高频谐波电压对冷缩电缆终端的电场及温度影响研究

中压冷缩电缆终端可能会遭受到高频谐波电压的持续作用而使其绝缘迅速失效,其失效原因主要和高频电压下的电场和温度有关。笔者研究了高频谐波电压对35 kV电缆终端温度和电场的影响规律及机理,阐明了热点和电场分布之间的联系。通过高频谐波电压的电热老化试验装置,对两种不同类型的冷缩电缆终端(应力均匀型和几何型),施加不同频率的电压。通过红外热成像仪分析了不同的频率、幅值对电缆终端表面温度分布的影响。发现随着频率的增加,应力均匀型终端在局部地方形成明显的热点,随着频率增加,热点温度进一步升高,而几何型终端则温度变化不明显。通过有限元分析发现,应力均匀型终端的热点位置正好和电场的集中点相对应,随着频率增加,电缆阻性发热量增加,而几何型终端的电场较小,阻性发热不明显。该研究对于开发耐高频电压的冷缩终端具有一定的意义。     

外加电压及绝缘温差对XLPE直流电缆电场分布的影响

为了明确交联聚乙烯绝缘直流电缆电场随外加电压和绝缘温差的分布规律,基于有限元仿真分析方法,对±500 kV交联聚乙烯绝缘直流海缆进行了不同外加电压和绝缘温差下的电场分布研究,并与拉普拉斯场强计算方法进行对比.结果表明,通过拉普拉斯场强计算方法得到的直流电缆绝缘场强呈稳定分布,而有限元仿真情况下可见随着绝缘温差升高直流电...     

Electric field and space charge measurements in thick powerr cable isulation - [Feature Article]

This paper describes the evolution of electric field and space charge in high voltage AC and DC cable polymeric insulation, followed using the thermal step method.     

Life model based on space-charge quantities for HVDC polymeric cables subjected to voltage-polarity inversions

This paper illustrates a new model that enables the estimation of life of polymeric insulation subjected to DC stress, both in the presence and in the absence of voltage polarity inversions. The derivation of the model parameters is based on the results of space charge measurements and accelerated life tests realized at constant DC stress, which allows the characterization of the performance of insulating materials under DC electrical stress to be carried out in short times. The expected life of a cable in service can be evaluated by means of this model, provided that the rate of voltage inversions expected during its life is known or estimated. The model is applied here to results of tests carried out on polyethylene-based materials for cable insulation, and model parameters are calculated resorting to two different approaches. A satisfactory fitting of life test results is achieved, thus confirming the validity of the proposed model.     

±535 kV直流电缆绝缘厚度理论设计与验证

为确定张北柔性直流工程直流电缆的绝缘厚度,文中提出了一种直流电缆绝缘厚度设计方法,分析了寿命指数、击穿场强换算系数和Bahder系数3个关键因素对绝缘厚度的影响;通过建立方程组计算了±535 k V直流电缆绝缘厚度;采用有限元仿真方法计算了不同电导率温度系数、电导率电场系数和绝缘温差下的电场分布和电场畸变率。研究表明,不同电导率温度系数、电导率电场系数和绝缘温差下,±535 k V直流电缆绝缘电场畸变率均符合国家标准的要求,设计方法的合理性得到验证。研究结果为直流电缆绝缘厚度设计和验证提供了理论指导,为张北工程的建设提供技术支撑。     

柔性直流输电系统用直流交联聚乙烯绝缘电缆导体最高温度提高到90℃的可行性

以实际直流交联聚乙烯(DC XLPE)电缆工程设计示例,表明将柔性直流输电(VSC)系统用DC XLPE电缆的导体的最高运行温度提高到90℃,其技术经济效果显著。按DC XLPE电缆抑制空间电荷要求,阐明DC XLPE电缆绝缘的直流恒定电流电场中空间电荷密度与绝缘温度梯度和XLPE绝缘的体积电阻率的温度系数成正比而与导体最高温度不直接相关。通过合理的DC XLPE电缆工程设计和正确选用DC XLPE电缆,可以在提高DC XLPE电缆传输功率和减小绝缘温差抑制空间电荷方面取得优化结果。320 kV及以下XLPE电缆在导体最高温度90℃下运行,绝缘损耗远低于导体损耗,DC XLPE电缆发生热不稳定的可能性很低。对VSC系统用DC XLPE电缆导体运行温度提高到90℃的可行性表示肯定的意见,对实现目标提出具体的措施建议。     

