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。     

交联聚乙烯高压直流电缆的研究现状与发展

介绍了高压直流电缆的发展历史、运行中存在的问题以及目前国内外对交联聚乙烯(XLPE)高压直流电缆的研究现状,提出了国内发展XLPE高压直流电缆的建议。     

高压直流电缆用交联聚乙烯绝缘材料交联特性及机理

高压直流电缆绝缘材料的交联特性直接影响电缆的运行温度和空间电荷特性,因而主要通过凝胶质量分数、流变行为和热延伸测试分别分析了北欧化工(试样1)和陶氏化学(试样2)生产的2种新型高压直流电缆用XLPE材料交联特性的差异,并研究了交联效应对材料空间电荷性能和热力学性能的影响。结果表明:试样2在低交联剂添加量的情况下保证了较高的交联度,耐热性较好。对比2种材料的空间电荷特性,发现试样1两电极附近的同极性注入较明显,而试样2内部的电荷注入较深。在低场强下,试样2内部积累的电荷量较少;而随着场强的增加,试样2内部积累的正电荷量变大,且电荷衰减速率较慢。此外,从XLPE的分子结构和结晶形态对2种材料的交联机理进行了探讨,研究结果为未来如何通过降低交联剂含量开发国产化高压直流电缆XLPE材料提供了新思路。     

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。     

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。     

高压直流电缆用交联聚乙烯介电性能的对比研究

为研究温度对直流电缆用交联聚乙烯绝缘性能的影响,选取了2种具有代表性的直流电缆用交联聚乙烯和1种交流电缆用交联聚乙烯进行对比研究。分别对其在不同温度下的直流电导率和空间电荷集聚特性进行分析。结果表明:在温度范围为20~70℃时,3种交联聚乙烯试样的直流电导率随着温度的升高呈指数增大,但电导活化能有差异,直流电缆用交联聚乙烯的电导率随温度升高的变化程度较小;交流电缆用交联聚乙烯以积聚负电荷占主导,而2种直流电缆用交联聚乙烯空间电荷的平均电荷密度较小。此外,3种材料在常温下的直流击穿场强差异明显;红外光谱结果表明直流电缆用交联聚乙烯具有更少的羰基基团。2种直流电缆用交联聚乙烯分别采用提高纯净度和引入无机填料2种方式,使直流介电性能得到了改善。     

高压交联聚乙烯绝缘电缆的选择

本文对高压交联聚乙烯绝缘电力电缆的有关问题进行了讨论 ,对电缆导体、金属屏蔽层或金属护套、外护套等选择进行了比较 ,也对金属屏蔽层的接地和敷设方式进行了分析和讨论。     

高压交联聚乙烯绝缘电缆的选择

本文对高压史联聚乙烯绝缘电力电缆的有关问题进行了讨论，对电缆导体、金属屏蔽层或金属护套、外护套等选择进行了比较，也对金属屏蔽层的接地和敷设方式进行了分析和讨论。     

交联聚乙烯高压电缆脱气效率研究

交联聚乙烯电缆具有优良的电气性能和机械性能,在高压及超高压电力传输中得到广泛应用。使用平板扩散模型对高压电缆缆芯的脱气过程进行了模拟,讨论了脱气温度、绝缘厚度对脱气时间的影响,并且采用气相色谱法测量了高压电缆缆芯中副产物含量随脱气时间的变化,比较了传统交联聚乙烯与陶氏化学新一代交联聚乙烯不同的脱气效率,结果表明新一代交联聚乙烯能够有效缩短脱气时间达40%。     

基于国产基料的交联聚乙烯高压直流电缆绝缘材料电性能研究

交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)高压直流电缆是直流电网的核心设备,将XLPE高压直流电缆绝缘料国产化具有重要意义。基于欧洲主流超净低密度聚乙烯(low density polyethylene,LDPE)与国内知名企业生产的2种超净聚乙烯,分别制备XLPE试样,并完成脱气处理。测量与评估3种XLPE试样的直流击穿电场强度、直流电导率、空间电荷特性等电气性能指标,综合评估交联材料电气性能。其中,一种国产交联聚乙烯材料的击穿场强与电导率性能指标接近于参考绝缘材料性能指标,其空间电荷性能指标优于参考绝缘材料性能指标,确定了XLPE高压直流电缆绝缘料国产化的可行性。     

不同负载下高压直流交联聚乙烯电缆终端电场仿真计算

通过理论分析并结合多物理场耦合仿真计算,对高压直流交联聚乙烯电缆终端的电场进行了非线性求解,得到了不同负载条件下的直流电缆终端的电场分布,获得了工程应用上所关心部位的电场强度数值,为终端产品设计提供了理论依据。     

