10 kV电缆熔融接头运行状态下的电-热-力耦合仿真分析

电缆熔融接头相较于传统电缆接头无需应力锥、无活动界面的优点在新电缆投运项目以及旧电缆改造维修项目中更有前景,为了对熔融接头在电网运行中的性能进行评估,通过对熔融接头在电网运行下的电-热-力耦合仿真,改变熔融接头、运行电流有效值、考虑短时过载以及绝缘层的材料参数等,研究电缆接头的应力分布和温度分布。结果表明：当电缆熔融接头新、旧绝缘层的材料参数差异增大时会使旧绝缘层与新绝缘层的界面处应力分布不均匀;运行电流有效值的增加则既会提高熔融接头整体温度,又会提高绝缘层应力;短时过载运行1 h的径向应力约为稳态运行时的4倍,轴向应力约为稳态运行时的3倍,线芯温度高出约80 K。     

10 kV电缆熔融接头制作过程的热-力仿真分析

通过建立电缆绝缘熔融接头的热-力仿真模型,对比水冷、风冷两种冷却方式的流体温度与流速的差异对熔融接头内部应力分布的影响,以及新交联的交联聚乙烯与旧的交联聚乙烯的材料性能差异对其应力分布的影响。结果表明：水冷的参数变化对于熔融接头绝缘层的应力影响较大,应力分布集中存在于新、旧绝缘层界面附近,并且材料性能差异依然导致相似的应力分布。     

10kV交流三芯电缆中间接头直流化改造热-电耦合仿真研究

将交流电缆改为直流运行后,对电缆接头进行温度场和电场仿真并研究其温度和场强分布规律对改造后的电缆供电能力的评估非常重要,目前关于交流电缆直流化改造的研究主要是针对电缆本体,对电缆接头的研究还较少.本文建立了城市配电网中常见的10 kV交流三芯电缆接头的三维仿真模型,首先采用ANSYS中的热-电耦合模块对接触系数k=4时...     

基于电-热场耦合的35kV电缆中间接头气隙缺陷仿真分析

为了研究电缆接头在不同尺寸空气楔形间隙下的运行性能,本文采用有限元计算方法,设计35kV电缆接头精细化模型,计算电缆接头在发生单相短路故障时的电场和温度分布.结果表明,电缆接头内的空气间隙电场强度集中,绝缘层存在劣化隐患.随着空气间隙长度的增加,气隙内最大电场强度逐渐增大;随着空气间隙深度的增大,气隙内最大电场强度呈先减小后增大的变化规律;气隙内热量的积聚会进一步造成绝缘层的老化.最后,根据现场实际缺陷案例,提出风险预控和防治措施.     

基于电-热-流多场耦合仿真的海底电缆载流量分析

海底电缆在各路段敷设方式下的温度场和载流量受多种因素的影响,其准确计算对提升海上风电场电能输送的可靠性和经济性具有重要意义。利用COMSOL仿真平台搭建交流三芯和直流单芯海底电缆在土壤直埋、海底直埋、海底平铺和管道敷设等情况下的“电-热-流”多物理场耦合模型,运用有限元法和牛顿迭代法计算海底电缆的温度场分布和载流量大小,并探讨埋设深度、海水流速、海水温度和保护管材料等因素对海底电缆载流量的影响。仿真结果表明:埋设深度、海水流速、海水温度等主要通过影响散热能力来影响载流量大小,合理选择敷设方案有利于提高海缆载流量和工程建设经济性。     

