基于振荡波测试系统的10kV XLPE电缆终端半导电层缺陷检测效果分析

在10 kV XLPE电缆终端及接头安装过程中半导电层的制作不当会导致局部电场的畸变,引起局部放电,最后导致终端及接头的击穿故障。制作了电缆终端半导电层过长10 mm、无倒角、倒角不齐等3类缺陷,利用振荡波测试系统分别进行了检测。检测结果证明了该系统能够检测出该3类缺陷,但对不同缺陷的灵敏度不同。使用有限元仿真软件对相应的半导电层缺陷进行了电场仿真计算。仿真结果表明半导电层制作不当时局部最大场强是正常情况的4倍以上,证明了振荡波测试系统检测结果的正确性。     

变压器端部铁轭夹件肢板区域三维电场分析

针对端部出线变压器铁轭夹件肢板边缘区域电场集中的问题,以一台220 kV变压器为例,利用Pro/E建模技术和Ansoft有限元分析软件,对变压器端部高压引线与铁轭夹件肢板区域电场进行了三维分析,得出高压引线与肢板的距离及其走向影响肢板边缘的电场分布,在此基础上,通过采取在肢板表面覆盖绝缘层的措施,降低肢板表面油中场强,给出了当绝缘层厚度分别为1 mm、2 mm和3 mm时肢板表面及油中电场分布。结果表明,加盖绝缘层可使肢板表面油中最大场强降低,且油中最大场强随绝缘层厚度增加而下降。     

配电电缆附件复合绝缘界面缺陷类型和位置对电场分布的影响研究

配电网电缆附件是配电网系统的关键部件,其复合绝缘XLPE/SIR界面是最为薄弱的绝缘位置。该文模拟了电缆附件安装和运行过程中出现的典型缺陷,设计了电缆附件复合绝缘XLPE/SIR界面存在气泡、气隙、水珠、水膜、金属杂质、半导电杂质和绝缘杂质七种界面缺陷结构,通过建立配电网电缆附件界面缺陷电场仿真模型,研究典型缺陷下电缆附件内部电场畸变规律。仿真结果表明：在工频下,气泡缺陷与气隙缺陷在界面上引起的最大电场强度畸变值分别为13kV/mm和4.58kV/mm,随着气泡缺陷尺寸的增加,电场畸变呈小幅增大趋势;水珠缺陷和水膜缺陷引起的最大畸变电场分别为2.94kV/mm和3.74kV/mm,随着缺陷尺寸的增大,电场畸变明显加剧,当尺寸增大两倍时,水珠和水膜引起的最大畸变电场分别提高了18.7%和16%;随着缺陷远离应力锥根部,金属缺陷与半导电缺陷引起的电场畸变先增大后减小,最大畸变电场出现在距离应力锥约2mm处,畸变值约为3.65kV/mm。相比而言,绝缘缺陷引起的最大电场畸变出现在应力锥根部,约为8.74kV/mm,随着缺陷远离应力锥根部电场畸变呈现明显的下降趋势。该文研究结果对于配电网电缆附...     

内部缺陷对高压直流电缆电场分布影响的有限元分析

高压直流电缆实际运行过程中可能会有缺陷出现,使得电缆内部电场分布发生畸变,加速绝缘材料的老化。运用有限元分析的方法,对直流电缆电场分布进行了二维和三维建模和仿真分析,研究了不同电缆绝缘层温差、缺陷位置及尺寸情况下电缆中单个球形缺陷对周围绝缘材料的影响,得到了较为通用的直流电缆缺陷对电场畸变的计算公式。研究发现三维仿真更加适合对缺陷进行研究,稳态下缺陷对电场的加强决定于材料的电导率,且缺陷对绝缘材料的影响是局部的.     

220 kV干式电缆终端多物理场仿真分析及结构优化设计研究

首先针对220 kV高压干式电缆终端结构，构建相应的仿真模型，并结合绝缘材料非线性电导率方程，研究了增强绝缘部分材料、环境温度、外加电压不同时终端内的电场分布及温度分布；然后对终端存在应力锥安装错位、表面凸起及增强绝缘内存在气泡等缺陷时的电场分布情况进行了对比分析。最后，对应力锥转角形状及应力锥边缘与增强绝缘间的距离两种结构进行优化，并优化后终端的电场分布进行分析，同时提出了最佳的应力锥边缘与增强绝缘间的距离。结果表明：非线性硅橡胶绝缘材料能较好地均化电场；外界环境温度改变会使内部线芯与外部伞裙的温差减小，且随着环境温度升高终端内最大场强明显增大；应力锥安装错位类绝缘缺陷使得三相交界点处场强急剧增大；应力锥表面凸起类绝缘缺陷使得终端内局部场强急剧增大；当增强绝缘内部存在气泡时，气泡尺寸对电缆终端内最大场强的影响较小；将应力锥转角改变为圆弧状，转角处场强降低了75.26%，可适当增大应力锥边缘与增强绝缘的距离至5 mm，从而减小应力锥转角处场强。     

