高压XLPE电缆阻水缓冲层烧蚀机理

近年来,高压XLPE电缆阻水缓冲层烧蚀故障频发,引起了行业内广泛关注。为了探索缓冲层烧蚀机理,搭建简化试验平台并对应电缆实际运行工况条件,开展了对比试验研究;同时,基于110 k V电缆典型结构建立轴向有限元仿真模型,按照阻水缓冲带的实测性能参数进行赋值;最后调节波纹铝护套与缓冲层的接触形式,开展了电势及电场分布模拟分析。研究发现:缓冲带受潮将导致其电阻率增大,介电常数升高,并在外加电流下引发白色物质生成;白色物质中包含阻水粉成分及铝反应产物,其不导电性易导致铝护套与绝缘屏蔽之间电气接触不良;当阻水缓冲层与波纹铝护套连续接触不良的轴向长度达到0.4m,在尺寸为0.1mm气隙中的场强已超过3 k V/mm,足以引发放电。缓冲层受潮是发生烧蚀故障的主要原因,缓冲层与铝护套的间隙也会影响气隙放电的发生,因此建议高压电缆在制造和施工阶段应避免缓冲层受潮,同时应严格保障缓冲层与铝护套有效连续的电气接触。     

基于有限元法的电缆金属护套感应电压仿真分析

为有效降低单芯电缆金属护套感应电压对电缆寿命及载流量的影响,科学合理地选择不同电缆结构的敷设排列方式和距离,利用有限元法对不同材料、结构的电缆金属护套感应电压进行了数值仿真分析。首先采用电磁感应定律对单芯电缆金属护套感应电压进行解析计算;再通过Ansoft Maxwell 15软件建立单回路电缆金属护套感应电压的3维简化模型,并验证了有限元分析方法的适用范围。在此基础上,计算护套、半导电屏蔽层在不同相对磁导率、体积电导率条件下的感应电压值,分析了钢带铠装层对金属护套感应电压的影响。结果表明,当金属护套的体积电导率由105 S/m增大到107 S/m时,电缆金属护套感应电压约降低2.86%;而当屏蔽材料的体积电导率由104 S/m增大到105 S/m时,电缆金属护套感应电压约降低6.06%。当金属护套的相对磁导率由1增大到10时,电缆金属护套感应电压约升高48.48%;而当屏蔽材料的相对磁导率由1增大到10时,电缆金属护套感应电压约升高6.06%;与无铠装层电缆相比,装有金属铠装层电缆的金属护套感应电压增大了近100%。     

基于硅橡胶基调控的高压电缆缓冲层缺陷修复研究

近年来，缓冲层放电造成的电缆本体击穿事故，对线路的运维检修提出了新的挑战，但目前鲜有抑制缓冲层放电的缺陷修复方法。制备含导电炭黑的加成型硅橡胶作为修复液，将其注入电缆气隙层后，对其修复缓冲层电气性能的情况展开研究。采用场发射扫描电子显微镜和电阻测量装置，从介观和宏观层面分析修复液的导电机理；同时建立高压电缆三维数值仿真模型，分析修复液注入体积以及电导率参数对缺陷电缆修复前后电场分布的影响；最后开展真型电缆局部放电试验，对比缺陷电缆在修复前后的局部放电情况。结果表明：当修复液电导率小于10^-5 S/m时，电场强度主要受接触界面边缘曲率影响；当修复液电导率超过10^-5 S/m后，其能够在绝缘屏蔽与铝护套之间构筑良好的导电通道，减小放电烧蚀的风险；修复液注入缺陷电缆后，能够显著抑制缓冲层放电现象，恢复缓冲层的电气性能。     

一种基于石墨注入的高压电缆缓冲层修复方法研究

近年来，高压电缆缓冲层烧蚀故障频发，为解决这一问题，本研究建立XLPE电缆仿真模型，研究不同电阻率下缓冲层的电场分布特性；基于故障机理提出了缓冲层修复方案与全套现场修复工艺，分别对长度为1.2 m和6 m的220kV高压交联聚乙烯故障电缆进行修复试验，并从接触电阻与电容电流两个角度对修复效果进行评价。结果表明：随着缓冲层体积电阻率的升高，缓冲层与铝护套之间电场畸变严重，极易引发局部放电，从而引起电缆故障；而随着缓冲层体积电阻率的下降，缓冲层与铝护套间的电气连接逐渐恢复，电场分布趋于均匀。注入导电修复介质后，缓冲层与铝护套之间的电阻下降幅度可达41.67%，表明缓冲层与铝护套电气连接性能得到恢复。     

