电缆终端应力锥错位缺陷对界面温度及应力分布的影响

电缆终端内部缺陷会造成终端内部电场分布不均、局部温度升高与应力分布变化，可能引发局部放电造成绝缘击穿。为研究终端应力锥错位缺陷对电缆界面温度及应力分布的影响，分别建立了电缆终端安装不足与安装过盈情况下的电缆终端错位缺陷模型，并进行电-热-力多物理场耦合仿真分析。结果表明：电缆终端绝缘屏蔽层截断处是电缆终端的薄弱部位，终端界面温度和界面压力都会在绝缘屏蔽层截断处发生突变。当电缆终端存在安装不足缺陷时，终端屏蔽层截断处与应力锥根部之间会出现电场升高区域，在安装位置为-7.5 mm时界面温度最高，绝缘界面压力值升高，且安装位置为-2.5mm时绝缘承受的压力值最大；当电缆终端存在安装过盈缺陷时，绝缘屏蔽层截断处会发生电场畸变，电场突变量随着偏移量的增加而增大，在安装位置为+5.0mm时绝缘界面压力值最大，且界面压力突变量增加发生畸变。因此，在电缆终端实际设计安装与运行维护中，额外注意应力锥错位缺陷对终端内部应力分布的影响十分必要。     

柔性电缆插拨式快速终端和接头绝缘结构分析

用有限元法分析柔性电缆端部电场分布方法研究了有机复合材料界面压强与沿面放电电压的关系,探讨界面接触面压缩应力、压缩应变及橡胶材料蠕变、材料疲劳特征的规律。研究表明:柔性电缆终端和接头绝缘结构 应采用应力锥设计,选用三元乙丙橡胶作主要绝缘材料,其弹性和扯断永久变形应分别控制在50%和2%,插拔配 合的过盈值应在1.7～2.6之间。     

应用有限元方法优化应力锥设计

采用有限元法设计全预制式高压电缆户外的终端电场,通过调整应力锥曲线优化了终端电场分布,即分别选取不同的应力锥长度和曲率来计算和筛选电场应力分布最优的设计尺寸。计算表明,应力锥长130 mm、端部曲率半径20 mm时各项性能指标完全满足要求。对比常规计算方法,该方法能准确计算出终端电场分布,优化应力锥设计。     

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。     

110kV XLPE电缆GIS内锥插拔式快速中间接头的设计EI北大核心CSCD

故障快速修复目前高压交联聚乙烯电力电缆迫切需要解决和完善的问题。为缩短电缆故障时的抢修时间以及节约硬件成本,将电缆终端气体绝缘开关(GIS)技术创新化地运用到电缆中间接头上,开发出了一种用于110KV交联聚乙烯电缆或电缆接头在发生主绝缘故障后临时连接用的GIS内锥插拔式快速接头。利用有限元分析对接头的应力锥、高压屏蔽电极、附件材料电性参数的配合进行了优化设计,得出了最优配合,完成了接头样机的研制并进行了现场试验验证。结果表明:应力锥的轴向长度及端部半径最优值分别为135 mm和25 mm;应力锥与半导体屏蔽层的介电系数比值以及应力锥与主绝缘的电导率比值越小越好;高压屏蔽电极的倒角半径及电极长度最优值分别为10 mm及40 mm。使用设计的接头,可在4 h内完成电缆附件的安装。该接头可以实现异径电缆对接,通用性强,主体部分可以重复使用,满足系统的运行要求。     

110kV XLPE电缆GIS内锥插拔式快速中间接头的设计

故障快速修复目前高压交联聚乙烯电力电缆迫切需要解决和完善的问题。为缩短电缆故障时的抢修时间以及节约硬件成本,将电缆终端气体绝缘开关(GIS)技术创新化地运用到电缆中间接头上,开发出了一种用于110KV交联聚乙烯电缆或电缆接头在发生主绝缘故障后临时连接用的GIS内锥插拔式快速接头。利用有限元分析对接头的应力锥、高压屏蔽电极、附件材料电性参数的配合进行了优化设计,得出了最优配合,完成了接头样机的研制并进行了现场试验验证。结果表明:应力锥的轴向长度及端部半径最优值分别为135 mm和25 mm;应力锥与半导体屏蔽层的介电系数比值以及应力锥与主绝缘的电导率比值越小越好;高压屏蔽电极的倒角半径及电极长度最优值分别为10 mm及40 mm。使用设计的接头,可在4 h内完成电缆附件的安装。该接头可以实现异径电缆对接,通用性强,主体部分可以重复使用,满足系统的运行要求。     