10 kV三芯交流电缆不同敷设情况下的直流化改造

交流线路的直流化改造可缓解城市部分线路供电压力过大的问题。为尽可能提高改造后电缆线路的功率传输能力,对改造后的运行参数即载流量和运行电压进行研究。文中以城市配电网常见的10 kV三芯交流电缆为例,对空气、直埋和排管3种敷设情况下的电缆进行直流化改造仿真研究。首先,依据温度场和电场仿真结果,得出3种敷设情况下电缆的直流载流量和合适的运行电压范围。然后,以仿真所得的载流量和运行电压为基础,分析电缆改造前后的最大传输功率。最后,对多回线路敷设时的温度场进行仿真。研究结果表明,3种敷设情况下,交流电缆直流化改造后,功率传输能力均有提升,且直埋敷设的提升效果最为明显。     

直流XLPE电缆用预制接头最大场强解析算法

由于电缆接头结构复杂并含有多个复合界面,对其进行直流电场分析通常需要借助数值仿真软件、采用电-热耦合方法进行迭代计算,耗时费力。为了满足工程中仅对中低压直流XLPE电缆用中间接头最大场强进行校核的需求,利用传热学与电磁学相关理论,建立接头热场分布的简化分析模型,推导出计算应力锥根部场强的解析式,仅需输入少量必要参数,即可确定接头中的最大场强。通过以10 kV和35 kV XLPE电缆用硅橡胶和乙丙橡胶接头为例,分别在不同直流电压及接头内外温差下进行解析计算,并与相应的有限元仿真结果对比,验证所提方法的计算精度及适用性,为工程人员进行中低压直流预制接头的设计及校核提供强有力工具。     

直流XLPE电缆用预制接头最大场强解析算法

由于电缆接头结构复杂并含有多个复合界面,对其进行直流电场分析通常需要借助数值仿真软件、采用电-热耦合方法进行迭代计算,耗时费力。为了满足工程中仅对中低压直流XLPE电缆用中间接头最大场强进行校核的需求,利用传热学与电磁学相关理论,建立接头热场分布的简化分析模型,推导出计算应力锥根部场强的解析式,仅需输入少量必要参数,即可确定接头中的最大场强。通过以10 kV和35 kV XLPE电缆用硅橡胶和乙丙橡胶接头为例,分别在不同直流电压及接头内外温差下进行解析计算,并与相应的有限元仿真结果对比,验证所提方法的计算精度及适用性,为工程人员进行中低压直流预制接头的设计及校核提供强有力工具。     

220 kV电缆线路终端故障及仿真分析

为分析某220 k V电缆线路终端应力锥、电缆表面贴合状态与故障发生的深层次原因,本文对某220 k V故障电缆终端开展故障解体、X射线检测以及仿真工作,分析发现接头应力锥过盈量高于安装工艺要求,且搭接面表面不平整。在应力锥、电缆表面贴合良好时,运行电压下应力锥、电缆主绝缘最大电场强度均远小于对应绝缘材料的击穿场强,而应力锥、电缆表面贴合不良交界面存在微小气隙时,运行电压下气隙内部电场强度大于空气击穿场强,表明运行电压下气隙内部存在放电现象。因此,电缆终端应力锥、电缆表面贴合不良、交界面存在微小气隙时,在运行电压下,气隙内部长期放电引起主绝缘破坏是造成电缆故障的原因。     