铝护套结构对XLPE电缆绝缘屏蔽层悬浮电位影响

为研究电缆铝护套结构对绝缘屏蔽层悬浮电位以及缓冲层间电场强度的影响,优化电缆铝护套结构进而降低缓冲层烧蚀缺陷的严重程度,本文建立缓冲层分压模型以及Comsol仿真模型,分析在缓冲层白斑缺陷出现后,计算不同电缆铝护套结构下的绝缘屏蔽层悬浮电位以及缓冲层电场强度。仿真和理论分析结果表明铝护套最小内径φmin和铝护套波谷处曲率K与绝缘屏蔽层悬浮电位以及缓冲层间电场强度有如下关系：φmin和K越小,绝缘屏蔽层悬浮电位越小,缓冲层间电场强度降低,其中φmin的影响更明显;以本文缺陷电缆为例,仿真定量分析得出φmin和K优化后绝缘屏蔽层悬浮电位分别下降了30%、13.7%;缓冲层间电场强度分别下降了30.3%、13%。     

高压XLPE电缆平滑铝复合护套的弯曲特性及结构设计

近年来,频发的波纹铝护套电缆缓冲层烧蚀故障引起了国内电力行业对平滑铝护套高压交联聚乙烯(XLPE)电缆的广泛关注,其弯曲性能是限制工程应用的技术难点.该文搭建平滑铝护套XLPE电缆的四点弯曲三维仿真模型,以内聚力模型模拟胶层的力学行为,研究有/无热熔胶粘接、缓冲层厚度、非金属外护套厚度及材料、电缆径向尺寸等对平滑铝护套复合结构弯曲性能的影响.结果表明,若铝护套不与外护套粘接,其抗弯曲变形能力差,易起皱并挤压内部绝缘;粘接后形成整体复合护套,其抗弯能力与总厚度有关,其中,铝护套厚度可根据短路容量要求确定,而由外护套补足抗弯强度所需总厚度,且外护套材料弹性模量不应低于800MPa;缓冲层厚度对铝护套弯曲性能影响较小,主要从吸收绝缘热膨胀角度进行设计.基于研究结论,试制了110kV平滑铝护套XLPE电缆并通过型式试验验证.     

高压XLPE绝缘电力电缆缓冲层与金属护层结构设计仿真计算与优化

针对近年来电力系统运行的XLPE绝缘高压电缆因缓冲层发生的故障与隐患增多,就缓冲层、金属护层对电缆的作用,通过测量缓冲层等材料的相关参数,运用有限元(Ansys)软件仿真计算了高压电缆的电场分布,分析了不同优化条件下缓冲层结构的影响,提出了高压电缆缓冲层与金属护层结构设计优化建议。     

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     

高压XLPE电缆缓冲层烧蚀故障机理分析与结构优化

高压交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆缓冲层烧蚀故障频发,在行业内引起广泛关注。电缆结构优化有利于解决放电烧蚀问题,文中从缓冲层放电灼伤机理角度出发,建立电缆有限元模型进行电场仿真,分析讨论不同结构参数下气隙电场分布的变化,并开展模拟试验对结构优化方案进行研究。结果表明：在满足电缆设计要求的前提下,减小缓冲层厚度、减小轧纹深度、增加金属套和缓冲层的挤压深度有利于减弱接触不良导致的气隙电场畸变;平滑铝套结构与缓冲层的接触电阻较小,在抑制缓冲层放电烧蚀故障方面具有优势。     

波纹金属护套高压单芯电缆线芯护层互感的解析解

高压电缆线芯导体和金属护层互感是计算护层感应电压、环流和损耗的基础,是电缆线路设计和规划的重要参数。为提高感应参数的计算精度,该文采用毕奥-萨伐尔定律求解高压电缆线芯电流的磁感应强度,利用高斯定理求解波纹护套截面的磁通量,建立环形纹和螺纹护套的参数方程,确定以相距为护套厚度的内外曲面作为磁通量面积分的边界,推导出线芯与波纹护套的互感和等效直径方法误差的解析公式。以400mm2、800mm2、1 200mm2截面110kV高压电缆几何参数为算例计算,互感随护套厚度和压纹深度的增大而增大,随几何平均半径的增大而减小。解析解与数值解一致,等效半径方法计算得到的近似解比解析解小0.2%～0.3%。整数倍节距长电缆线路,环形纹和螺纹护套电缆互感相等,平滑护套电缆互感大于波纹护套。     