动车组车顶高压电缆终端材料特性分析及电-热耦合场仿真研究

动车组运行环境复杂,在电、热、高速气流等多重因素影响下的车顶高压电缆终端绝缘材料性能是影响动车组供电系统安全稳定的重要因素。本研究采用实验分析与仿真计算相结合的方法,测试分析了车顶电缆终端典型绝缘材料的导热性能、玻璃化转变温度和介电性能;通过建立车顶电缆终端电-热耦合仿真模型,分别研究了室温下电缆终端电场分布以及不同环境温度下的电缆终端温度分布。结果表明：三元乙丙橡胶和环氧树脂的导热系数均随着温度的升高而增大,高于80℃时,导热系数随着温度的升高有所减小。室温下,三元乙丙橡胶和环氧树脂的导热系数分别为0.251 W/(m·K)和0.431 W/(m·K)。三元乙丙橡胶的相对介电常数随着温度的升高逐渐减小,从-60℃的3.70减小到100℃的3.28;环氧树脂的相对介电常数随着温度的升高逐渐增大,从-60℃的5.02增大到100℃的5.29,这是由于二者的玻璃化转变温度不同引起的。仿真结果表明：温度引起交流电缆终端的电场变化不大,最大畸变点出现在应力锥根部,其值为3.120 kV/mm;其次电场集中分布在电缆主绝缘,电场强度为2.995 kV/mm。     

10kV XLPE电缆接头的电场模拟方法研究

目前对电缆接头的电场模拟通常采用静电场下的二维模型。文中以XLPE电缆用10 kV接头为研究对象,针对导体屏蔽管和应力锥结构所采用的半导电材料电阻率较低的特性,通过理论分析指出,对接头的电场模拟应在电准静态场下进行,并采用有限元方法,对比分析了静电场和电准静态场下的接头电场仿真结果。此外,通过对接头中多种典型缺陷几何特征的综合分析指出,对于完好的或含有电缆主绝缘回缩类缺陷的接头,由于具有轴对称的结构特性,推荐采用二维轴对称方式建模,以节约工作量,并获得所需的计算精度;而对于含有绝缘表面划伤或半导电颗粒残留、电缆绝缘屏蔽末端的半导电尖端或气隙,以及导体屏蔽管内高电位尖端等缺陷的接头,由于其轴对称特性遭到破坏,必须采用三维立体建模,以真实模拟实际缺陷。文中的研究结论对于提高电缆附件的电场模拟精度,确定敷设安装的技术规范具有重要意义。     

10kV三相电缆插接式中间接头结构设计与仿真分析

为了解决现有电缆接头安装工艺复杂且受施工条件影响较大的问题,针对10 kV三相电缆提出了一种趋于一体化的阴-阳头插接结构的插接式中间接头设计方案。考虑到温度对材料属性的影响,对阴、阳头绝缘材料进行介电性能测试,并将所得介电参数温谱曲线代入电热耦合仿真模型中,经有限元计算得到中间接头的场强和温度分布。结果表明:接头内部最大场强出现在阴、阳头交界面处,但远低于绝缘材料的击穿强度;由于金具间的电接触,最高温度80℃同样出现在阴、阳头交界面处,但仍低于电缆长期运行的最高温度90℃,验证了插接式中间接头长期运行的安全可靠性。     

基于电磁-热-流耦合场的非开挖敷设方案的海底电缆载流量计算

海底电缆在登陆处采用非开挖敷设方式时,由于埋深较大、管道内散热较差,该敷设段成为整个海底电缆载流量的瓶颈点,为此搭建基于电磁场、流体场和热场3物理场的耦合模型,计算对比不同敷设方式下海底电缆载流量的受影响情况。首先借助于Comsol软件建立了电磁-热-流耦合物理场的有限元模型,将电磁场、温度场及管道内的空气流速场耦合求解,得到给定负荷电流下的温度分布和管内空气流速分布特性;继而以广东某地2个回路220 kV 3芯交联聚乙烯(polyethlene,PE)绝缘3×500 mm^2海底电缆为例,分析计算海底电缆在水泥顶管和定向钻PE排管2种情况下的载流量。结果表明:采用水泥顶管敷设方案时能满足工程输送容量的要求,而采用PE排管敷设方案的载流量略低于额定值;另外可通过改变管道材质、管道内充水达到提升非开挖敷设方式下海底电缆载流量的效果。     

