直流XLPE电缆用预制接头最大场强解析算法

由于电缆接头结构复杂并含有多个复合界面,对其进行直流电场分析通常需要借助数值仿真软件、采用电-热耦合方法进行迭代计算,耗时费力。为了满足工程中仅对中低压直流XLPE电缆用中间接头最大场强进行校核的需求,利用传热学与电磁学相关理论,建立接头热场分布的简化分析模型,推导出计算应力锥根部场强的解析式,仅需输入少量必要参数,即可确定接头中的最大场强。通过以10 kV和35 kV XLPE电缆用硅橡胶和乙丙橡胶接头为例,分别在不同直流电压及接头内外温差下进行解析计算,并与相应的有限元仿真结果对比,验证所提方法的计算精度及适用性,为工程人员进行中低压直流预制接头的设计及校核提供强有力工具。     

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。     

高压直流XLPE电力电缆预制式接头的设计

交直流绝缘层中本构方程的相似性决定了直流交联聚乙烯(XLPE)电缆附件与交流XLPE电缆附件的结构和设计原理的相似性。但是两种电场下本征参数性质的不同又使得直流XLPE电缆附件的设计不同于交流XLPE电缆附件的设计。为合理设计直流XLPE电缆接头,借鉴交流XLPE电缆接头设计的经验,给出了详细的设计直流XLPE电缆接头结构的方法。在直流XLPE电缆接头的设计中,界面空间电荷的抑制是接头设计成功的保证;而对界面空间电荷的抑制就需要界面两侧绝缘的介电常数和电导率的合理配合。最后,以30 kV直流XLPE电缆中间接头的设计为例,通过仿真计算得出,在高压屏蔽层端部附近界面上的允许切向电场强度取为1.5 kV/mm时,EPDM与XLPE在设计电场下符合应力锥优化设计要求的电导率比值范围可取为(0.5,5),在此范围之外的电导率比值的材料是不可以用来设计直流XLPE电缆中间接头的。     

10kV交流XLPE电缆熔接头的直流电场仿真分析

为了研究具有不同电气性能的熔接头在直流下运行的电场分布,本文以10 kV交流交联聚乙烯(XLPE)电缆熔接头为例,通过有限元仿真软件建立熔接头电场和温度场耦合仿真模型,得到了当恢复绝缘且具有不同直流电导率时熔接头的直流电场分布.结果表明:当恢复绝缘的直流电导率大于本体绝缘时,熔接头直流运行时的最大场强位于反应力锥处.随着绝缘温差的增大,反应力锥场强逐渐减小而应力锥场强逐渐增大.反应力锥坡度越小,其电场强度越大,但熔接头恢复绝缘与本体绝缘的结合性更好.     

基于电—热场耦合分析的高压大容量直流XLPE海缆绝缘结构研究北大核心CSCD

随着交联聚乙烯直流海缆向着高电压、大容量的方向发展,其在工程应用中也遇到了温度和电场两方面的挑战。文中结合±160 kV XLPE直流海缆建立了XLPE海缆的电场仿真模型和热路模型,对更高电压等级的XLPE直流海缆的结构特点进行了探讨。通过仿真发现,直流海缆绝缘层的厚度同时影响海缆的温度和场强分布,在对高电压、大容量海缆设计时需要综合考虑绝缘材料能承受的最大场强和最高温度,选取合适的绝缘层厚度。同时,通过仿真对比铜、铝导体电缆对电场、温度的影响发现,铜导体电缆运行温度较低,有利于电缆稳定运行,而铝导体海缆虽然体积更大,但其重量小,更有利于安装敷设。     

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。     

基于电磁-热场耦合的10 kV电缆接头仿真分析

电缆接头作为电缆系统中的绝缘薄弱环节,在制造和长期运行过程中可能会形成绝缘缺陷,导致电缆绝缘发生电气或热击穿,进而造成电力系统故障。采用多物理场仿真软件构建了10 kV交流XLPE电缆接头的三维仿真模型,模拟了电缆本体与接头周围的电场、磁场及热场分布,分析了造成电缆本体与接头处不同电磁 热场分布的原因,为电缆接头的优化设计提供了参考依据。     