交联聚乙烯绝缘电缆的直流耐压问题

我国对电缆交接和绝缘预防性试验,长期沿用直流耐压方法。如果对交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆也采用直流耐压方法,则因电缆在直流下的电场分布不同于实际应用的交流下电场分布,由于附件内电阻系数的不均匀性会导致 XLPE 电缆在直流下损坏;直流耐压试验难以检测附件中的某些缺陷;直流耐压试验中介质内的空间电荷会造成电缆损坏;直流耐压时,电缆及附件击穿或终端头外部闪络时,会损伤电缆绝缘。这都说明,对 XLPE 电缆不宜作直流耐压试验。附带介绍了目前国外的交接试验标准。     

高压直流电缆聚乙烯绝缘材料研究现状

聚乙烯类材料因其优异的介电性能被广泛应用于高压直流电缆绝缘。直流电缆运行过程中,绝缘材料电导率随温度梯度变化和直流电场下空间电荷的积聚而变化,导致绝缘材料内部电场畸变,是目前高压直流聚乙烯电缆绝缘发展面临的严峻问题。该文通过综合国内外研究,论述了高压直流电缆聚乙烯绝缘材料的研究进展,分析了改性聚乙烯绝缘材料的介电性能和作用机理,最后展望了高压直流聚乙烯绝缘材料的发展趋势。研究结果表明,纳米掺杂改性能够有效抑制聚乙烯绝缘材料内部空间电荷的积累,改善聚乙烯绝缘材料直流电导率的温度特性;共混改性生产免交联的聚乙烯绝缘材料能够提高其介电性能;电压稳定剂能提高聚乙烯绝缘材料的耐电树枝性能,具有良好的发展前景;超纯净聚乙烯绝缘材料是高压直流聚乙烯电缆绝缘材料研发的基础和重点。这些研究成果的总结可为未来高压直流电缆聚乙烯绝缘材料的研究和发展提供参考。     

交联聚乙烯高压电缆现场试验方法研究

通过对实际使用110kV交联聚乙烯（XLPE）电力电缆进行工频1.7U0持续时间5min,1h,U0持续时间24h，带50％，90％额定电流5h后施加U0和直流3U0持续时间15min等6种试验电压平行比对试验，研究探讨了判别10kVXLPE电力电缆安装，敷设故障隐患的试验方法。试验结果表明：工频1．7U0持续时间5min能够有效地发现110kV XLPE电力电缆安装质量缺陷；工频U0持续时间24h和直流3U0持续时间15min试验不能有效发现110kV XLPE安装质量缺陷。变频谐振试验是一种较好的试验方法。     

高压交联聚乙烯电缆绝缘劣化试验分析

为掌握运行多年的交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘劣化状况及出现劣化的原因,采用热重法、红外光谱、机械强度试验分析了退运的14条110 kV和220 kV XLPE电缆绝缘。研究了电缆绝缘材料的热稳定性、物质成分及机械性能与电缆绝缘劣化的对应关系,并分析了14条退运电缆历史运行数据。结果表明,14条退运电缆中,有4条电缆绝缘出现了劣化,而这些电缆都经受过穿越故障电流或外部高温;起始分解温度、羰基指数、断裂能对表征XLPE电缆绝缘的劣化状况有很好的一致性,当绝缘出现劣化时,其起始分解温度降低、羰基指数升高、断裂能减小;交联电缆经受大的故障电流冲击或外部高温,都会加快绝缘的劣化。     

高压交联聚乙烯电缆绝缘料的国产化研究

简述我国高压交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆及其绝缘料的市场情况,以国产商品化中压XLPE电缆的绝缘料为基准,分析国内外高压XLPE电缆绝缘料及其制品的绝缘性能,介绍了新上化高分子材料有限公司高压XLPE电缆绝缘料国产化的研发过程。     

交联聚乙烯高压电缆现场试验方法研究

通过对实际使用110 kV交联聚乙烯(XLPE)电力电缆进行工频1.7U0持续时间5 min、1h、U0持续时间24 h,带50%、90%额定电流5 h后施加U0和直流3U0持续时间15 min等6种试验电压平行比对试验,研究探讨了判别110 kV XLPE电力电缆安装、敷设故障隐患的试验方法.试验结果表明工频1.7U0持续时间5 min能够有效地发现110 kV XLPE电力电缆安装质量缺陷;工频U0持续时间24 h和直流3U0持续时间15 min试验不能有效发现110 kV XLPE安装质量缺陷.变频谐振试验是一种较好的试验方法.     

交联聚乙烯电缆直流水树的试验研究

用直流电源试验研究交联聚乙烯电缆直流水树放电特性,对于进一步探讨水树放电机理以及研究XLPE用于直流电缆的运行可靠性具有重要的参考意义。作者进行的直流水树引发和成长的培养与相同条件下进行的交流水树培养的过程相对照,发现直流水树比交流水树难以引发(这里提出的水树都指电缆中气隙引发的蝶结水树),不仅如此,引发直流水树的形态和交流水树形态不同,可以明显区别叠加在原交流水树附近引发出的直流水树;染色后