高压电缆缓冲层轴向沿面烧蚀故障机理分析

为了对运行电压下电缆缓冲层轴向沿面烧蚀故障机理进行研究，本文搭建了电力电缆等值电路，根据110kV XLPE电缆结构及实际尺寸，计算了电缆发生放电现象时对电缆金属护套与绝缘外屏蔽脱离长度的要求。结果表明：缓冲层电阻率对脱离长度影响显著，降低缓冲层电阻率可增加允许脱离长度，当电阻率达到105Ω?mm以下时，允许的脱离长度达1186mm，不易发生轴向沿面放电，此外，允许纵向电压及缓冲层结构尺寸也是控制缓冲层缺陷的特征参数。#$NL关键词：电缆；缓冲层；波纹铝护套；烧蚀；故障#$NL中图分类号：请作者自查     

320kV XLPE高压直流电缆终端电场分析

基于有限元分析方法,以COMSOL Multiphysics为求解工具,建立了320 k V XLPE高压直流电缆终端模型。分析了不同载流量作用时,直流电压和直流叠加冲击电压作用下电缆终端内部的电场分布,并对直流叠加冲击电压作用下XLPE绝缘屏蔽层的搭接长度对界面电场的影响进行了分析。结果表明:直流电压作用下,XLPE/SR界面的切向场强随载流量增大而增大,而且最大场强的位置由应力锥端部转移至应力锥根部;直流叠加冲击电压作用下,界面切向场强在绝缘屏蔽层搭接位置出现畸变,最大场强值位于屏蔽层顶部;同时随着搭接长度的增大,界面切向场强逐渐减小,为防止电缆终端内部出现空气击穿现象,建议屏蔽层的搭接长度至少为25 mm。     

交联聚乙烯电缆的试验终端

合理的试验终端是电力电缆电气性能试验的关键。通过分析电缆端部电场分布特点,抓住试验终端自身特征,由理论出发,详细评述了各种试验终端的优点与局限性,使用要则与适用性。它涉及到油终端、应力锥终端、参数控制型终端,以满足不同试验情况的需要。     

预制式电缆终端应力锥安装错位的影响分析

运用有限元法,研究了电缆终端应力锥安装错位时的高压静电场的分布和数值大小,计算了加载110 kV恒定电压于电力电缆上时,其终端的静电场分布与数值。应力锥正确安装时,覆盖电缆半导电层为60 mm,分析了应力锥覆盖电缆半导电层50、46、73 mm的电场分布和半导电层末端周围的电场畸变。最后对不同模型的仿真结果进行了比较,得出,应力锥安装过盈时,即覆盖半导电层超过60 mm,电场畸变严重,在工频下存在剧烈的局部放电现象。通过现场试验,验证了有限元分析结果的正确性。     

电缆终端头扩径率对应力锥应力及电场分布的影响

为了研究电缆终端头扩径率对应力锥内部应力及电场分布的影响,采用COMSOL Multiphysics仿真软件建立了10 kV电缆终端头模型及应力锥材料的RVE模型,从宏观和细观两个角度分析了不同扩径率下应力锥所受应力和电场分布情况。结果表明,电缆终端头扩径对应力锥端部影响最大,扩径率越大,端部附近应力和电场集中越明显。在拉伸状态下,横向排列的炭黑颗粒间会产生“应力集中带”且出现明显的“分层”现象,拉伸程度过大会导致炭黑颗粒与基体界面出现脱粘损伤。扩径率的增大使得纵向排列的炭黑颗粒间距减小,彼此靠近的颗粒将连成导电通道,造成局部电场集中。     

