35 kV绝缘管型母线运行异常分析及结构探讨

近年来,绝缘管型母线作为一种大电流连接线使用日渐增多,但由于目前管母的生产、运维尚缺乏有效规范,投运后频繁出现问题。文中以四川某变电站35 k V绝缘管母为研究对象,对其投运后出现的鼓包、冒烟、着火等异常现象和结构设计进行了全面的分析与探讨。通过多组试验和解体分析结果,管母的半导电层和铜带配合不合理所导致的半导电层破损是运行异常的直接原因。有限元仿真计算结果表明,半导电层出现破损后,破损处电场局部集中,且破损处的电场强度与破损口大小正向相关。同时,由于半导电层阻燃性能较差,出现放电后使缺陷发展扩大,并最终表现出鼓包、冒烟、着火等异常现象。在此基础上,文中还分析了管母的结构设计、材料使用对其电气性能的影响,并从生产加工、运行维护、检测等方面对管母的安全可靠运行提出建议。     

铜屏蔽层间隔缠绕引发电力电缆过热的故障分析与仿真计算

为了研究电力电缆因铜屏蔽层缠绕方式导致的过热故障甚至击穿问题,文中以某500 kV变电站35 kV交流侧融冰管母线的着火故障为例,通过分析交流耐压实验下的红外热图像和对地电流,建立铜屏蔽层缠绕结构的电路模型分析热故障机理。进一步建立35 kV单芯电缆的三维有限元仿真模型探讨铜屏蔽层间隔缠绕对电缆温度分布的影响。结果表明:外半导电层上流过的电流是导致电缆表面温度升高的主要原因,铜屏蔽层间隔缠绕将使间隔边缘与外半导电层接触位置流过的电流增大而引起过热故障,这种过热故障与外施电压的幅值、频率以及铜屏蔽层铜带缠绕间距之间的关系密切。     

受力不均匀性对高压电缆缓冲层烧蚀故障发展过程的影响

外界压力是影响高压电缆缓冲层烧蚀故障发展的重要因素。实际电缆的敷设条件以及缆芯重力会造成缓冲层受力不均匀，然而该不均匀性对缓冲层烧蚀故障发展过程的影响目前尚不明确。本文搭建了缓冲层不均匀烧蚀模拟实验平台，分别研究了干燥与潮湿条件下局部受力不均对缓冲层烧蚀发展过程的影响。然后结合缓冲层的局部体积电导率变化、微观形貌特征以及烧蚀产物成分，分析了受力不均匀性对烧蚀故障发展过程的影响机理。结果表明：在干燥条件下，缓冲层的电流密度随烧蚀时间逐渐衰减，受力集中部位的电流密度衰减速率更快；而在潮湿条件下，缓冲层的电流密度在烧蚀初期先急剧增加，随后迅速下降，呈现出电流密度尖峰特征，受力集中部位的电流密度尖峰的峰值更大，且尖峰内电流密度的变化速率更快。分析认为，局部受力集中会增大缓冲层半导电纤维之间的有效接触面积，导致电流密度上升，加剧烧蚀过程。     

一种高压电缆缓冲层烧蚀修复技术

为了解决高压电缆缓冲层烧蚀故障的问题,对高压电缆烧蚀状况进行了分析,并对研制的半导电修复液体进行了相关的验证,最终提出了一种高压电缆缓冲层烧蚀故障解决方案,即通过加注设备将半导电修复液体注入金属套和绝缘屏蔽层间的空隙,通过重新建立轴向的电气连接通道,抑制高压电缆烧蚀的发展,降低电缆烧蚀导致的故障率,延长电缆寿命。该解决方案在正常运行的110 kV电缆线路中进行了应用验证,经红外热成像扫描发现,电缆原有烧蚀发热点全部消失,且电缆已安全运行了5 040 h,达到了一定的修复效果,具有一定的参考价值。     

