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%。     

临界反转温差约束下66 kV交流XLPE电缆改为直流运行的电压等级和载流量分析

准确有效地评估交流电缆改为直流运行时的增容效果对电缆交改直后的安全运行至关重要。现有研究主要基于缆芯温度70℃为阈值确定交改直的电压等级和载流量,并未考虑绝缘层的稳态电场强度。因此,文中综合考虑临界反转时稳态电场强度较小和温升限值约束,提出了以绝缘层中的电场强度5 MV/m为限值的交改直电压等级和载流量判定方法;并且以66 kV交流XLPE电缆为例进行仿真计算,分析了直埋土壤敷设下交流电缆改为单极直流和双极直流运行时的增容效果。研究结果表明:当电缆在直埋土壤敷设下以66 kV单极直流运行和双极直流运行时,最大输送功率分别为改造前的1.53倍和1.12倍。所采用的分析方法可为电缆线路交改直工程提供一定的参考。     

电气化铁路27.5kV单相单芯交联聚乙烯电缆载流量计算

电气化铁路单相供电电缆是电气化铁路运行的关键组成部分,为获得铁路专用27.5kV单相单芯交联聚乙烯电缆的载流量,通过仿真计算的方法进行了研究。首先对电缆的运行情况进行分析,用有限元法对比计算了单相供电与三相供电条件下电缆金属护套涡流与环流损耗。在对电缆的环流损耗与涡流损耗计算的过程中,通过对计算单元自由度的修改与温度场的耦合,为电气化铁路单相供电电缆载流量计算建立更为精确的计算模型。在该模型的基础上,根据铁路电缆实际敷设环境,分析了不同接地方式、线芯间距、回路数量、媒质热阻、环境温度下电缆载流量的变化。结果表明:双端接地方式下铁路单相供电电缆金属护套层环流损耗较三相供电提高约75%,单端接地方式下相位影响不明显;电缆温升受相邻电缆间距、周围媒质热阻及温度影响较大;回路数增多,受临近电缆的影响,中间电缆的温升将导致电缆整体载流量下降。     

110 kV交联聚乙烯电缆交流耐压试验

分析直流耐压试验对交联聚乙烯电缆存在的弊端,讨论交流耐压试验的几种方法,介绍用变频谐振试验装置进行110kV交联聚乙烯电缆现场交流耐压试验的实例;     

66 kV交联聚乙烯海底电缆绝缘厚度设计

随着国内外海上风电工程的快速发展,66 kV交联聚乙烯(XLPE)海底电缆以其较低的生产、运维成本受到各方青睐。然而,国内尚无针对66 kV XLPE海缆设计的结构标准。为规范66 kV XLPE海缆的技术要求,有必要对其绝缘厚度进行合理设计。为此选取了66 kV海缆用XLPE试样进行了工频击穿试验和冲击击穿试验,发现XLPE的击穿场强与其厚度的关系符合反幂定律。然后,基于步进应力试验计算得到30℃和90℃下XLPE的寿命指数n分别为13.9和15.1,并进一步通过冲击和交流耐压试验的结果,综合得到66 kV海缆的推荐绝缘厚度为8.9 mm。基于该方法得到的66 kV海缆绝缘厚度与传统依靠经验设计的绝缘厚度相比更薄,为轻型66 kV海缆的绝缘厚度设计提供了理论参考和试验依据。     

高压交联聚乙烯绝缘海底电缆载流量分析

通过对海缆结构、材料、敷设方式和负荷特性等的阐述,综合分析了这些因素对海缆载流量的影响。以川岛联网工程海缆敷设为实例,提出满足系统输送容量要求的优化设计计算。     

110kV交联聚乙烯电缆的交流耐压试验

１１０ｋＶ交联聚乙烯电缆的交流耐压试验石家庄电业局梁少山，齐振铎，黄普立１交联聚乙稀（ＸＬＰＥ）电缆进行交流耐压试验的必要性国内外的大量研究资料表明，适用于油浸纸绝缘电缆的直流耐压试验，对于ＸＬＰＥ电缆则不宜使用。国外一些电缆制造厂明确反对ＸＬＰＥ电...     

