220kV/3kA冷绝缘高温超导电缆电流引线设计

电流引线的最小漏热优化和电气绝缘设计是220kV/3kA冷绝缘高温超导电缆终端设计的重要方面。为此,根据Weidemann-Franz定律分析了传导冷却方式下铜、铝材料电流引线的漏热情况,应用平均值法计算了最小漏热时铜、铝引线的长度、截面积、半径。结果表明,通过3kA电流时,截面积240mm2、长309.6mm铜引线和截面积400mm2、长308.0mm铝引线均满足最小漏热要求,单根引线每kA电流漏热分别为42.7 W和43.1 W。选用环氧树脂DW-3作为导体层电流引线的外部绝缘,制作样品进行了液氮环境下的工频击穿试验,得到了其击穿场强13kV/mm,推导了绝缘厚度和低温终端内半径的关系。结果表明,220kV低温终端内半径140mm,铜引线DW-3绝缘厚度22.0mm、铝引线DW-3绝缘厚度21.5mm均能够满足绝缘强度要求,并可与常规220kV室温终端配合。     

10kA高温超导电缆系统绝缘

为确定10kA直流高温超导电缆(10kA超导电缆)本体和测控系统绝缘水平,讨论了其本体结构特点和电场分布特点以及绝缘水平的影响因素;对Pt100型铂电阻温度传感器进行了耐压、耐流试验;构建了由模型电缆和模拟测控回路组成的系统并对其进行耐压试验。结果表明温度传感器在5kV情况下耐压情况良好,但较大电流容易导致其损坏;高压下普通密封转换端子外壳对温度传感器针脚放电并导致传感器损坏,需设计专用密封端子。研究认为10kA超导电缆本体绝缘设计需适当提高绝缘耐压水平,测控系统浮电位设计满足10kA超导电缆工作状态下的测控需要,但测控系统绝缘设计中需防止产生因高压产生的局部放电电流加载于测量回路,10kA超导电缆系统集成后进行的系统耐压测试表明其绝缘系统满足运行要求。     

75m三相交流高温超导电缆的研制

成功研制的75m长10.5kV/1.5kA三相交流高温超导电缆是目前世界上少数几组并入实际电网试验运行的三相交流高温超导电缆之一。超导电缆芯采用均流方法设计，在自主开发的专用绕线机上绕制；低温杜瓦管采用柔性波纹管和真空绝热结构；电缆的绝缘设计和加工实现了与常规电缆电绝缘工艺的兼容；低温制冷系统采用减压降温方式；在线监测系统采用光－电转换技术实现高电压隔离。该超导电缆的交流载流能力大于3500A，自2004年12月起，已累计在配电网中运行达7000h。     

35kV超导电缆终端电流引线的绕包型绝缘设计

目前电流引线大多采用挤包型绝缘结构,为改进引线绝缘性能,提出对35kV超导电缆终端电流引线采用绕包型绝缘结构设计。选择了一种在低温条件下仍具有较好电气性能和机械性能的聚丙烯层压纸(LPP)对电流引线进行绕包,并等间距地加入铝箔作为电容屏以改善电流引线的电场分布。通过计算和仿真分析可知,加入4层铝箔对绝缘层电场分布的改善效果最为显著。电气性能测试表明该35kV电流引线完全符合电气性能要求。该绕包型绝缘设计的特点为:绝缘层可以骤冷,且不会遇低温开裂;改善了轴向与径向电场和绝缘层的抗电老化性能,提高了绝缘层的击穿电压。     

高压交联聚乙烯绝缘电缆线路中的预制式电缆附件

介绍了电缆附件的分类和预制式电缆附件的结构,通过分析高压交联聚乙烯绝缘电缆(XLPE电缆)及其附件的电场分布,详细叙述了预制式电缆附件的优化设计方案,并给出应力锥面曲线的计算公式,介绍了预制件加工成型的过程,同时指出:应注意选用材料的性能,对安装过程中剥切绝缘层、表面打磨、过渡面处理以及绝缘表面的硅脂涂抹等工艺均应严格把关,才能保证预制式电缆附件在XLPE电缆线路中得到有效的应用.     

低温绝缘(CD)高温超导电缆屏蔽层电流对超导电缆导体和屏蔽电流分布的影响

文中首次提出低温绝缘（CD）高温超导电缆在屏蔽层通过与导体电流相等的反向电流条件下,屏蔽层自感、屏蔽层层间互感、屏蔽层与导体间互感的计算式,以及CD绝缘高温超导电统屏蔽和导体电流均匀分布的设计计算方法。通过对几种典型的屏蔽和导体结构的CD绝缘高温超导电缆屏蔽电流和导体电流分布计算,分析研究屏蔽层电流对CD绝缘高温超导电缆的导体和屏蔽电流分布的影响,并推荐将文中提出的计算方法作为CD绝缘高温超导电缆导体和屏蔽结构的设计基础。完善的计算机程序已缟制完成,可作为实际应用。     