太赫兹反射成像技术在复合绝缘子硅橡胶内部缺陷检测中的评述

由于太赫兹波穿透能力强、成像分辨率高、抗干扰能力强等优点,基于太赫兹反射成像方式的无损检测技术成为绝缘子缺陷检测领域的研究热点。本文首先介绍了介质中太赫兹波的传播特性,构建传播模型分析了存在缺陷时因介质不连续性导致缺陷界面处的太赫兹波折反射现象。然后概述了电磁波的时域有限差分法（FDTD）,基于FDTD理论的电场随时间的变化方程利用全波三维电磁场仿真软件对硅橡胶材料进行几何建模仿真,发现在距离模型中心2.5 mm的观测面上观察到的太赫兹波分布情况差异可以反映内部缺陷的尺寸和位置,提供了一种理论研究仿真方法。最后综述了学术上应用太赫兹成像技术检测绝缘子内部缺陷的案例,分析了探测距离影响灵敏度、背景噪声影响成像分辨率和缺陷类型识别的问题,并针对这些问题进行了展望。     

DTⅡ(A)型带式输送机滚轮对接焊缝的超声波检测

采用超声波于铸钢侧对DTⅡ(A)型带式输送机滚轮普通碳素钢筒皮与铸钢接盘对接焊缝的内部缺陷进行了检测。通过理论计算确定检测灵敏度,结合实际检测数据和现场解剖,在对比各工艺和质量标准的基础上,确定了缺陷判定灵敏度和缺陷评定级别,并对此类焊缝根部未焊透并伴有疲劳裂纹缺陷的静、动态回波特性进行了分析。分析表明,采用2.5MHz、Φ14mm纵波直探头,以Φ6mm平底孔作为检测灵敏度可以满足检测要求,在此条件下可以检测出未焊透缺陷占焊缝厚度15.6%以上的缺陷。以GB/T 12469-90《焊接质量保证钢熔化焊接头的要求和质量分级》Ⅲ级为判废标准,≥-22.9dB的缺陷回波均判定为Ⅲ级及以上。     

复合绝缘子微波无损检测方法的关键因素研究

为了减少复合绝缘子缺陷的故障隐患,研究使用微波反射法对复合绝缘子内部缺陷进行检测的方法。该方法利用微波在绝缘子内部各层交界面的反射特征来进行缺陷检测。采用波阻抗模型进行计算,从理论上验证了微波检测方法的可行性;采用有限积分法对不同厚度的硅橡胶环氧树脂组合样品进行建模仿真,与实验结果对比,得到了硅橡胶厚度与微波反射信号强度的对应关系,即幅度衰减的周期性变化规律;采用平板样品进行实验,研究了缺陷尺寸与检测精度之间的关系,实验中最小可以检测到平板样品内0.3 mm深、4 mm宽的缺陷;提出使用读数偏移量相对值来判断缺陷的方法,使得本微波检测法可以适用于不同型号的绝缘子。理论和实验结果表明,采用微波反射法对复合绝缘子缺陷进行检测具有良好的可行性。     

铝合金搅拌摩擦焊根部缺陷的无损检测

采用超声波和涡流检测法对LC9铝合金搅拌摩擦焊根部缺陷进行检测,分析了2种检测方法的灵敏度.结果表明,超声波和涡流2种检测方法均适用于铝合金搅拌摩擦焊根部缺陷的检测,且灵敏度较高,其中超声波可检出深度≥0.8 mm的缺陷,涡流可检出深度≥0.6 mm的缺陷.     

10 kV透明电缆终端典型缺陷局部放电特征研究

为研究电缆终端典型缺陷的局部放电(PD)特征差异,本研究设计了适用于实验室观测的透明电缆终端,并在终端内预制刀痕缺陷及半导体突起两种常见缺陷。首先利用COMSOL有限元软件对刀痕及半导体突起两种缺陷进行建模与电场仿真;然后搭建10 kV透明硅橡胶终端电热老化试验平台以模拟真实工况并加速老化,利用高频电流传感器(HFCT)获取典型缺陷下的局部放电数据,并构造二维放电谱图;最后对不同电缆终端缺陷的PD信号进行对比分析,并结合仿真结果说明刀痕缺陷及半导体突起缺陷的电场分布特征差异。结果表明:采用透明硅橡胶终端可以实现对电缆终端典型缺陷的连续观测;相比刀痕缺陷,半导体突起缺陷内的电场畸变更严重,其绝缘劣化速度更快。     