基于阻抗评估电缆缓冲层间隙状况的实验与分析

为了研究高压电缆缓冲层的间隙状况与缓冲层阻抗的相关性,分别建立高压电缆缓冲层间隙模型和电缆的外屏蔽层端部至铝护套端部的分布式电路模型。通过Simulink平台分析不同缓冲层间隙状况下的缓冲层阻抗变化规律及原因。设计并搭建高压电缆缓冲层阻抗的实验平台,对6条不同间隙状况的目标电缆进行实验分析。结果表明:优质的、紧密接触的电缆缓冲层阻抗曲线均为向内凹陷的平滑抛物线,在端口电压为10 V时,其缓冲层阻抗值小于150Ω;劣质的、较为松动的电缆缓冲层阻抗曲线无固定规律,在端口电压为10 V时,其缓冲层阻抗值大于200Ω。实验结果可供电缆质量评估与安全投运提供参考。     

无卤低烟阻燃钢带铠装电缆护套应力开裂的探讨

探讨了无卤低烟阻燃铠装电缆护套应力开裂的机理,提出了防止护套应力开裂的方法,在电缆的双层间隙的绕包铠装和无卤低烟阻燃聚烯烃护套之间含有缓冲层,用于消除电缆弯曲时在钢带间隙处外护套上形成的应力集中现象,保护护套不受双层钢带铠装的影响而开裂,因而提高电缆使用寿命和可靠性。     

500 kV交流海底电缆金属护层冲击感应电压研究

属护层冲击感应电压是高电压、大长度海底电缆安全运行的重要控制条件。采用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC,建立了海底电缆金属护层冲击感应电压仿真模型,对电缆长度、侵入波波形、电缆结构参数等对护层冲击感应电压的影响进行了计算分析,并研究分析了金属护层与铠装层分段短接和采用半导电外护套两种方式对限制金属护层冲击感应电压的作用,研究表明：电缆长度、侵入波波形和电缆结构参数对金属护层冲击感应电压有较大的影响;金属护层冲击感应电压随着分段短接点的个数和外护套电导率的增加而减小。     

高压单芯电缆金属护套雷电过电压仿真和参数分析

高压单芯电缆往往采用金属护套单端接地或金属护套交叉换位互联接地。当电缆受到过电压入侵时,金属护套上的过电压可能超过外护层的绝缘水平,击穿外护层。高压电缆单芯金属护套雷电过电压的仿真计算,与仿真所用模型、元件参数以及电缆的接线方式、运行方式等有关,而元件模型、参数的准确获得是非常困难的,电缆运行方式也是多种多样的。为此,在典型状况下护套雷电过电压仿真计算的基础上,对包括电缆结构、大地电阻率、侵入波波形、冲击接地电阻、电缆长度、负荷电阻的大小及性质等、模型及参数对护套雷电过电压的影响进行了分析研究,并研究了两个或更多的交叉互联大段串联以及有多回电缆出线时,电缆护套上的过电压。研究表明,电缆的结构、电缆长度、入波波形以及负荷电阻的大小和性质对金属护套过电压有较大的影响;当雷电入侵多个交叉互联大段串联的电缆导体时,应在各绝缘接头处加护层保护器;并联出线越多,其护套上的过电压越低。     