硅橡胶电导特性对XLPE绝缘高压直流电缆终端电场分布的影响

交联聚乙烯(XLPE)绝缘高压直流电缆终端内各绝缘材料的电导率受温度和电场强度的影响差异较大,这是导致其电场分布复杂、研发难度大的关键因素之一。为此,利用多物理场耦合软件仿真计算了以不同性质硅橡胶为增强绝缘的高压直流电缆终端模型内的电场分布,分析了绝缘材料的电导特性对电场分布的影响与机理。研究结果表明:以高压交流电缆终端中常用的硅橡胶作为直流电缆终端的增强绝缘时,应力锥根部的硅橡胶内电场严重畸变,最大电场强度(简称场强)值约达到电缆本体平均场强的6.7倍;以具有合适非线性电导特性的硅橡胶做增强绝缘时,直流电缆终端内电场分布均匀,且最大场强点位于电缆XLPE绝缘内。说明应用电导非线性硅橡胶是解决XLPE绝缘高压直流电缆终端制造瓶颈问题的有效方法之一。     

XLPE交流电缆线路改为直流运行的载流量设计与分析

在现役XLPE交流电缆线路的直流改造中,载流量的合理设计是关键问题之一,决定了改造线路的传输容量和运行可靠性。文中对同一线路在交、直流电压下运行时的等效热路模型及载流量解析算法进行了对比,分析了造成交、直流线路载流量差异的关键因素,并以空气敷设的三芯10 kV XLPE电缆为例,进行了同一线路在相同敷设条件下的交、直流载流量模拟试验。研究发现,目前直流改造所涉及的现役XLPE交流电缆线路,在进行直流载流量评估时,绝缘温差要求不成为限制条件,仅需考虑线芯温度限制、按照IEC60287-2017推荐方法进行计算;在线芯电阻、金属护套损耗、载流芯数、环境热阻及线芯允许长期工作温度等影响因素中,交流电缆改为直流运行后线芯允许工作温度由90℃下降为70℃,在很大程度上抵消了其他因素对载流量的有利贡献;10 kV XLPE电缆载流量模拟试验数据和解析计算结果吻合,偏差很小,验证了解析计算方法的有效性。对10、35 kV三芯和110 kV单芯电缆在不同典型敷设情况下的交、直流载流量计算显示,改为直流运行后,三芯电缆的载流量略有增加,单芯电缆稍有下降,变化幅度均未超过6.5%。     

３５kV三芯 XLPE电缆改为三极式直流运行的 温度场和电场仿真分析

计算分析和软件仿真35kV 交流电缆线路中典型交联聚乙烯(XLPE)电缆改为三极式直流运行后的电场和温度 场,当电缆长期运行温度取90℃时,所选电缆的最大直流电流可考虑取425A,直流电压等级可考虑取±50kV,最大输送功率约为改造前的2.6倍,所得结论可为相关工程提供一定参考。     

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。     

Research and development of ±250 kV DC XLPE cables

This paper describes the development of ±250 kV DC XLPE cables. Through a series of material investigations and the evaluation of model cables using two kinds of XLPE compound containing inorganic filler to suppress the accumulation of space charge within XLPE insulation, ±250 kV DC XLPE cables and factory joints were designed and manufactured. To check the DC electrical performance and reliability of ±250 kV DC submarine cable, electrical tests, mechanical test and long-term aging tests were performed. The test results showed that they had sufficient properties and reliability for practical use     