海底交流电缆半导电屏蔽层/绝缘层性能对比研究北大核心CSCD

海底电缆输电在跨海域联网建设中发挥着重要作用。海缆电缆半导电屏蔽料的基本特性以及半导电层/绝缘层的电学、热学性能直接影响电缆的整体绝缘性能。文中从半导电料的基本理化性能出发,表征了海底电缆半导电屏蔽料的物理和化学性能,研究了半导电层/绝缘层的热学性能和击穿特性。导热系数分析表明,海缆半导电层由于含有大量CB颗粒,导热系数整体较高,约为绝缘层的两倍,随着温度升高,二者的导热系数均呈现缓慢增加趋势,半导电层导热系数由25℃的0.68 W/(m·K)增加到80℃的0.83 W/(m·K)。热膨胀特性分析表明:随着温度升高,海缆绝缘层的热膨胀系数比半导电层高出1.5倍左右,总体上两种材料受温度影响,形变不大,90℃时相对形变量分别为2.47%和1.28%。海缆击穿试验表明:随着温度的升高,海缆绝缘层的击穿场强逐渐降低,由25℃的125.2 kV/mm下降至90℃的92.5 kV/mm,相比绝缘层而言,海缆半导电层/绝缘层复合结构击穿场强下降幅度不大,说明二者具有较好的匹配性,尤其是在高温下保持了良好的击穿性能。该工作对于海底电缆绝缘性能提升和击穿故障分析具有重要的参考意义。     

可交联半导电屏蔽料的研究

交联聚乙烯绝缘电力电缆用可交联半导电料挤包屏蔽,在工艺上和电缆内在质量上均比绕包半导电带优越.作为可交联半导电屏蔽料的主要组份,所选用的树脂(或弹性体)基料,应是在添加大量炭黑后仍能保持良好挤出性能和机械物理性能的高分子材料;导电炭黑应具有较大的吸油量和比表面积,粒径小并保证其分散性,纯度要高;抗氧剂应与导电炭黑及交联剂有协同效果,兼具抗铜害性能;交联剂的选挤应注意与交联绝缘在加工温度、交联速率、交联曲线和交联程度等方面的匹配.据此研制的可交联半导电屏蔽料,完全能满足交联聚乙烯电缆的实际生产要求.     

基于OWTS 10kV XLPE电缆终端半导电层制作缺陷的实验研究

在10 kV XLPE电缆终端及接头安装过程中,如果半导电层的制作不当将会导致局部电场的畸变,最终会导致终端及接头的击穿故障。笔者对电缆终端剥除了铜屏蔽层、半导电层后的结构构建了电路模型。通过对模型的解析分析证明了XLPE与半导电层交界面电场同其周边介质类型以及介质倾斜角α有关。使用有限元仿真软件分3组情形对交界面综合场强及其切向分量进行仿真计算。仿真结果表明在半导电层右端涂抹倾斜角α=6°的硅脂效果最好。在分析OWTS实验原理基础上,对终端半导电层无倒角缺陷电缆进行了实验。实验结果表明,OWTS能够有效地检测出半导电层制作不当该类缺陷,并对其实验步骤进行总结。     

高压XLPE电缆阻水缓冲层烧蚀机理

近年来,高压XLPE电缆阻水缓冲层烧蚀故障频发,引起了行业内广泛关注。为了探索缓冲层烧蚀机理,搭建简化试验平台并对应电缆实际运行工况条件,开展了对比试验研究;同时,基于110 k V电缆典型结构建立轴向有限元仿真模型,按照阻水缓冲带的实测性能参数进行赋值;最后调节波纹铝护套与缓冲层的接触形式,开展了电势及电场分布模拟分析。研究发现:缓冲带受潮将导致其电阻率增大,介电常数升高,并在外加电流下引发白色物质生成;白色物质中包含阻水粉成分及铝反应产物,其不导电性易导致铝护套与绝缘屏蔽之间电气接触不良;当阻水缓冲层与波纹铝护套连续接触不良的轴向长度达到0.4m,在尺寸为0.1mm气隙中的场强已超过3 k V/mm,足以引发放电。缓冲层受潮是发生烧蚀故障的主要原因,缓冲层与铝护套的间隙也会影响气隙放电的发生,因此建议高压电缆在制造和施工阶段应避免缓冲层受潮,同时应严格保障缓冲层与铝护套有效连续的电气接触。     