基于电磁-热-流体耦合的隧道敷设电缆载流量分析

为研究电缆隧道敷设下电缆载流量的影响因素,本文建立电磁-热-流多物理场耦合的三维仿真模型,通过仿真计算隧道内空气流速、电缆水平排列间距、流入隧道空气温度和隧道通风口长度对载流量的影响规律,得到各影响因素与载流量的关系曲线。根据工程实际数据设计正交试验研究4种因素对载流量的影响,获得其影响程度的权重关系。结果表明：4种因素影响程度由大到小为：隧道内空气流速、电缆水平排列间距、通风口长度、流入隧道空气温度,为实际电缆隧道敷设施工提供参考依据。     

基于电磁-热耦合的XLPE电缆缺陷暂态温度分布研究

针对10 kV电缆常见的3种缺陷,本文建立了三维电缆缺陷模型并进行电磁-热耦合温度场分析,研究3种缺陷电缆的暂态温度模型,分析不同工作电流与不同敷设条件对3种缺陷电缆温度的影响。结果表明：缺陷对电缆的危害从大到小排序依次为金属尖端缺陷、气隙缺陷、划痕缺陷;在相同载流量的情况下,金属尖端缺陷处温度高于其他两种缺陷处温度;确定了电缆在出现缺陷时隧道敷设的散热效果最好;无缺陷试样电缆内部温度从线芯至外护套沿径向逐渐降低,在缺陷的作用下电缆内部温度场发生畸变;缺陷电缆线芯温度与外护套温度的拟合系数、电缆缺陷处温度与电缆线芯温度的拟合系数均接近1。仿真拟合结果为电缆缺陷的判断与识别提供了理论支撑。     

土壤直埋110 kV电缆中间接头稳态载流量仿真研究

针对目前没有成熟的交流电缆中间接头载流量校核方法,搭建了土壤直埋110 kV电缆中间接头和电缆本体稳态载流量三维仿真模型,利用有限元对比研究环境温度、土壤导热系数和敷设深度对电缆中间接头和本体稳态载流量的影响规律。结果表明：在不同环境温度、土壤导热系数和敷设深度下,电缆中间接头载流量始终小于电缆本体载流量,土壤导热系数为0.5 W·(m·K)^-1、环境温度为293 K以及敷设深度为1.75 m时的中间接头载流量相较于相同条件下的本体载流量减小了10.8%。因此,如按照电缆本体载流量校核电缆载流能力,将导致中间接头主绝缘处于加速热老化状态。为确保电缆长期稳定运行,建议以本体载流量确定电缆载流时应留有一定裕度。     

基于有限元法的单芯电缆接头线芯温度计算

对电缆接头线芯温度进行监测可以有效评估电缆接头的状态,但直接测量线芯温度较为困难且容易破坏电缆接头结构,因此常通过表皮温度估算线芯温度.为提高电缆接头线芯温度计算精度,本文在有限元软件COMSOL中建立电缆中间接头的仿真模型,并进行电磁-热耦合计算.研究环境温度和负荷电流对电缆接头线芯和表皮温度的影响,并对各种工况下的...     

电缆接头局部放电电磁仿真与多传感器联合检测

目前对于已敷设的电力电缆的局部放电检测,单一的采用高频电流法或超高频法都易受到现场干扰信号的影响。因此,为提高检测的有效性和准确度,文中采用高频电流法和超高频法联合检测的方法,通过对比两种检测结果中是否同时存在脉冲信号来相互鉴别去除干扰信号。对于其中的超高频检测,为了克服内置式传感器在已投运电缆中无法应用的局限性,采用了外置式传感器。其使用时面临着信号辐射出来及在空气传播过程中强度会有较大衰减的情况,针对这一情况结合用于三相交叉互联的电缆中间接头的屏蔽层是断开的这一特征,进行了建模仿真,验证了采用外置式传感器的可行性,得到了信号最强的传感器最佳安装位置。最后利用研制的传感器进行了现场实测,验证了仿真结论,并证明了联合检测的方法能够很好的甄别干扰信号与真正的局部放电信号。     

