新型XLPE高压直流电缆绝缘料的空间电荷特性研究

高压直流电缆运行中的温度梯度效应导致电缆外绝缘层场强严重畸变,降低了绝缘的电气强度和使用寿命。在聚乙烯纳米复合材料的基础上,添加适量的交联剂、抗氧剂等制备了新型高压直流交联聚乙烯料,对其力学性能和电性能进行测试,并将其与国外主流XLPE直流电缆绝缘料的空间电荷积聚与场强畸变特性进行对比分析。结果表明:新型高压直流交联聚乙烯电缆料的性能优于国外主流XLPE直流电缆绝缘料,有望用于国产高压直流电缆。     

高压直流XLPE电缆冷热循环下的空间电荷特性研究

同轴型电缆空间电荷测试系统是研究塑料电缆空间电荷特性的重要工具。根据国际大电网WG21-01组推荐的高压直流塑料电缆型式试验方法——24 h负荷冷热循环(8 h加热周期和16 h冷却周期),对三种不同绝缘材料所构成模拟小电缆的空间电荷分布进行了实时测量。通过比较三种电缆在24 h冷热循环周期中空间电荷积聚的量化指标——平均电荷密度,得出高压直流XLPE电缆对温度变化应具有良好的"响应"且24 h负荷冷热循环前后空间电荷的积聚量应保持不变,为今后高压直流塑料电缆的研究指明了方向。     

高压退役电缆空间电荷特性

由电缆老化引起的绝缘层空间电荷的积累与消散对于电缆绝缘性能有很大影响。选择2根退役及1根备用110 kV交联聚乙烯电缆,利用电声脉冲法测量了不同位置的空间电荷分布,初步分析了空间电荷特性与电缆老化之间的关系。结果表明:老化后的试样不同位置的正极性电荷和异极性电荷(不包含正极性电荷)均增加;极化阶段平均体电荷密度差异很小,无法判断电缆老化状况;去极化起始阶段,电荷脱陷使得平均体电荷密度跃变,不同电缆样品不同层的初始值差异较大;随着时间增加,电荷消散速度逐渐减小,很好的反应了绝缘层陷阱能级的变化。总的来说,电荷消散过程中平均体电荷密度的变化及陷阱能级差异更能反应电缆老化状况。     

预鉴定试验对直流电缆中空间电荷特性的影响

为研究预鉴定试验对直流交联聚乙烯(XLPE)电缆的影响,对国内自主研发的200 k V直流XLPE电缆进行了预鉴定试验,并采用傅里叶红外光谱测试(FTIR)、差示扫描量热法(DSC)、空间电荷测试等方法,分析了预鉴定试验前后电缆XLPE绝缘中层绝缘的状态变化。结果表明:预鉴定试验前后,电缆绝缘材料本征基团对应的特征吸收峰基本不变,熔融温度、结晶温度变化不大,电缆材料未发生明显老化。预鉴定试验前后,电缆绝缘中层切片试样均有明显的异极性空间电荷积累,30℃下预鉴定试验后试样短路过程中的平均体电荷密度明显大于预鉴定试验前的试样。预鉴定试验使电缆绝缘层内的交联副产物沿电缆径向由线芯侧向外侧扩散,使电缆绝缘中部的交联副产物含量增多。电缆绝缘中层切片经实验室脱气处理后,异极性空间电荷的积累量大幅下降,表明现有200 k V直流XLPE电缆经脱气处理后,仍留存大量的交联副产物,需要进一步改进生产过程中的脱气工艺。     

交流XLPE电缆改为直流运行时空间电荷积累特性仿真

将交流电缆线路改为直流运行可以充分利用原有输电线路走廊,最大限度地发挥原有输电线路的输送能力。为研究交流交链聚乙烯(XLPE)电缆在直流电压下的电场分布和空间电荷积累特性,应用COMSOL多物理场仿真软件,模拟了温差为25℃及45℃时电缆绝缘层中的温度场,并基于绝缘试片电导率数学模型,研究了66 kV电压等级交流XLPE电缆在直流电压下的电场分布和空间电荷积累特性。计算结果表明:电缆绝缘层的电场分布和空间电荷积累特性会明显受到温差的影响,当温差为45℃、加压时间为8 h时,低温侧空间电荷密度达0.15C/m~3,此时电场分布发生翻转现象,绝缘层外侧电场强度最大值为6.71 MV/m,该数值低于66 kV电压等级交流电缆绝缘层的电场强度设计值。仿真结果为66 kV电压等级电缆线路的交改直运行奠定了基础。     

热老化对挤塑绝缘XLPE直流电缆空间电荷特性的影响

对国产200 k V挤塑绝缘交联聚乙烯直流电缆进行切片热老化研究,通过空间电荷测试分析热老化对电缆空间电荷特性的影响。试验结果表明:未热老化试样表面靠近电极区域出现大量异极性空间电荷,导致试样内部电场发生严重畸变。这些异极性空间电荷主要源于电缆制造过程中的交联副产物,因制造过程中脱气不充分而残留在电缆绝缘内部。热老化初期,试样表面区域的异极性空间电荷快速消失,这可能是由于热老化过程中的高温加速了交联副产物的释放,降低了异极性空间电荷量,试样内部的电场畸变得到有效抑制。热老化后,试样表面区域的空间电荷由异极性电荷转变为同极性电荷,且同极性空间电荷量大致随热老化时间的增加而缓慢增加,表明XLPE材料经历了较缓慢的老化过程。     

