工频叠加谐波电压下中压电缆终端内绝缘过热点分析

研究了高频谐波电压对35 kV电缆终端温度和电场的影响规律,分析了热点和电场分布之间的联系.首先,对2种不同类型的冷缩电缆终端(应力均匀型和几何型)施加不同频率的电压,通过红外热成像发现,随着谐波频率增加,应力均匀型终端形成明显的热点,而几何型终端温度变化不明显.通过有限元分析发现,应力均匀型终端的热点位置与电场集中点相对应.此外,通过持续工频叠加高频电压电老化实验发现,老化时间增长,应力均匀型终端的热点温度明显增长,而几何型终端则增长略小.     

牵引机车中的高频谐波对电缆终端热点的影响

为研究牵引机车中的高频谐波以及由此导致应力控制型电缆终端绝缘迅速劣化的问题,研究了牵引机车过分相时电网电压波形畸变率和谐波的变化,以及此高频谐波对电缆终端的影响。搭建了高频高压电缆老化实验平台,利用高频高压发生装置对电缆终端施加了不同频率的电压,使用红外热成像仪分析了高频谐波对不同类型电缆终端热点的影响。研究结果表明:牵引机车过分相时电网电压、电网电流波动比较明显,而且由此带来的谐波比较严重,随着谐波频率的不断增大,电缆终端局部形成电场高点并转换成阻性发热,阻性发热功率密度也增加,应力控制型电缆终端在局部的热点温升比几何型电缆终端表现得更加明显。谐波频率的增加会导致材料介电性能的降低,进而会引起电缆终端电场强度的增加,牵引机车适当加装高频滤波装置有助于延长其电气设备的使用寿命。     

牵引机车过分相时高频谐波分析及对电缆终端发热问题研究

针对牵引机车在过分相时产生高频谐波以及由此导致应力控制型电缆终端绝缘迅速裂化的问题。文中研究牵引机车在过分相时网压、网流及电压波形畸变率的变化,及由此高频谐波对电缆终端的影响。实验通过搭建高频高压老化实验装置,利用高频高压发生装置对电缆终端施加不同的频率和电压,使用红外热成像分析高频谐波对电缆终端热点的影响。此外,通过电场仿真发现,在高频电压作用下,电缆终端外半导电层截断处的场强要明显大于工频电压下的场强。结果表明:机车在过分相时网压、网流波动比较明显,并由此带来的谐波比较严重,高频谐波含量比较丰富,在高频电压的作用下,应力控制型电缆终端的热点温升要明显高于工频电压下的温度变化。     

冲击电压下35 kV预制式电缆终端的破坏机理研究

本文建立了35 kV预制式电缆终端仿真模型,仿真计算了冲击电压下电缆终端的电、热和机械应力分布,对本体绝缘、半导电层以及屏蔽层的电场、温度及应力进行了计算分析,同时考虑了不同频率谐波对电场分布的影响。结果表明：高频信号对介电常数的影响不会导致电场强度发生较大畸变,电场强度变化不明显,同时,冲击电压作用引起的电缆终端温升较小,其影响也基本可以忽略。冲击电压造成半导电层与应力锥相交处的机械应力增加,最大径向应变达到2.54%,使得该位置极易产生气隙,是造成电缆终端破坏的主要原因。因此,在材料选型及结构设计过程中除了要考虑电场优化,还应考虑材料的弹性应变。     

高频谐波下应力控制型电缆终端的电-热特性

为解决高频谐波电场下应力控制型电缆终端(SCT)绝缘迅速损坏的问题,从仿真的角度研究了高频谐波下应力控制型电缆终端的电-热场特性。首先,理论推导电-热场的计算公式,并分析了电缆终端内部电-热场的形成机理;然后,利用有限元分析软件完成在不同电压和不同频率下的仿真。理论推导及仿真结果表明:SCT的电场强度和热功率密度最大值均位于半导电层截断处附近,且随着电压和频率的升高不断增大。     

含非线性应力管的电缆终端的电-热场分析

基于变分原理推导了非线性的时域有限元电场计算方程和稳态热场有限元方程,并分别利用商用软件IntegratedEngineering Software和有温度分布解析解的轴对称电缆结构验证了编制程序的正确性。然后,利用该方法分析了含线性、非线性以及复合结构的应力管时的电缆终端电场和热场分布。分析结果表明,线性、非线性以及复合结构的应力管在均匀电缆终端的场强分布时,适当的选择其结构和材料的参数都能很好的均匀终端的场强分布,但含非线性应力管的电缆终端的损耗和温升远小于含线性以及复合结构应力管的电缆终端。这为冷缩式电缆终端设计提供了一个指导方向。     