10kV三相电缆插接式中间接头应力仿真分析

电力系统对电气连接可靠、机械稳定性高的电缆中间接头的需求愈发迫切。以新型10kV三相电缆插接式中间接头为例,对中间接头用绝缘材料进行了拉伸和动态热机械力学性能测试,并进一步通过有限元软件,构建三相电缆插接式中间接头的应力计算模型。根据电动力-接触应力单向耦合仿真结果,短路电动力会对导体线芯周围的应力分布造成影响,在电动力较大处造成一定程度的应力分布不均匀,但最大应力值远低于材料极限强度,仍能保持线芯与压紧锥部分紧密接触具有可靠的电气连接性能及机械稳定性。     

气隙对车载电缆终端电—热场影响仿真研究

在急速温变、振动等工况下,多层热缩复合绝缘结构车载电缆终端绝缘层间容易产生气隙缺陷,气隙将导致电缆终端电场和热场畸变,引起终端内部局部放电及绝缘材料老化.文中通过有限元仿真建立了车载电缆终端气隙三维模型,分析了气隙长度、厚度及跨度对电缆终端热场和电场的影响.仿真结果表明:气隙的存在造成了电缆终端内部电场严重畸变,畸变场...     

基于多物理场耦合的高压电缆接头防爆装置端头部位结构的优化设计

针对现有的高压电缆接头防爆装置在端头部位普遍存在的应力集中问题,利用电场、温度场、流场和位移场耦合的有限元仿真方法,对高压电缆接头防爆装置的端头部位弯曲弧度进行了优化设计。基于三层迭代算法得到防爆腔体内部不同时刻气体流速、压强分布和腔体内壁承受的应力值。对不同曲率半径的弧形端头内壁承受的压强和应力进行仿真计算,准确得出内部端头处各连接点的最大应力值,从而选取承受应力最均衡的优化弧度,有效加强了高压电缆接头防爆装置的保护作用,降低了高压电缆接头爆炸对电缆线路造成的二次破坏。     

基于电磁-热耦合场的架空输电线路载流量分析与计算

架空输电线路的允许载流量是保证其安全运行的重要参数之一。根据架空输电线路产热和散热的特点,建立了架空导线的磁场-温度场耦合二维有限元分析模型,确定电磁-热耦合场分析的边界条件,求解得到了架空输电导线内部电磁场分布。将得到的焦耳热损耗作为热源耦合至热场模型进行计算,并采用数值迭代法求解得到架空输电导线的允许载流量。此外,基于该仿真模型通过仿真分析得出了不同外部环境因素对架空输电线路载流量的影响规律。该研究成果可以为架空输电线路的热分析和载流量计算提供一定的参考。     

10kV交联电缆接头施工工艺分析及改进措施

研究了引起绝缘击穿、发生危及电缆安全运行的电缆接头故障.分析了10 kV交联电缆接头制作工艺引起绝缘损坏的原因,结果表明:发生电缆接头故障的主要原因是施工中的杂质、水气及气隙进入电缆接头,使得电缆接头绝缘存在缺陷造成发热、局部放电或击穿,施工工艺是影响电缆接头质量的重要因素.提出了对提高电缆接头质量有参考价值的改进措施.     

10 kV XLPE电缆中间接头复合缺陷电场分布仿真研究

以10 kV交联聚乙烯(XLPE)电缆中间接头为研究对象,基于Ansys Maxwell平台建立电缆中间接头的3D模型,除考虑气隙、受潮、导电颗粒和针尖等典型单一缺陷对电场分布的影响外,还结合现场实际安装过程,在较薄弱的部位施加几种复合缺陷,通过有限元计算分析中间接头内部的电场分布情况。结果表明：中间接头内部主绝缘存在复合缺陷时,缺陷处的电场强度随着其深度加深而不同,即使是微小的缺陷也会导致内部的电场分布发生畸变;XLPE处的导电尖端是电场强度最集中、畸变最严重的部位,样本数据的电场强度最大值高达6.365 MV·m^-1,若不及时处理将导致绝缘击穿。该计算结果可供工程应用参考,用于指导中间接头的安装和预防绝缘击穿。