110kV交联聚乙烯电缆现场交流耐压试验

采用变频串联谐振法成功地进行了甘肃省首次110kV交联聚乙烯电缆的现场交流耐压试验。该项试验技术避免了直流耐压对交联聚乙烯电缆的损坏，同时又为现场如何进行电缆的交流耐压试验提供了可行的方案和实际经验。     

220 kV交联聚乙烯电缆现场交流耐压试验

现场交流耐压试验是发现电缆运抵现场安装后存在绝缘缺陷的有效手段。介绍了对220kV电压等级交联聚乙烯电缆进行现场交流耐压试验时，影响交联电缆绝缘的主要因素。阐述了现场进行交流耐压试验的必要性和有效性。同时对现场交流耐压试验的设备-调频式串联谐振耐压试验装置的原理和参数特性作一介绍。     

高压直流交联聚乙烯电缆运行与研究现状

随着经济持续快速发展,世界各国电力能源需求快速增长,高压直流输电已经成为未来"智能电网"中的重要支撑。高压直流交联聚乙烯电缆作为构建直流电网的物理基础和关键设备,是直流电网研究与建设的重要基础。本文在总结直流电缆发展过程的基础上,对高压直流交联聚乙烯电缆的应用与运行现状进行了综述。针对交联聚乙烯电缆在运行中面临的空间电荷问题,综述了交联聚乙烯绝缘与电缆附件绝缘的研究现状与研究动态。     

10kV交联聚乙烯电缆运行状态评估分析

随着电缆广泛使用,如何评估电缆运行状态,已成为热点问题。为此,选取制作了4条含有中间接头的新电缆,使用加热循环平台对电缆进行了加速老化试验,并进行了宏观电气检测试验和微观材料分析试验。根据试验结果,结合国家标准GB 12706—2008,同时充分考虑电缆运行年限、运行环境、负荷情况、历史故障这些附属因数,提出了1个电缆运行状态评估模型。最后,应用评估模型对实际运行中的新电缆及老化较严重的电缆进行了运行状态评估。试验结果表明,宏观上绝缘电阻、介质损耗角正切值、局部放电和微观上氧化诱导期(OIT)、绝缘结晶度、老化后O元素的质量分数、羰基指数都反映了电缆的老化状态。通过对评估结果进行分析,验证了评估模型能够有效对电缆运行状态的变化作出判断和估计。     

交联聚乙烯电力电缆的载流量

前言近年来由国外引进和国产的交联聚乙烯电力电缆在500V 至66kV 的输配电系统中得到了广泛的应用。由于交联聚乙烯绝缘电缆、电气特性优越(绝缘击穿电压高、介质损耗小),耐热性能好(持续工作允许温度、短路允许温度都较高),在制造和使用方面都较其他型式的电缆简易     

10 kV交流XLPE电缆改为直流运行的温度场和电场仿真分析

将交流电缆配电线路改造为直流运行后,准确设计电缆的运行参数能在最大程度上利用原有线路的供电能力。为此,以10 kV电压等级交流配电网中广泛使用的典型3芯交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆为例,根据所选电缆的结构和材料参数,使用有限元分析软件ANSYS建立了电缆温度场和电场耦合仿真模型,并在直流运行方式为双极式的条件下对电缆的温度场和电场进行了仿真。研究结果表明:对于所选典型电缆,为避免空间电荷效应的影响,其直流电压等级的取值范围为±10~±20 kV;当电缆在温度为40℃的空气环境中敷设而且导体的长期工作温度为70℃时,其载流量约为440 A;同时,其最大输送功率约为改造前的1.3~2.6倍。所得结论以及所用设计条件、步骤可为相关工程提供一定参考。     

复杂运行条件下交联电缆载流量研究

载流量是决定电力电缆经济可靠性最重要的参数。针对城市地下电力电缆电网运行条件复杂化,电缆线路载流量因素难于确定的状况,首次在国内开展了110 kV交联电缆载流量的试验研究,模拟实际条件进行了110kV交联电缆在大埋深、多回路以及在各种负荷状态等条件下的电缆载流量试验。通过试验研究,给出了不同运行条件下电缆载流量,得到了不同敷设形式、负荷状况下电缆的负荷电流、导体温度、表面温度间的关系数据,并对电缆线路载流量的主要影响因素进行了分析。通过研究得到了几种特定敷设条件下电缆载流量试验的数据,给出了电缆线路典型的外部热环境参数参考值。研究结论能够直接用于城市电网的实际运行,并能作为电缆线路设计、优化以及运行时载流量控制的指导数据。     