冲击电压下电缆终端的非线性电场数值分析

基于后退欧拉法和变分原理推导了非线性电场的暂态有限元方程。利用暂态有限元方法分析了含不同应力控制管时的电缆终端冲击电压下的电场分布。分析结果表明,在冲击电压下电缆终端采用由电容性和非线性电阻性材料复合绝缘结构的应力控制管时,电场分布最为均匀。     

基于多物理场的预置式（插拔式）海底电缆终端电场优化研究

电缆终端电场分布优化研究是海底电缆安全运行和试验迫切需要解决的问题,为提高其运行的安全性与可靠性,可对电缆终端电场分布进行优化。文中基于有限元法对海底电缆终端电场进行多物理场耦合研究分析,综合考虑终端实际运行环境及实际生产情况,采用电流—温度—电压仿真法对电缆主绝缘及应力锥绝缘部分材料进行优化分析,同时对应力锥金属部分曲率及应力锥金属与绝缘部分比例分配进行优化,寻求终端电场分布的最优化。结果表明:采用与电场、温度相关的非线性材料对终端电场分布很大改善,应力交界点电场强度降低幅度为25.83%,交界面上的最大电场强度降低幅度为12.91%;对金属应力的曲率和金属与绝缘部分比例分配分别优化和同时优化作对比,当金属应力的曲率半径为81 mm,增加金属应力20 mm时,电场改善程度最大,应力交界点电场强度降低幅度达到27.47%,交界面上的最大电场强度降低幅度也高达24.55%,提高了海底电缆终端的可靠性与安全性。     

含有非线性应力管的电缆终端电场的有限元分析

利用时域有限元方法分析了含不同应力控制管时的电缆终端电场分布。分析结果表明,采用由电容性和非线性电阻性材料复合绝缘结构的应力控制管时,电缆终端的电场分布最为均匀。进一步分析电缆终端中电容性和非线性电阻性材料知其分界面处含有气晾时的电场分布。     

电缆终端应力锥错位缺陷对界面温度及应力分布的影响

电缆终端内部缺陷会造成终端内部电场分布不均、局部温度升高与应力分布变化，可能引发局部放电造成绝缘击穿。为研究终端应力锥错位缺陷对电缆界面温度及应力分布的影响，分别建立了电缆终端安装不足与安装过盈情况下的电缆终端错位缺陷模型，并进行电-热-力多物理场耦合仿真分析。结果表明：电缆终端绝缘屏蔽层截断处是电缆终端的薄弱部位，终端界面温度和界面压力都会在绝缘屏蔽层截断处发生突变。当电缆终端存在安装不足缺陷时，终端屏蔽层截断处与应力锥根部之间会出现电场升高区域，在安装位置为-7.5 mm时界面温度最高，绝缘界面压力值升高，且安装位置为-2.5mm时绝缘承受的压力值最大；当电缆终端存在安装过盈缺陷时，绝缘屏蔽层截断处会发生电场畸变，电场突变量随着偏移量的增加而增大，在安装位置为+5.0mm时绝缘界面压力值最大，且界面压力突变量增加发生畸变。因此，在电缆终端实际设计安装与运行维护中，额外注意应力锥错位缺陷对终端内部应力分布的影响十分必要。     

中压电缆终端高频电热老化试验装置的研制及分析

中压电缆终端被广泛应用于柔性交流输电和作为逆变器和电机的连接中,这些电缆终端可能会遭受到高频谐波电压的冲击,从而导致其绝缘迅速失效.本文研制了模拟电网高频谐波电压和工频大电流的电热老化试验装置.首先,通过信号发生器和功率放大器产生低压大电流信号,再通过高频变压器升压获得高频高压;同时通过工频试验变压器产生工频高压,将工...     

Stress grading materials for cable terminations under fast-rise time pulses

The paper discusses the material properties and designs of stress grading coatings for cable terminations that can help to reduce the adverse effects of stepped voltages present in voltage source converters. Simulations using transient and quasistatic finite element method, as well as experimental measurements of stress grading materials are presented in this study. The use of two stress grading layers in cable terminations is suggested as an alternative design to reduce the hot spot temperature in conductive stress grading coatings.     