高压XLPE电缆缓冲层放电烧蚀机理与实验研究

为研究电缆缓冲层放电烧蚀机理,根据缺陷现象分析缓冲层与铝护套接触状态的变化,建立用于分析缺陷的电路模型,根据模型分析绝缘屏蔽层上的感应电压及影响感应电压的主要因素.从击穿事故线路中截取长度为15 m的缺陷电缆样本,并用缺陷电缆样本搭建局部放电检测实验平台.结果表明:绝缘屏蔽层的感应电压与缺陷数量、组合层电阻率以及缺陷处白色粉末厚度呈正比,与缓冲层和铝护套之间的接触面积呈反比,且缺陷电缆内部的放电信号具有明显的接触不良类放电特征.     

绝缘管型母线运行特性及状态评估方法

绝缘管型母线由于具有优异的电气性能在电力系统中使用逐年增多,但作为一种新型电气设备,国内外尚无统一的规范,导致绝缘母线市场混乱,投运后陆续出现了击穿、烧蚀、破损、进水等异常运行现象,而国内外对管母的结构工艺、电气性能、状态评估方法等均研究甚少。为此全面分析了绕包式、挤包式、浸胶式3类绝缘母线的结构与关键工艺,结合已投运母线的运行特性,对其主绝缘、外护套、中间连接件、终端、接地方式等薄弱点进行分析研究。研究结果表明:绝缘母线中间连接件与终端的电场集中与密封不严,是母线故障的主要原因;交流耐压、高频局部放电检测、红外测温、接地引下线电流检测是绝缘管型母线运行状态的有效评估方法。对交流耐压试验,应尽量在开展交流耐压的同时进行局部放电检测,且须在一较高电压下持续足够时间,使缺陷能有充分的时间发展到可检测范围,以发现运行隐患点。     

电缆绕组变压器外半导电层中的电流特性

电缆绕组变压器的线圈所用的电缆为去掉外金属护套的电缆,当绕组芯线上存在高频电压时,在其外半导电层上会产生相同频率电压与电流.为了研究外半导电层内的电流大小与芯线内电压、电流等参量之间的关系,首先利用有限元法对外半导电层中的涡流电流进行计算,然后对绕组外半导电层的等效电路进行了研究,最后通过与实验相比较的方法,分析了电缆绕组变压器外半导电层中电流产生的原因,并研究了半导电层材料的电阻率对其内部电流幅值的影响.     

XLPE电缆外半导电层电特性的试验研究

以XLPE电缆为绕组的新型变压器和电机所用交联聚乙烯电缆没有金属回流层,其外部只有一层半导电层,为了解其电特性,测量了长351和103cm的两段XLPE电缆从0(直流)至2MHz交流下的电阻率、阻抗、电容,结果表明:外半导电层电阻率约0.095Ωm,单位长电容40pF/m,在试验频率(<20MHz)范围内变化不大。     

外半导电层经电阻接地后XLPE电缆绕组的暂态现象

为了研究电缆绕组变压器的暂态特性,笔者通过对无外金属屏蔽及护套的XLPE电缆绕组芯线加模拟雷电冲击电压,对外半导电层是否接电阻接地两种情况进行试验,得出了外半导电层接小电阻接地对芯线电压振荡有一定抑制及外皮电压最大值虽有一定的提高但震荡消失,有益于改善暂态特性的结论。     

变电站铁磁谐振仿真分析及抑制措施研究

以某110kV变电站为原型,在考虑了母线零、正序参数和进出线路几何参数情况下,利用ATP-EMTP电磁暂态仿真软件,对该变电站35kV侧由于出线单相接地引起的母线电压互感器的谐振情况及电压互感器一次侧中性点经非线性电阻接地,电压互感器开口三角短时投入阻尼电阻等措施的消谐情况进行了仿真计算。对母线上装设中性点接地的三相电容器组,采用电容式电压互感器等消谐方式的有效性进行了探讨。对谐振产生的原因和各种消谐措施的原理和消谐效果进行了分析比较。结合仿真结果和系统参数分析得出:单相接地故障消失时刻对于能否激发系统谐振起着关键性作用;电压互感器开口三角短时接入阻尼电阻和电压互感器一次侧中性点经非线性电阻接地2种措施消谐效果较为理想;H.A.Peterson的试验结论不能作为判断系统是否产生谐振的确切参数标准。     