我国研制出世界传输电流最大的高温超导电缆

近日,世界上传输电流最大的高温超导电缆已在我国研制成功,并投入工程示范运行,与相同容量的常规电力电缆相比,节能效果达到了65%以上。该超导电缆示范工程已通过了科技部组织的技术验收。     

国内电缆分接箱的技术现状与发展建议

电缆分接箱的结构分析表明各分支线路间电缆终端连接的过渡绝缘型式和各分支线路的连接与分断方式、防护结构等要素是电缆分接箱技术的关键因素。据此提出了电缆分接箱的设计原则与基本分类,给出了常用设计型式、主要技术性能、应用范围、选用导则要点和技术发展建议。     

电缆中间接头应力锥安装错位检测的试验研究

模拟制作了电缆中间接头应力锥安装错位缺陷,以此建立缺陷检测的试验平台,对比分析阻尼振荡波电压法局部放电检测、工频交流耐压试验和局部放电在线检测等典型试验方法对电缆应力锥错位缺陷检测的有效性和灵敏度。试验结果表明:三种试验方法均可有效检测电缆应力锥错位缺陷,其中阻尼振荡波电压法的灵敏度更高且可实现精确定位。由此得出结论:可采用阻尼振荡波电压法局部放电检测和工频交流耐压试验进行10 kV电缆交接验收试验,将电缆绝缘状态检测关口前移;可采用局部放电在线检测方法检查在运电缆的绝缘状态。     

考虑风电出力状态转移和直流线路功率调整的AC/UHVDC系统静态可靠性及其灵敏度评估

对于风电和特高压直流(ultra-high voltage direct current,UHVDC)可靠性建模,已有很多独立研究.但针对含风电AC/UHVDC电力系统,同时考虑双馈异步风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)结构、风电状态转移模型、交直流设备随机故障的研究不...     

Verification tests and insulation design method of cold dielectric superconducting cable

A High‐Temperature Superconducting (HTS) cable has a bulk power transmission capacity as a candidate for the replacement of aged cables and/or for the increase of the power transmission capacity, and its diameter is preferred to be smaller than the inner diameter of the duct for the existing cables. To reduce the diameter of HTS cable, the cold dielectric (CD)‐type electrical insulation in which a cable core is immersed into liquid nitrogen (LN₂) should be adopted, and the thickness of its electrical insulation layer has to be optimized. Since a partial discharge (PD) in the electrical insulation layer of the CD‐type HTS cable is considered as a major cause for the aging of the insulation layer, PD‐free design must be adopted for the CD‐type HTS cable. This paper describes a design method for the electrical insulation layer of the CD‐type HTS cable adopting the PD‐free design under AC stress, based on the experimental results such as a PD inception stress (PDIE), an impulse breakdown stress, and PD extinction characteristics under AC stress superimposed with an impulse stress. Moreover, the proposed design method was applied to a 500‐m HTS cable and was verified by a field test. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 164(2): 25–36, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20512     

极端高温下10kV电缆中间接头载流量分析

随着世界各地夏季环境温度不断升高,电缆中间接头的工作环境正在恶化。为此,文中基于有限元法建立10 kV三芯电缆及其中间接头仿真模型,分析不同环境温度和不同电流下中间接头的温度分布。首先,开展温升试验,得到电缆中间接头表面的稳态温度,验证仿真模型的准确性;然后,拟合不同环境温度下中间接头高压载流导体表面温度与电流的函数关系,以此可以计算不同极端环境温度下中间接头的极限安全载流量。结果表明,环境温度升高对中间接头高压载流导体表面的温度分布趋势几乎没有影响,在外护套外表面处也满足此规律。中间接头高压载流导体表面温度与电流近似成二次函数关系。当电流幅值为480 A、环境温度为75 ℃时,高压载流导体表面与外护套外表面最高温度分别是环境温度为30 ℃时的1.57倍与1.69倍。当环境温度超过55 ℃时,按照国标规定的持续允许载流量会使中间接头高压铜导体表面温度超过最高允许运行温度90 ℃。考虑到自2020年起夏季环境温度持续增加,现行国标中10 kV铜导体三芯交联聚乙烯绝缘电缆中间接头的持续允许载流量须被修正。     

Development and test in grid of 630 kVA three-phase high temperature superconducting transformer

Abstract A 630-kVA 10.5 kV/0.4 kV three-phase high temperature superconducting (HTS) power transformer was successfully developed and tested in a live grid. The windings were wound by hermetic stainless steel-reinforced multi-filamentary Bi2223/Ag tapes. The structures of primary windings are solenoid with insulation and cooling path among layers, and those of secondary windings consist of double-pancakes connected in parallel. Toroidal cryostat is made from electrical insulating glass fiber reinforced plastics (GFRP) materials with room temperature bore for commercial amorphous alloy core with five limbs. Windings are laid in the toroidal cryostat so that the amorphous core operates at room temperature. An insulation technology of double-half wrapping up the Bi2223/Ag tape with Kapton film is used by a winding machine developed by the authors. Fundamental characteristics of the transformer are obtained by standard short-circuit and no-load tests, and it is shown that the transformer meets operating requirements in a live grid. __________ Translated from Proceedings of the CSEE, 2007, 27(27): 24–31 [译自:中国电机工程学报]     

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...     