施工缺陷对超导电缆中间接头内电场分布的影响

中间接头在高温超导电缆中是最薄弱的环节,制造和施工环节中造成的任何缺陷都有可能在运行时产生电场畸变,缩短中间接头使用寿命,施工缺陷严重时可能引发电缆局部放电、击穿等事故。为此本文利用有限元仿真软件分析了绝缘层划伤、绝缘层杂质、超导带焊接毛刺三种典型施工缺陷对接头内电场分布的影响规律。研究结果表明,绝缘层划伤存在空气隙时,最大电场强度随着空气隙厚度增加而减小;而当空气隙厚度保持不变时,最大场强与空气隙长度呈正相关增大。绝缘层残留杂质时,半导电层切断处、超导带焊接部位附近的绝缘层杂质周围电场畸变最严重,且超导带焊接部位周围最大场强大于半导电层切断处。此外,杂质大小、位置及带电与否均会对电场造成很大影响。随着杂质半径增加,超导带焊接部位和半导电层切断附近杂质周围场强近似呈正比例增长;杂质不同电荷量和电性对电场畸变程度同样有重大影响,特别是当部分杂质为电负性时,周围最大场强均超过5MV/m。超导带焊接毛刺的位置及大小对场强有较大影响,其中在超导带焊接部位与绝缘层分界面处场强最大,且沿超导带焊接部位径向的毛刺周围场强高于沿轴向的场强。研究成果为分析超导电缆故障原因,制定接头施工工艺提供一定参考。     

10 kV电缆中间接头典型施工缺陷的电场及局放特性研究

电力电缆故障多发生于中间接头位置,而施工缺陷是引发中间接头故障最主要的原因。为评估电缆中间接头典型施工缺陷的危害性,文中建立电缆中间接头三维有限元模型,分析电缆中间接头存在硅脂涂抹不均匀、主绝缘划伤和接头受潮3种施工缺陷时的电场分布规律,探究不同缺陷位置与场强之间的关系,并搭建工频交流电压局放试验平台对试样进行局放试验。结果表明:硅脂涂抹不均匀时,空气间隙在应力锥周围造成的电场畸变程度最严重;远离应力锥时,场强逐渐减小。主绝缘划伤时,电场畸变最为严重,空气间隙在外半导切断处场强最大。接头受潮后,当水膜位于应力锥附近时,电场畸变程度最为剧烈。相同加压条件下,接头受潮、硅脂涂抹不均匀、主绝缘划伤3种缺陷造成局部放电的次数依次增加。     

配网电缆接头内部缺陷电场特征研究及电树发展分析

配网交联聚乙烯(cross linked polyethylene, XLPE)电缆的严重击穿故障大多发生在电缆接头处,主要由电缆接头在制造和安装过程中的工艺缺陷引起。文中采用模拟电荷法研究电缆接头4种典型缺陷,即气隙、水膜、金属碎屑和金属外破附近的电场分布特征;然后采用电场计算与随机漫步理论相结合的方法,分析缺陷引发的电树枝的分布规律。同时,测量带缺陷配网XLPE电缆接头样本周围的实际电场分布,并比较测量结果与计算结果。结果表明,采用电场测量的方法可以直接有效地识别电缆接头内部缺陷类型,相比气隙、水膜缺陷,导电缺陷造成的电场畸变更为显著。缺陷引发的电场畸变大于临界电场值时会引起电树发展,电树发展的轨迹长度与场强大小呈正相关,导电缺陷引发的电树枝有较大概率向缆芯方向发展,更易引起XLPE绝缘击穿。     

分界面电场控制对电缆附件性能的影响

为了研究电缆附件绝缘结构中应力锥与电缆绝缘在分界面处有缺陷(气隙、杂质)时,电缆附件的电场分布与缺陷处的电场强度,运用有限元方法,以220 kV高压电缆附件为模型,采用ANSYS软件模拟接头的三维电场分布情况,并与二维轴对称电场分析结果进行比较;为了保证分界面处的电气性能,采用与电缆附件相同的材料制成的试块进行试验,确定能够满足电缆附件电气性能的界面压力。     

基于有限元的模块化多电平换流器绝缘结构分析

模块化多电平柔性直流输电换流阀中分别采用了固体绝缘和空气绝缘结构,其中空气绝缘结构是比较薄弱的一个环节,实际运行或者试验中容易发生局部放电等绝缘故障.采用三维有限元电场计算方法,通过电场分布来分析模块化多电平柔性直流输电换流阀中空气绝缘结构.在换流阀空气绝缘结构分析中,分别对换流阀层间空气间隙中、换流阀外表面空气介质中以及阀厅中阀塔之间空气间隙中的电场进行计算.通过空气间隙中电场强度和电场分布情况来分析空气绝缘介质的绝缘强度,并指导换流阀绝缘结构的设计.     