320kV交联聚乙烯绝缘直流电缆电气特性研究

在进行直流电缆的绝缘结构设计和优化时,其电场分布特性是重要的参考依据.通过COMSOL仿真软件建立了320 kV直流电缆的简化模型,并研究其稳态和暂态电气特性规律,然后通过试验对仿真模型的可靠性进行验证.结果表明:以导体最高温度和绝缘层内外表面最大温差为约束条件,当环境温度低于12℃时,直流电缆载流量的决定性因素为绝缘层的内外温差(20℃),当环境温度高于12℃时,直流电缆载流量的决定性因素为导体最高工作温度(70℃);在仿真操作冲击试验、雷电冲击试验及绝缘温差30℃下负荷循环试验过程中,分别得出暂态和稳态最大击穿场强为58 kV/mm、25 kV/mm,对比直流绝缘材料性能参数可知直流电缆结构满足设计要求.试验表明COMSOL多物理场仿真模拟对于直流电缆的结构设计具有重要的指导意义.     

320kV国产交联聚乙烯绝缘料高压直流电缆设计

为促进国产交联聚乙烯绝缘料在高压直流电缆绝缘中的应用,根据实验数据推导出国产交联聚乙烯绝缘料的电导率方程,得到了电导率与温度和电场之间的关系;实验测得五种不同厚度薄试样的击穿场强,根据双参数威布尔分布推导出绝缘料的击穿场强与厚度的关系,得出厚度为26 mm下绝缘材料的击穿场强;根据TICW 7.2标准设计出320 kV高压直流电缆的结构,利用Comsol Multiphysics软件仿真得出电缆在不同负荷状态下的电场和温度场分布。仿真结果表明:当导体绝缘内温差大于5.3℃时,绝缘外部场强开始高于内部场强;当导体温度为70℃时,绝缘内部电场最大值为15.1 kV/mm,远低于材料的击穿场强。通过仿真分析,为成功设计320 kV高压直流电缆提供参考。     

500 kV直流电缆用交联聚乙烯绝缘特性研究

研究了两种新型500 k V直流电缆用交联聚乙烯(XLPE)材料的直流电气强度、空间电荷特性和电导率与温度及场强的关系,并对测试结果进行了对比分析,然后结合材料的微观结晶形态对绝缘性能差异进行了讨论。结果表明:两种材料的直流击穿特性几乎相当,特征电气强度均大于500 k V/mm;两种材料均具有较小的电导率-温度系数,其中2#材料的电导率-温度系数为0.048/℃;30 k V/mm场强下,两种材料中几乎没有发现异极性空间电荷的积聚,1#试样在正负极附近出现同极性电荷注入,而2#试样主要在正极处存在同极性电荷注入。     

220 kV长距离交联聚乙烯电缆现场交流耐压试验

通过对220 k V电缆的现场耐压方案的比较和计算分析,最终采用变频谐振的耐压方式,而且利用该试验设备的自身特点选取了串联谐振并联补偿的方法,通过多个电抗器的串、并联组合增加了试验设备的灵活性。通过该试验的开展,云网首次完成了220 k V长距离电缆的现场交流耐压试验,证实了采用并联补偿、串联谐振的试验方法对电缆进行交流耐压是可行有效,试验方法和结果对今后相关试验的开展具有重要指导意义。     

220 kV长距离交联聚乙烯电缆现场交流耐压试验

通过对220 kV电缆的现场耐压方案的比较和计算分析,最终采用变频谐振的耐压方式,而且利用该试验设备的自身特点选取了串联谐振并联补偿的方法,通过多个电抗器的串、并联组合增加了试验设备的灵活性。通过该试验的开展,云网首次完成了220 kV长距离电缆的现场交流耐压试验,证实了采用并联补偿、串联谐振的试验方法对电缆进行交流耐压是可行有效,试验方法和结果对今后相关试验的开展具有重要指导意义。