应用第2代高温超导体的冷绝缘超导电缆输电导体层间均流技术

冷绝缘高温超导电缆的导电层一般设计为多层结构以满足大电流载流特性,但伴随层数的增加,超导体上的集肤效应会引起电缆输电导体各层电流分布不均匀的问题,从而造成电缆损耗增加和传输性能下降。采用基于动态惯性权重因子的粒子群优化算法,提出了电缆导体层电流层间均流优化的设计方法。应用第2代高温超导材料钇钡铜氧涂层导体,通过建立超导电缆的等效电路模型,考虑电场、磁场等约束因素,对一根1km长,110kV/3kA等级的冷绝缘高温超导电缆进行优化设计,获得了电缆本体结构参数及输电导体层和屏蔽层的电流分布。比较优化前后层电流的结果可知,优化后超导电缆各导体层电流与平均电流相比最大不平衡率小于3.5%,各屏蔽层电流达到均布,较好地实现了电缆各导体层电流均匀分布的优化目标。最后,超导模型样缆载流特性实验也验证了优化设计方法的有效性。     

高温超导变压器关键技术

由于超导材料的无阻载流特性,其在超导电缆、超导限流器、超导变压器、超导储能、超导电机等超导电力装置中的应用引起人们极大兴趣。其中超导变压器具有体积小、重量轻、损耗低、无火灾隐患、无环境污染和低漏抗等特点。简要介绍了高温超导变压器基本结构,重点介绍了变压器研发过程中的关键技术问题,包括液氮和气氮低温绝缘特性、超导绕组损耗分析、电流引线设计、非金属低温容器设计等,为高温超导变压器的研发提供有用的参考。     

基于第二代高温超导带材的高载流超导导体研究进展

由于其高临界电流密度以及优越的机械性能和电磁特性,第二代高温超导带材(也叫涂层导体)在高温低场的电力传输和低温高场下的磁体应用具有广阔的应用前景。在电力传输的低场应用中,高温超导导体在低电压大容量场合需要几千安培甚至上万安培的传输电流。在大型高场磁体应用方面,为了避免由于过高电感在磁体失超和快速关断过程中的感应高压问题,大载流容量、高电流密度高温超导导体在运行于4.2K及以下温度的大型高场超导磁体方面具有很好的应用前景。近年来,基于第二代高温超导带材,国际上相继提出了几种高载流容量的高温超导导体,本文介绍几种高温超导导体的结构及研发现状和进展,并对其结构、性能和工艺进行简单的比较和评述。     

高载流量柔性直流电缆绝缘料关键性能研究

为实现高压柔性直流电缆绝缘材料国产化,文中通过添加纳米粒子方法制备了高载流量(工作温度90℃)柔性直流电缆绝缘料试样,开展了空间电荷、电阻率、直流击穿电场强度等关键电气性能指标的试验研究,并与高压交流电缆绝缘料和国外柔直电缆绝缘料这2种材料的相应试验结果进行了对比分析。结果表明,该柔直电缆绝缘料在常温(20℃)和高温(90℃)下具有良好的空间电荷抑制性能,电场畸变率小于5%;与其他2种材料相比,该绝缘料在高温下的电阻率增加约10倍、电阻率温度系数下降约1/3,能够降低柔直电缆的热损耗并有利于整个柔直电缆系统的绝缘设计;该绝缘料在高温下的直流击穿电场强度为其他2种材料的1.27～1.6倍。研究表明,该柔直电缆绝缘料电气性能优异,能够用于工作温度90℃的柔直电缆绝缘。     

直流输电系统接地极电流对交流系统变压器的影响及抑制措施

广东电网是交直流混合运行电网．当直流输电系统双极电流不对称运行或单极大地回线运行时．巨大的直流电流通过接地板注入大地,交流系统的变压器在一定程度上受到直流输电系统接地板电流的影响。直流偏磁使得变压器噪声、振动加大,电压波性变坏,铁耗增加。为此,介绍了抑制变压器中性点直流电流的几种措施,并对各种抑制措施的优缺点进行了分析。     

基于遗传算法的优化控制在VSC-HVDC中的应用

基于电压源型的新型高压直流输电系统具有广阔的应用前景,这种新型的直流输电技术和传统直流输电相比,有许多优点。本文在建立有新型高压直流输电系统的交直流混合系统模型基础上,提出一种利用新型高压直流输电系统潮流快速调节能力综合稳定交直流系统的控制方式,以发电机和交流系统有关参量组成新的性能指标。利用遗传算法对控制器参数进行寻优,形成一种新型的优化控制策略。仿真结果证明,遗传算法能有效地对新型高压直流输电系统控制参数进行优化,且系统响应特性较参数优化前有较明显改善。