带电旁路作业用插拔式快速电缆终端和接头

基于电场有限元数值计算和界面沿面放电试验研究结果,研制了优化绝缘结构设计的插拔式快速终端和接头,其应力锥的绝缘材料采用三元乙丙橡胶,外屏蔽为不锈钢。,终端和中间接头插拔配合的过盈值、复合界面压强值的理论计算值和按IEC、GB、Q/WLT等标准进行型式和补充试验的结果基本一致,寿命可达1000次。     

220kV电缆终端应力锥在力场中的数值模拟分析

电力电缆系统的故障主要发生在电缆附件部分。在220kV交联电缆附件开发过程中，橡胶应力锥的压力分布状态是要解决的关键问题，应用220kV电缆终端的结构型式和工作原理，建立了该种电缆终端结构的数值仿真模型；结合橡胶材料的Rivlin应变能函数模型，采用增量分析方法．建立了非线性有限元方程组；应用Newton—Raphso迭代得到应力锥的位移．并计算了应力分布；报据应力锥内外侧的应力分布曲线，综合分析了应力锥轴向和径向应力状态。结果表明：橡胶材料及其结构形式对220kV电缆终端应力锥应力分布的影响十分明显．实际工程设计中应选择适当的橡胶材料及相应的结构形式。     

320kV XLPE高压直流电缆接头附件仿真分析和结构优化设计

应用在高压直流输电系统的挤出式交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)电缆,通常用工厂预制的硅橡胶(silicon rubber,SR)中间接头在现场进行连接。为了研究接头的电场分布并对接头结构进行优化设计,对影响附件电场的电缆绝缘和附件绝缘的材料电导率关系、以及附件应力锥和高压屏蔽管的几何参数进行了深入研究。从两种绝缘材料的电导率和电场、温度的非线性关系入手,结合试验数据,通过数据拟合得到了XLPE和SR的电导率表达式,在仿真分析中代入电导率的表达式,可以判断两种材料的电导率配合是否使得电场分布不超过设计值。通过合理设计应力锥和高压屏蔽管结构,降低了应力锥根部和高压屏蔽管端部电场强度,抑制了绝缘交界面切向方向的电场强度。可知:当应力锥使用该文提出的形状、高压屏蔽管的厚度适当增加且电缆绝缘和附件绝缘的电导率相匹配时,附件电场的分布最优。     

电力电缆电容锥式终端结构及电场分析

电容锥式电缆终端是在增绕绝缘的基础上增绕时中间夹入导电铝箔形成多层电容串联的结构以起到均匀电缆终端电场分布的作用.为了研究故障时电力电缆电容锥式终端结构对电场分布的影响,采用了有限元法及基于电磁暂态法的软件ATP-EMTP对高压电缆电容锥式电缆终端发热缺陷进行分析.通过对故障电缆的解剖分析、仿真及两种仿真方法的对比,研究了电容锥式终端的结构及正常运行与故障时的电场分布,得出铝箔破碎是造成电容锥式电缆终端发热的主要原因.     

110 kV交联聚乙烯电缆终端悬浮电位缺陷试验

为研究应力锥顶部台阶处附着的金属片对电缆终端电场畸变程度的影响,基于电场分析探讨了终端悬浮电位缺陷的局部放电发展过程。首先,建立了静电场下电缆终端悬浮电位缺陷的有限元仿真模型,进行了相关的电场理论计算,结合不同缺陷长度对电场畸变程度的影响,分析了沿径向方向电场强度最大值的分布规律;其次,构建了110 kV电缆终端悬浮电位缺陷物理模型,建立了电缆终端局部放电试验平台,获取了悬浮电位缺陷放电信息;最后,根据放电特性划分局部放电发展阶段,分析了各阶段局部放电相位谱图特征,阐述了终端悬浮缺陷局部放电发展过程。结果表明:缺陷部分最大电场强度出现在电缆本体XLPE、金属片、应力锥的交界处,金属片缺陷的长度与电场的畸变程度成正比例关系,且最大场强值已超过设计控制值。通过试验表明悬浮电位缺陷导致电场发生严重畸变,从而引发明显的局部放电现象,且不同电压下的局部放电相位谱图具有明显特征,为电缆终端局部放电模式识别提供了缺陷样本数据。     

