷能力和玻璃钢保护壳的引入对电缆接头轴向传热过程的影响,建立了电缆接头的简化热路模型,分析了接头内部的热传递特点,并搭建了高压电缆接头温升实验平台,分别完成了引入玻璃钢保护壳前后电缆接头不同载荷水平下的稳态温升试验。实验结果表明,玻璃钢保护壳的引入降低了电缆接头主体内导体温度沿轴向的下降速度;当电缆接头运行在更高的负荷下时,电缆接头整体温度和轴向温差均增大,接头主体部分的导体温度变化率也随之增大,且附近本体导体温度沿轴向波动更加明显。玻璃钢保护壳的引入和载荷水平的提高均增大了接头轴向传热对电缆本体导体沿轴向的温度分布的影响程度和影响范围。     

10kV电缆冷缩接头密封不良故障分析及处理

1故障现象 2006年1月至3月,我公司所属某220kV变电站10kV电缆线路中的3个冷缩接头接连发生了3次爆炸故障。该电缆型号为YJV22—3×300mm^2-8．7／15kV,线路总长1830m,采用直埋敷设方式,接头制作完成后,均采用了砌砖结构的保护盒。保护盒内填充干燥的细沙,上面盖有水泥盖板加以保护。该电缆线路敷设在城市道路旁的人行道下面,平均埋深0．7m,电缆接头的埋深也是0．7m。电缆接头周围土壤湿度正常,并且没有影响接头正常运行的震动、地热、腐蚀等环境因素,环境温度一年四季分明,雨量较南方地区偏少。     

穿管线路中填充材料与管径对电缆导体温度的影响

对于穿管敷设电缆,采用管内填充低热阻材料可以有效提升电缆的载流量,消除线路的瓶颈点,目前缺乏对这种敷设方式下电缆载流量影响因素的研究。为此建立基于磁-热-流多场耦合的有限元仿真模型,并通过实验验证模型的准确性,分析管道尺寸、填充材料的导热性、填充材料的填充比例等因素对穿管敷设电缆导体温度的影响规律。主要研究结果表明：管道尺寸决定了管内空气气隙厚度,进而影响电缆导体温度;不同填充比例的填充材料对电缆导体温度的影响规律不一样,当填充比例由0增大至0.25时,电缆导体温度下降最为明显,此后填充比例的增大对电缆导体温度的影响相对较小。实际工程中,在满足线路载流量要求的前提下,可以选择合适的管缆比和填充材料的填充比例以达到最高经济效益,这可为穿管敷设的电缆线路载流量的核算及规划提供参考。     

高压电缆接头温度场分布的仿真计算

温度是制约电缆接头载流能力的直接因素,研究接头的温度场分布对实现接头载流能力的准确评估至关重要。论文建立了接头的二维轴向仿真模型,对不同负荷下接头进行温度场仿真分析,并设计了高压电缆接头稳态温升实验,实测了不同负荷下的接头稳态温度分布。最后,应用接头二维轴向仿真模型研究了环境温度、对流换热系数、主绝缘件和保护壳填充胶导热系数变化对接头稳态温度分布的影响,进而提出了电缆全线载流量的提升策略。实验和仿真结果对比表明,不同负荷下接头二维轴向仿真模型对接头导体温度的计算误差绝对值不超过10%。因此,采用接头二维轴向仿真模型计算接头温度场分布能够满足工程应用的需求。     

玻璃钢保护壳对电缆接头热场影响的实验分析

加载电流达到稳态时,高压电缆中间接头沿导体轴向方向存在温度梯度,是否安装玻璃钢保护壳对接头轴向温度分布存在一定影响。为此,分析玻璃钢保护壳的引入对电缆中间接头导体轴向温度分布的影响,设计了一套高压电缆大电流温升实验系统,完成了630 mm2电缆接头在有玻璃钢保护壳和无玻璃钢保护壳加载稳态电流的实验。实验结果表明,引入玻璃钢保护壳使电缆接头轴向及径向温差增大,接头对本体的影响范围也增大。     

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。     

110 kV高压电缆中间接头系列故障分析

以某110 kV高压电缆中间接头系列故障为研究对象,通过高频局部放电检测、实物解体、电缆性能检测等方法进行分析。在排除其他因素的影响后,认为故障的主要原因为导体金属屏蔽罩与导体压接管之间的连接编织铜线在运行中存在断裂或脱落,金属屏蔽罩在绝缘预制件内处于悬浮电位,导致金属屏蔽罩和电缆绝缘端部之间发生局部放电,并最终引起绝缘击穿。另外,结合本案例分析总结了国内电缆及接头故障的主要类型,以期对电力电缆线路的安装、运维、管理提供借鉴。     