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...     

±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。     

10.5kV/1.5kA高温超导电缆绝缘设计及加工

正在研制的75m长10.5kV 1.5kA三相交流高温超导电缆将于2004年底挂网试运行。本文分析75m高温超导电缆的电场分布特点,介绍了该电缆的总体绝缘设计与加工及试验情况。在由超导电缆本体、中间连接及终端模型组成的同实际电缆外体结构一致的电缆集成体模型上,完成了终端及电缆中间连接的绝缘预加工并进行了耐压试验;15kV工频电压下电缆本体绝缘局部放电试验;以及电缆本体及模型电缆集成体绝缘通过了35kV工频耐压试验。     

基于电-热场联合分析的EPR中压电缆终端异常热点仿真分析及优化

25 kV乙丙橡胶(EPR)中压电缆终端因其自身的结构特性,内部电-热场分布不均,局部易出现异常畸变热点问题,而在安装电缆终端时出现的划伤缺陷加大了问题的严重程度,加速缺陷周围绝缘材料的老化,大幅降低了绝缘性能。为解决该问题,提出了一种电导率与电场、温度相关的非线性应力管材料,采用COMSOL仿真方法对比研究了使用高介质材料与非线性材料制作应力管时电缆终端内部的电-热场分布。结果表明,经优化后电缆终端的电-热场分布畸变程度能得到有效缓解;对于存在划伤缺陷的情况,优化后的电缆终端的电-热场畸变程度低于其出现击穿现象的阈值,表明其能够在缺陷情况下相对安全运行。同时采用热成像仪现场测试电缆终端温度分布,结果验证了经优化后电缆终端表面异常发热情况的改善效果。     

基于电热加速老化试验的XLPE电缆绝缘性能研究

为了掌握电缆绝缘性能与温度之间的关系,在实验室对运行年限不同的10 kV高压XLPE电缆进行电热加速老化试验,测量不同的载流量下电缆分别在空气和沙土中的温度变化数据。试验测量数据和温升曲线表明,运行中电缆的温度变化与所加载的流量和周围环境介质均有关系,运行年限相同的电缆在空气中的温度变化较在沙土中的要大,运行年限越久的电缆不论在空气中还是在沙土中温升都较快。基于电热加速老化试验方法研究运行年限不同的电缆的温度变化情况,为电缆绝缘性能的判断提供参考依据。     

冲击电压下不同温度油中空间电荷迁移对电场分布影响

冲击电压下油中空间电场分布对于变压器内部绝缘优化设计至关重要,现有设计方法没有考虑温度和空间电荷迁移对电场的影响。为了研究温度对空间电荷迁移特性的影响,搭建温度可控的冲击电压下油中电场测量平台,测量雷电冲击电压下25℃、50℃、60℃均匀电场的油中空间电场分布,分析空间电荷对油中电场的影响。实验结果表明:随着温度的增加,60℃时油中场强峰值比25℃时下降了5.2%;50℃时油中场强分布在0.60μs时提前达到稳定阶段。温度升高后,电子漂移速度最大是25℃下的1.8倍,迁移率最大是25℃下的2.0倍,温度升高引起电子迁移率、漂移速度的增加导致了上述现象。该文研究结果为变压器绝缘优化设计提供了实验依据。     

高压直流挤包绝缘电缆系统试验的分析和研究

与高压交流挤包绝缘电缆系统的试验相比,高压直流挤包绝缘电缆系统试验需要考虑电缆绝缘内最大温差和叠加冲击电压试验这两个难点。直流电缆制造商会依据绝缘材料和电缆设计特点,向试验机构提供绝缘内最大温差的数值。在负荷循环的稳态过程中,需要控制绝缘内最大温差。由于在试验过程中没有办法直接测量绝缘内最大温差,其数值是通过稳态热传递原理公式推算得到的。对依据稳态热传递原理推算的绝缘内最大温差和负荷循环的执行情况进行了说明。运行中的高压直流输电线路除了承受正常的工作电压外,同时还可能承受雷电和操作冲击的作用。因此,在高压输电线路的绝缘设计中,需要考虑直流高压下的空间气隙的冲击放电特性,并对叠加冲击电压试验进行研究。对叠加冲击电压试验的两种试验回路进行了分析和探讨。