某500kV变电站直流融冰装置35kV管母故障分析

某500 k V变电站装设的直流融冰装置在2014年融冰时发生35 k V交流侧管母及绝缘烧毁事故,事后相关部门对故障装置进行了细致的交流耐压试验,通过结合试验现象、数据以及相关电路模型,确定了故障产生的原因主要是管母铜带缠绕方式存在隐患,并提出了相应的改进措施。此案例对中国其他类似的直流融冰装置故障分析具有一定的借鉴意义。     

变电站35kV系统小电阻接地方案研究

根据变电站35kV负荷的性质,提出经小电阻接地的方案,并在进行充分分析的基础上,重点介绍了中性点电阻接入系统的方式:接地变直接接于主变△线圈引线,经Z型接地变中性点接小电阻接地;Z型接地变经高压开关接在35kV母线上。还介绍了接地变及电阻柜的选择、保护配置和设计的原则,为今后35kV系统经小电阻接地的改造提供了成功的运行经验。     

两起因铜屏蔽层开断引起的电缆事故的分析

介绍并分析了两起因35kV单芯交联聚乙烯绝缘电力电缆铜屏蔽层开断而引起的电缆烧坏事故,认为要重视铜屏蔽层直流电阻或铜屏蔽层感应电压和电流的检测。     

XLPE电缆绕组的电路模型及其外半导电层暂态电压分布特性研究

以XLPE电缆为绕组的新型电力设备可能承受很高的暂态电压,而所用的XLPE电缆外部没有金属回流层,只有一层半导电层,因此深入了解其外半导电层的暂态特性很有必要.本文给出电缆绕组高频暂态下的电路模型,并将实际绕组的实测数据与仿真结果进行比较,两者吻合很好.这表明该电路模型可表达这类绕组外半导电层暂态时的表现,同时得出在冲击电压作用下,绕组前部的外半导电层是最薄弱部位及芯线与外半导电层间为电容耦合的结论.     

±800 kV柔性直流换流阀阀塔均压优化设计

柔性直流输电工程已迈入特高压时代,现有柔性直流换流阀(VSC阀)的均压屏蔽设计已无法满足特高压应用场合。为解决±800 kV VSC阀塔顶部均压管母表面电场强度过大的问题,文中首先利用PTC Creo与ANSYS联合建模技术完成复杂阀塔结构的三维建模与静电场有限元仿真,通过增加与顶部均压管母等电位连接的顶部屏蔽板,有效降低阀塔顶部均压管母及子模块的表面电场强度。然后,提取顶部屏蔽板增加前后的阀塔对地寄生电容参数,分析顶部屏蔽板对操作冲击下模块电压分布的影响。最后,研究阀塔不同均压部件间距对最大电场强度分布的影响,完成±800 kV VSC阀塔均压优化设计,并在阀塔样机上进行冲击电压试验。文中所提优化措施提升了VSC阀在特高压应用场景的安全运行能力,为VSC阀在特高压柔性直流输电工程的应用及设计提供借鉴。     

“十二五”咸阳地区电网短路电流与断路器适应性分析

“十二五”期间,随着750kv网络的建设和发展,陕西电网中出现了多处750kV－330kV电磁环网,电源点增加和环网运行必然会使电网的短路电流增大,导致部分330kV和110k母线短路电流超标或接近超标。结合咸阳地区电网“十二五”规划,对2012年、2013年、2015年110kV及以上电网进行短路计算,以研究咸阳地区电网在2012-2015年间需重点关注短路电流超标或接近超标的变电站及其母线,N2012--2015年间电网建设改造提供依据。