交流电压下基于空间电荷效应的XLPE电缆绝缘老化研究现状

交联聚乙烯(XLPE)电缆以其优良的机械和电气性能广泛应用于现代电力系统。研究表明,在直流电压作用下绝缘中容易形成空间电荷,导致电场畸变,加速绝缘老化。国内外很少关于交流电压下空间电荷对XLPE电缆绝缘影响的研究。本文综述了交流电压下空间电荷对XLPE电缆绝缘老化的影响及其作用机理,并介绍了交流电压下测量空间电荷分布的改进的电声脉冲法。结果表明,交流电压下,空间电荷分布特性影响XLPE电缆绝缘老化。     

牵引机车过分相时高频谐波分析及对电缆终端发热问题研究

针对牵引机车在过分相时产生高频谐波以及由此导致应力控制型电缆终端绝缘迅速裂化的问题。文中研究牵引机车在过分相时网压、网流及电压波形畸变率的变化,及由此高频谐波对电缆终端的影响。实验通过搭建高频高压老化实验装置,利用高频高压发生装置对电缆终端施加不同的频率和电压,使用红外热成像分析高频谐波对电缆终端热点的影响。此外,通过电场仿真发现,在高频电压作用下,电缆终端外半导电层截断处的场强要明显大于工频电压下的场强。结果表明:机车在过分相时网压、网流波动比较明显,并由此带来的谐波比较严重,高频谐波含量比较丰富,在高频电压的作用下,应力控制型电缆终端的热点温升要明显高于工频电压下的温度变化。     

挤包绝缘高压直流电缆制造与应用中的径向梯度效应

挤包绝缘高压直流电缆在直流输电工程中应用广泛,但制造与应用中的梯度效应显著影响其直流电气性能.以500 kV交联聚乙烯直流电缆为研究对象,首先,通过仿真计算理想均匀绝缘电缆中的场强分布;然后,计算交联和脱气过程中绝缘层的温度分布,并对电缆绝缘切片取样,测量不同径向位置绝缘的相态结构和直流电气性能;最后,根据实测电导率对...     

A study of electric stress enhancement. Part 1. Implication in power cable design

The increase in electric stress due to a surface protrusion at the interface between a semiconductive shield and a polymer insulation layer in power cables can lead to localized electron injection into the polymer insulation and result in undesired material degradation. This paper reports the analyses of electric stress enhancement of surface protrusions in several commonly encountered medium- and high-voltage power cable configurations. First, a brief review of the electric stress enhancement theories is presented. Then evaluations using these theories for various power cable configurations are made, and it is shown that theories considering a hyperboloidal protrusion will exhibit more realistic stress enhancement results than the cases based on a spheroidal protrusion. Further examination reveals that, besides the sharpness of a protrusion, thickness of the insulation medium also plays a governing role in the stress enhancement at the interfaces between different dielectric media. Contrary to the conventional wisdom, it is a surprise to observe that a thicker insulation can actually cause higher stress enhancement at a protrusion tip, under a given applied voltage. Because of this, a flatter surface protrusion at a higher voltage setting, which usually has thicker insulation, can result in earlier degradation than a sharper protrusion at a lower voltage, even though sharper extrusions are expected to have higher stress enhancement. As a result, thicker insulation may not always be advantageous in the power cable design for higher voltage applications.     

国产高压XLPE电缆绝缆中允许杂质尺寸的试验研究及方法

电树枝是影响XLPE电缆长期老化性能的重要因素,而确定高压XLPE电缆绝缘层中允许的最大杂质尺寸对于保证其长期老化性能是很重要的。本文利用针电极模拟杂质对从国产220kVXLPE电缆绝缘中所取得的试样进行了相关试验,得到电树枝起始电场强度约为270kV/mm,而杂质尖端最小曲率半径约为10μm。通过计算得到对于220kVXLPE电缆,杂质的最大允许尺寸约为130μm。这一结果与国家标准规定的允许杂质尺寸125μm基本符合,这一试验方法可以用于高压XLPE电缆中允许杂质尺寸的研究。     