±160 kV直流XLPE海底电缆载流特性仿真及试验

南澳岛±160 k V多端柔性直流输电工程在我国首次采用了高电压、大长度的挤包绝缘直流电缆系统,而目前在国内尚无此电压等级直流电缆工程的运行及维护经验,因此亟需对交联聚乙烯(XLPE)直流电缆的载流特性展开研究,从而为直流电缆线路运行限值的控制以及在线监测系统的定制提供技术支持。通过研究不同敷设环境下直流电缆的散热原理,采用专业有限元软件COMSOL Multiphysics建立了带保护套管埋地敷设方式下±160 k V直流XLPE海底电缆的温度场模型,用以模拟其温度分布和计算其载流量;通过在试验场地开展静态载流试验,对仿真模型的可靠性进行了验证;对试验结果进行讨论,分析得出了直流海缆的载流特性。     

Study on molded joint by curable PE block insulation for XLPEinsulating cable under extra high voltage

A block molded joint under extra high voltage made to drastically reduce power cable installation time has been developed. Through its excellent performance, the joint is expected to be substituted for the extrusion molded joints which are widely used in 275 kV class XLPE power cables for long distance power transmission     

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     

挤包绝缘高压直流电缆制造与应用中的径向梯度效应

挤包绝缘高压直流电缆在直流输电工程中应用广泛,但制造与应用中的梯度效应显著影响其直流电气性能.以500 kV交联聚乙烯直流电缆为研究对象,首先,通过仿真计算理想均匀绝缘电缆中的场强分布;然后,计算交联和脱气过程中绝缘层的温度分布,并对电缆绝缘切片取样,测量不同径向位置绝缘的相态结构和直流电气性能;最后,根据实测电导率对...     

Practical Application of ±250‐kV DC‐XLPE Cable for Hokkaido–Honshu HVDC Link

The long‐term dc properties of DC‐XLPE insulation materials, which have been developed for dc use, were investigated. It was found that the lifetime of DC‐XLPE under dc voltage application is extended by the addition of nano‐sized filler. The time dependence of the space charge distribution at 50 kV/mm was observed for 7 days. Almost no accumulation of space charge in DC‐XLPE was found. The 250‐kV DC‐XLPE cables and accessories were manufactured and subjected to a type test and PQ test for use in the Hokkaido–Honshu dc link facility owned by the Electric Power Development Co., Ltd. These tests were performed under conditions that included a polarity reversal test for line commutated converter (LCC) systems as recommended in CIGRE TB 219. The test temperature was 90 °C. The type test and PQ test were successfully completed. The DC‐XLPE cable and accessories were installed in summer 2012 for the Hokkaido–Honshu dc link. After the installation of the dc extruded cable system, a dc high‐voltage test at 362.5 kV (=1.45 PU) for 15 min was successfully completed in accordance with CIGRE TB 219. This dc extruded cable system was put into operation in December 2012 as the world's highest‐voltage extruded dc cable in service and the world's first dc extruded cable for a LCC system including polarity reversal operation.     

采用MATLAB仿真的变电站高压进线温度场和载流量数值计算

随着电力电缆在输配电线路中的广泛应用,准确确定电力电缆及其周围环境温度场的分布和电缆的载流量对于提高电力电缆的使用率、动态调整负荷具有重要的意义。为此,以地下排管敷设的交联聚乙烯电力电缆为研究对象,其实际模型为1个容量为250MVA、额定电压为230kV的变电站的高压进线。根据传热学和有限元法(finite element method,FEM)基本原理,建立了1种基于有限元法的水泥排管敷设电缆温度场计算模型,并对电缆及其周围环境的求解区域进行复合有限三角形单元剖分,即对电缆区域进行较密集的网格划分,而对电缆周围的土壤区域则进行较为稀疏的网格划分,以提高程序的运算精度和运行速度。结果表明:用MATLAB软件仿真,从而得到电缆及其周围环境的温度场分布,迭代计算了排管敷设交联聚乙烯电缆的载流量。证明使用有限元的方法分析地下电缆温度场,为电力工程中电缆载流量确定提供了一个比较可靠的计算方法。