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。     

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。     

基于材料导热系数的单芯高压电缆导体温度动态分析

电缆导体温度是电缆安全运行的重要参数,基于110 kV交联聚乙烯单芯电缆的稳态等效热路,运用节点法从理论上推导了稳态下电缆导体温度与各层结构材料的导热系数的关系式,利用归一化灵敏度原理分析了导体温度对电缆各层结构材料的导热系数改变的灵敏程度,并设计了阶跃电流温升试验。理论推导和分析试验数据得到:稳态时,电缆导体温度对各层结构材料导热系数的灵敏度与材料的导热系数成反比;稳态时电缆导体温度计算值对气隙层、绝缘层导热系数灵敏,而对垫层、外护套导热系数不灵敏。由此可为实现电缆导体温度和载流量的准确计算,如何准确选取电缆的物性参数提供参考。     

高压电缆接头压接缺陷下复合材料界面温度和应力变化规律的有限元计算

目前针对高压电缆接头压接缺陷故障发展机制主要从接触电阻过大进而引起过热的角度展开,少有加入应力耦合。然而,高压电缆接头的故障发展涉及到电-热-应力场相互耦合的复杂过程。运用有限元软件建立了220 kV高压电缆接头压接缺陷下的电-热-应力耦合模型,基于该模型主要研究了电缆接头压接缺陷等工况下复合材料界面温度和应力特性的变化规律。研究表明,电缆接头的温度和应力都随接触系数的增加而增加。相较于正常运行时,复合材料界面上的温度和应力均发生了二次畸变,其中应力畸变最明显,复合界面上靠近压接管处的应力值增长了63倍。结合220 kV高压电缆接头故障实例统计,认为压接缺陷引发复合材料界面应力的二次畸变是造成接头故障的重要原因。通过仿真计算得到了接头复合材料界面温度和应力随负荷电流和接触系数变化的多元拟合函数,可为存在压接缺陷故障评估提供经验参考。该研究对指导电缆接头的施工工艺改良和工程实际应用具有重要的理论意义及实用价值。     

直埋XLPE电缆在不同敷设条件下的温升与载流量仿真

土壤直埋因具有施工周期短、散热性能好等优点而被广泛应用于电力电缆的敷设。埋设过程中各种敷设条件对电缆的温升和载流量都有着重要影响,文中采用Comsol有限元仿真软件,以110 kV交联聚乙烯(cross-linked polyethylene, XLPE)电力电缆为研究对象,在直埋敷设的基础上考虑回填沙土、加盖混凝土保护板、装设套管等多种因素,建立包含电磁场、热场和流体场的耦合模型,分析这3种敷设条件对电缆温度场变化及载流量的影响。仿真结果表明：回填沙土会提升电缆载流量,随着回填沙土厚度的增加电缆载流量提升速度变缓;加盖混凝土保护板对载流量的影响较小,与不加盖时相比载流量提升幅度在0.5%以下;在排管内填充高导热材料会提升电缆载流量,相比于无填充情况,三相均填充高导热材料与中间相填充高导热材料、其他两相填充低导热材料时载流量的提升幅度均高于50%;在考虑上述因素同时存在情况下,有利于电缆载流量的提升。     

高温对交联聚乙烯电缆/硅橡胶预制件接头界面压力影响的仿真研究

高压电缆接头与电缆主绝缘间的握紧力是确保输电线路安全运行的关键。实际电缆及附件运行中的温升可能导致界面压力变化,但由于接头与电缆过盈配合,面压测量困难,难以实时检测面压和判断老化情况。针对电缆附件用硅橡胶绝缘,通过实际测量电缆绝缘交联聚乙烯及附件硅橡胶料在不同温度下的弹性模量值,基于塑性力学理论,利用ANSYS软件建立10 kV电缆接头三维仿真模型,分析了温度变化对电缆接头界面压力的影响。     

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。     

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。     

管道内填充介质提高电缆载流量的研究

为改善管道的散热状况,可向管道中填充导热介质以提高线路载流量和降低电缆线芯运行温度。根据电缆载流量的计算原理,与相关研究机构合作研制出满足实际应用的填充介质。大电流试验、模拟实际运行试验和现场试验结果表明,灌浆提高线路载流量近5%、降低电缆线芯运行温度约5°C。