动车组高压隔离开关电极结构优化

国内外针对动车组高压系统绝缘特性研究甚少,分析动车组隔离开关电场分布并选择结构合理的电极参数,对动车组安全、稳定运行具有重要的工程意义。因此基于仿真分析和实验研究相结合的方法开展动车组隔离开关高压侧电极结构优化策略研究。建立动车组隔离开关3维模型,分析高压端电极结构优化前后复合绝缘子电位、电场分布变化趋势。仿真分析电极结构参数(环半径R,管半径r)对电位、电场分布的影响。实验比较电极结构优化前后耐压性能变化趋势,在高速风洞试验室验证了优化后的电极机械连接可靠性。研究结果表明,现有动车组隔离开关高压端电极边缘存在明显的棱角,复合绝缘子伞裙四周电位分布不均匀。优化后的电极可有效降低电位梯度,优化后的轴向及沿面电场强度最大值小于0.45 kV/mm。结构优化后的隔离开关工频、雷电冲击耐压值及机械强度均满足要求。     

湿度对绝缘表面工频闪络电压的影响

发现洁净绝缘表面电导随空气湿度变化时沿绝缘表面的工频电场分布有显著变化，并通过研究首次提出证实了沿面电场分布的这种变化对工频预放电以及工闪络电压的影响，文中以大量的实验数据全面揭示了湿度对绝缘表面空气工频闪络电压影响的新机理，同时说明了“温度附加影响”的物理原因。     

基于多物理场的预置式（插拔式）海底电缆终端电场优化研究

电缆终端电场分布优化研究是海底电缆安全运行和试验迫切需要解决的问题,为提高其运行的安全性与可靠性,可对电缆终端电场分布进行优化。文中基于有限元法对海底电缆终端电场进行多物理场耦合研究分析,综合考虑终端实际运行环境及实际生产情况,采用电流—温度—电压仿真法对电缆主绝缘及应力锥绝缘部分材料进行优化分析,同时对应力锥金属部分曲率及应力锥金属与绝缘部分比例分配进行优化,寻求终端电场分布的最优化。结果表明:采用与电场、温度相关的非线性材料对终端电场分布很大改善,应力交界点电场强度降低幅度为25.83%,交界面上的最大电场强度降低幅度为12.91%;对金属应力的曲率和金属与绝缘部分比例分配分别优化和同时优化作对比,当金属应力的曲率半径为81 mm,增加金属应力20 mm时,电场改善程度最大,应力交界点电场强度降低幅度达到27.47%,交界面上的最大电场强度降低幅度也高达24.55%,提高了海底电缆终端的可靠性与安全性。     

高压直流电缆接头稳态与暂态电场分布特征

为探索高压直流电缆接头内部电场分布规律,特别是增强绝缘非线性特征对电缆接头内部电场分布的影响,在制备纳米硅橡胶复合材料基础上,借助有限元仿真研究了高压直流电缆接头内部电场分布特征。通过对不同温度梯度、施加电压、极性反转时间及增强绝缘电导特征等因素下电场分布特征的研究,得出如下结论:电场强度最大值位置随温度梯度与施加电压的变化在应力锥根部与导体屏蔽管端部间转移。应力锥根部电场强度受接头绝缘材料热活化能、非线性相关系数的调控效应显著。在极性反转过程中,电缆绝缘与导体屏蔽管端部电场强度最大值与极性反转时间近似为指数函数关系;然而,应力锥根部电场强度最大值不受影响。在正极性雷电脉冲下,应力锥根部电场强度最大值随热活化能的减小或非线性相关系数的增大而减小;在负极性雷电脉冲作用下,应力锥根部电场强度最大值随热活化能的减小或非线性相关系数的增大而增加。