直流电缆绝缘设计

直流电力系统的发展滞后于交流电力系统 ,尤其是高压直流电力电缆的研制远远滞后于交流电缆。目前直流电缆设计方面的介绍较少 ,以致不少人误认为直流电缆的设计与交流电缆设计一样。为此 ,从直流电缆的电场分布特性、绝缘特性以及绝缘材料的选取等方面阐述了影响直流电缆绝缘设计的一些关键因素 ,包括直流电缆绝缘的电阻系数与温度的特性关系、绝缘中空间电荷的影响以及绝缘材料的选取等问题 ,有助于消除误解 ,同时为成功设计直流电缆提供参考。     

Development of extruded ethylene propylene rubber insulated superconducting cable

A superconducting power cable is one of the promising ways of underground transmission of huge electric power in the future. The authors have long proposed the idea of the extruded polymer insulation for superconducting cables. The prominent features of the design are to exploit the excellent electrical properties of polymer in the cryogenic temperatures and to separate the helium coolant from the electrical insulation. Although the extruded cross-linked polyethylene cable has proved ability at the liquid nitrogen temperature, the cable insulation cracked due to mechanical stress during cooling to the liquid helium temperature. To overcome this problem, ethylene propylene rubber (EPR) was selected as a new insulating material considering the good results of mechanical and electrical tests of EPR samples at cryogenic temperatures. An extruded EPR insulated superconducting cable 15 m in length was fabricated and a cooling test down to the liquid helium temperature and a voltage test at the liquid helium temperature were carried out with fair success. This is a breakthrough in terms of the electrical insulation design of cryogenic cables.     

EPR直流馈电电缆裂损放电特性及其应用

根据乙丙橡胶直流馈电电缆敷设方式,开展了直流馈电电缆绝缘裂损放电试验,以及放电信号检测电缆绝缘裂损故障的可行性研究。试验研究结果表明由于运行电压低,绝缘良好的直流馈电电缆检测不到放电,当电缆绝缘层发生破损后,直埋电缆在一定的条件下发生漏电痕放电;桥架电缆绝缘破损较小时也会发生类似直埋电缆的漏电痕放电,绝缘破损较大时(电缆芯裸露)会对桥架发生拉弧放电。直埋电缆可行性模拟试验结果表明电缆放电现象与其绝缘裂损具有良好的对应关系,能够预警其绝缘裂损,但也与外界环境相关。土壤湿度小时容易发生放电,土壤湿度大时,不易发生放电,会产生较大的直流泄漏电流;综合监测直流泄漏电流和放电信号方能有效地实现直流馈电电缆绝缘裂损故障监测。     

轨道交通直流馈出电缆故障分析及对策

牵引直流馈出电缆是保障轨道交通正常运行的关键设备,其绝缘状况直接影响着轨道交通供电安全,现有的电缆绝缘检测方法已不能满足地铁安全运行的需求。因此以上海轨道交通直流馈出电缆故障为例,分析了直流电缆故障原因,分析结果表明诱发电缆故障的因素主要有水分引起的绝缘老化、电动力及外力引发、敷设曲率半径不够引发以及高频脉冲引起的绝缘老化。并提出了相应的预防措施,合理地选择电缆型号、改善电缆运行环境、装设故障预警装置等对减少直流馈出电缆故障影响是行之有效的。     

The improved voltage life characteristics of EHV XLPE cables

Although many researchers have investigated voltage life characteristics of XLPE cables, the voltage life curve of XLPE insulation has not been made clear because of large deviations in the obtained data. Moreover, the voltage life curve of a XLPE cable, which is significantly affected by defect size and shape, cannot be applied to another cable having different defects. The authors obtained an intrinsic stress life curve of XLPE which included no defects. The intrinsic stress life curve demonstrates the existence of a threshold stress, which causes no degradation in the insulation. The application of the intrinsic stress life curve makes possible to estimate the voltage life curve of any cable with known defects. A method for calculating the defect size that would not initiate any degradation in XLPE insulation under a given electrical stress is proposed