高压XLPE电缆阻水缓冲层电–热场分析及模拟烧蚀试验研究

近年来,高压交联聚乙烯波纹铝护套电缆中由于阻水缓冲层烧蚀引发的故障屡见不鲜,且烧蚀部位多集中于缓冲层与铝护套紧密接触位置。为充分了解烧蚀故障的成因机理,对故障检测与预防提供理论与数据支撑,该文首先通过电–热场耦合仿真,探究电缆中径向电流分布规律及由电流不均导致的缓冲层局部温升特性,并开展模拟烧蚀试验,观察干燥及受潮带材在电流作用下的不同烧蚀表现,推导缓冲层损伤机理。仿真结果表明,缓冲层与铝护套紧密接触位置存在电流集中现象,电流密度峰值随不接触长度增加而增大,可达1×103~mA/m~2以上,造成的局部温升也随之增加。在缓冲层受潮时温升更为显著,当接触不良长度达到1或2m时,温升可超过47℃及155℃。试验测得铝电极与缓冲层接触位置不同烧蚀状态对应的特征温度,烧蚀起始温度约为165℃。最终,通过缓冲带材耐热性能测试及与前述结果的对应性分析,有效验证了实际电缆线路中发生缓冲层局部热烧蚀的可能性,对于优化电缆结构、提高故障预防与检测能力,保障电网安全稳定运行具有重要意义。     

高压XLPE电力电缆缓冲层放电问题分析

高压与超高压交联电缆金属护套与电缆线芯之间的缓冲层是电缆的重要组成部分。近年,国内交联聚乙烯(XLPE)高压电缆线路故障中多次出现缓冲层放电现象。文中总结国内电缆缓冲层设计经验,分析不同类型高压电力电缆缓冲层作用,总结缓冲层半导电材料、长期进水运行、缓冲层设计缺陷等可能放电原因,通过分析三起高压电缆缓冲层放电典型案例,说明缓冲层设计的缺陷隐患及缓冲层放电问题原因,对电缆设计及电缆故障分析提供有效参考。     

高压XLPE电缆缓冲层缺陷研究现状综述

高压交联聚乙烯电缆因缓冲层缺陷引发的故障频发,已严重威胁到电力系统的安全运行。本文首先介绍了缓冲层的基本结构和作用,并在此基础上梳理了目前国内外对于缓冲层失效的相关研究;其次从缓冲层的材料特征和内部结构等角度结合电场仿真来分析缺陷发生的主要原因;之后对缓冲层缺陷中出现的白色粉末绝缘性能和理化特征进行总结,并提出其形成机理;最后对缓冲层缺陷的检测手段进行汇总,提出使用计算机断层成像技术对电缆缓冲层缺陷进行检测以弥补现有检测手段的不足,并建议对铝护套及缓冲层的材料或结构进行优化,以预防缓冲层缺陷的生成。     

高压电缆缓冲层的设计与工艺研究

高压与超高压交联电缆金属护套与电缆缆芯之间的缓冲层是电缆的重要组成部分,对电缆的机械、热性能具有重要的影响。为研究缓冲层对电缆性能的影响,分析了不同的阻水带的热阻特性与工艺特点,对国产两种同型号不同厂家的电缆进行了对比温升试验,最后讨论和分析了现在国内外高压交联电缆缓冲层的结构与工艺特点。研究表明,具有不同结构与材料的缓冲层,对电缆本体的热阻有显著影响,也对电缆载流量有着很大的影响。在此基础上,对国产电缆的缓冲层设计与工艺提出了一些建议。     

110 kV XLPE电缆缓冲层放电灼伤问题的理化分析与仿真研究

对110 kV及以上高压XLPE电缆线路改造时,频繁发现电缆缓冲层存在疑似放电灼伤缺陷,其原因尚无定论。为探究该缺陷是否为放电产生,文中首先对缺陷进行了形貌特征观察和元素成分表征,然后对阻水带电阻率进行测量,最后利用有限元软件对电缆进行三维电场仿真,研究了缓冲层间隙、阻水带电阻率、过电压等因素对缓冲层场强的影响。研究结果表明:缓冲层存在间隙、阻水带电阻率增大、过电压入侵等因素会使缓冲层场强增大,易造成缓冲层放电现象。     

高压XLPE电缆缓冲层结构对载流量的影响研究

载流量是高压电缆最重要的运行参数之一。通过仿真计算不同缓冲层结构高压电缆的载流量,以型号YJLW03-64/110-1×630的高压电缆为例,建立电缆的三维模型;运用COMSOL Multiphysics仿真软件,计算具有不同缓冲层结构高压电缆的载流量,并利用温升试验验证模型的准确性。由仿真计算结果分析得出,电缆载流量随缓冲层气隙层厚度增大而减小,金属护套采用平直铝及绕包金布都会使高压电缆的载流量增加。研究成果可以为电缆的缓冲层结构生产制造提供理论依据。