110 kV XLPE电缆缓冲层放电灼伤问题的理化分析与仿真研究

对110 kV及以上高压XLPE电缆线路改造时,频繁发现电缆缓冲层存在疑似放电灼伤缺陷,其原因尚无定论。为探究该缺陷是否为放电产生,文中首先对缺陷进行了形貌特征观察和元素成分表征,然后对阻水带电阻率进行测量,最后利用有限元软件对电缆进行三维电场仿真,研究了缓冲层间隙、阻水带电阻率、过电压等因素对缓冲层场强的影响。研究结果表明:缓冲层存在间隙、阻水带电阻率增大、过电压入侵等因素会使缓冲层场强增大,易造成缓冲层放电现象。     

大型水轮发电机定子线棒绝缘参数对线棒槽部表面电位分布及电场分布的影响

应用有限元分析软件COMSOL建立了定子线棒槽部模型,仿真分析了绝缘材料参数和厚度对槽部线棒表面电位分布及电场分布的影响规律。结果表明:槽部无气隙的情况下,线棒表面电位最大值出现在防晕层上、下表面的中间位置,电场最大值位于主绝缘角落内侧;对线棒表面电位有影响的是主绝缘相对介电常数、防晕层电阻率和主绝缘厚度,在常见的范围内,主绝缘电阻率和相对介电常数基本不影响槽部电场分布;防晕层表面最大电位与主绝缘相对介电常数呈正相关,与主绝缘厚度呈负相关,与防晕层电阻率的对数值呈正相关且后期影响减弱;主绝缘相对介电常数、防晕层电阻率和主绝缘厚度对槽部最大电位具有综合影响,可通过数值分析得到三元三次多项式的回归模型。     

三峡右岸全空冷水轮发电机关键技术研究

介绍了三峡右岸全空气冷却水轮发电机的重要设计与制造技术。探讨了通风冷却系统设计和发电机温度场的计算,进行了通风模型的试验研究,并对发电机通风冷却进行了优化设计。在绝缘技术上,采用增大导线圆角半径等措施,提高了线棒角部电场的均匀性,采用薄型全固化新型玻璃丝带并一次成型的定子线棒槽部防晕结构及多胶模压体系制造的定子线棒,使主要电气性能指标和电老化寿命优异。机组运行结果表明,全空气冷却方式和独特的绝缘工艺等达到了设计要求,为三峡右岸水轮发电机研制提供了有益的指导。三峡右岸700 MW水轮发电机上应用的全空气冷却方式和独特的绝缘工艺等技术代表了700 MW 水轮发电机技术的发展趋势。     

A new technique to improve the dielectric strength of a multi-dielectric insulation system

In this study, an attempt is made to improve withstand-ability of the multi-dielectric medium by the effect of an additional electric field in the transverse direction to the main applied electric field. High voltage HV insulation system is chosen in this study is an air-solid insulation system. In this study, two types of gaps are used simultaneously: the first one is the main tested gap MG, and the other is the transverse gap TG. The MG consists of two parts: part one is air insulation, and part two is solid insulation. The transverse field is applied to part one, i.e., air gap of the MG. According to the results extracted from this work, the flashover voltage of the dielectric medium two increases as the transverse voltage TV within the region one increases whereas the conduction current of the MG decreases as the TV increases. Moreover, the effect of TV increases as gap pressure decreases. Actually, the effect of TV is much marked in low vacuum gaps than in atmospheric air gaps and compressed air gaps. The improvement in flashover behaviors in the presence of a transverse electric field illustrates a marked dependence on the item of pressure; the type of transverse applied electric field (AC or DC), and the transverse field plane level. However, the improvement does not depend on the specimen material. In addition, it is worth mentioning that this improvement in the flashover behaviors of solid dielectric in the region two is related fundamentally to the process of lowering electric stress in the region one of the MG.     

10kV交联聚乙烯电缆终端主绝缘含空气气隙缺陷试验

为研究电缆终端主绝缘在含有空气气隙缺陷时对电缆终端电场分布的影响,使用基于有限元法的电场仿真软件,建立了静电场下电缆终端含空气类缺陷模型,并进行了相关的电场仿真计算。结合缺陷宽度不同对电场畸变程度的影响,着重分析了电场畸变最大值的分布规律。该规律显示电缆缺陷的宽度与电场畸变的程度成反比例关系,且最大电场场强值已超过正常的电场场强分布规定值。为验证电场仿真的正确性,采用振荡波电压法进行电缆终端含有空气气隙的相关试验,试验指出空气气隙会引发明显的局部放电现象,继而验证了该类缺陷会引起明显的电场畸变。