柔性直流电缆绝缘料及电缆结构设计

重点探讨了柔性直流电缆绝缘料及电缆的结构设计。分析指出,空间电荷问题是柔性直流电缆绝缘急需解决的难题,电缆绝缘空间电荷测量装置的研制及空间电荷陷阱能量分布的测量均有助于空间电荷问题的研究。添加纳米填料抑制交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘中空间电荷时,可以通过表面物理或化学修饰等改性手段解决纳米粒子与XLPE的相容性问题。文中指出,柔性直流XLPE电缆绝缘中电场分布与体积电阻率呈正比分布,而电阻率取决于温度和场强。由于受到空间电荷的影响,运行中柔性直流电缆经受的反极性冲击电压是电缆绝缘的关键因素。最后,提出了开发高载流90℃工作温度绝缘料,并设计出绿色环保的高压、超高压陆地和海底电缆结构。     

热循环处理下电缆绝缘空间电荷特性研究

电缆绝缘特性的变化与实际运行工况有关,绝缘层的温度会随负荷波动发生变化,恒温热处理不能对其进行模拟.为了研究电缆投运时绝缘层的温度变化对其交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)绝缘空间电荷特性的影响,对3个不同电缆厂家生产的110 kV电缆绝缘分别进行了最高温度为80℃、90℃和10...     

电缆中空间电荷的测量与特性研究

交联聚乙烯电力电缆因其优异的电气性能,现已广泛应用于电力系统输配电线路中,然而由于绝缘本体中空间电荷的存在,会畸变局部场强,进而导致绝缘老化和击穿,因此研究电缆本体绝缘中空间电荷的分布具有重大意义。目前针对固体绝缘电介质,电声脉冲法测量空间电荷由于无损和方便等优势,在国内外被广泛采用。鉴于此,介绍了电声脉冲法的测量原理,并且结合实际运行情况中电缆线芯和外半导体之间存在温度差,通过穿心升流变压器和接触式温度传感器控制线芯温度,改进测量下电极形状以适应不同厚度和半径的电缆本体绝缘,设计了一套能够用于电缆本体的空间电荷测量装置,并进行了不同温度下的实际测量,实验结果表明,温度对声信号在介质中的传播速度以及空间电荷的注入影响明显。     

压力波法模型电缆空间电荷测试研究

根据压力波法空间电荷测量的基本原理,研制了一套可用于模型电缆试样的压力波(PWP)法空间电荷测试装置。该装置具有高于PEA法的信噪比,原始信号无需处理即可用于空间电荷性能分析。利用此装置分别对交流和直流XLPE电缆进行了空间电荷测试。结果表明:随着外加电场的升高,空间电荷明显增多。另外,直流电缆绝缘中的空间电荷明显小于交流电缆绝缘中的空间电荷。     

脱气对525kV交联聚乙烯绝缘直流电缆空间电荷特性的影响

为研究脱气对525 kV高压直流交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘中空间电荷分布的影响,分别从脱气和未脱气的XLPE电缆绝缘外、中、内层切取样品,基于电声脉冲法测试了样品内空间电荷的分布情况,并计算了样品内电场畸变率和电荷体密度衰减率.结果表明,电缆绝缘内交联副产物残留量随着脱气时间的增长,由内层向外层依次降低,脱气30 ...     

塑料绝缘直流高压电缆中空间电荷测量技术的研究

同轴型电缆空间电荷测量系统与片状试样空间电荷测量系统在测试原理上是基本一致的,但是有其特殊性.在分析同轴型直流塑料电缆的衰减和色散特性、脉冲电场耦合方式以及电极系统的基础上,研发出同轴型直流塑料电缆空间电荷测量系统.利用此测量系统测量了某直流塑料电缆在24h冷热循环条件下的空间电荷分布情况.直流塑料电缆空间电荷测量系统...     

模型电缆空间电荷测试方法研究

介绍了直流电场下电缆绝缘的电场分布,阐述了模型电缆空间电荷测试的重要意义。分析了PEA法和PWP法空间电荷测试方法原理,在此基础上对PEA法模型电缆空间电荷测试方法存在的问题进行分析,并探讨了PWP法模型电缆空间电荷测试方法的优越性。     

直流复合绝缘子芯棒材料中空间电荷特性研究

使用PEA法空间电荷测量系统测量了负直流高压电场作用后复合绝缘子芯棒材料中空间电荷分布,并进行了相关的分析和讨论。结果表明,在高压直流电场作用下,芯棒材料内部积累的空间电荷的极性和密度受到温度、电场强度和电场作用时间等因素的影响。由于陷阱深度的不同和物理、化学变化的作用,不同温度下芯棒材料内空间电荷的积聚极性和积聚量不同,特别是在20℃和40℃之间以及100℃和120℃之间存在明显变化。20℃下芯棒材料中空间电荷的积累随电场增大、电压作用时间的增加而增加。     

直流电老化对160kV直流电缆材料空间电荷分布特性的影响分析

本研究对160 k V直流电缆切片在40 k V/mm的高直流电场下进行电老化试验,采用电声脉冲法(PEA)对电老化前后的空间电荷分布特性进行了研究,并对XLPE在直流电场下的老化机理进行分析。结果表明:电老化导致直流电缆绝缘的同极性空间电荷注入现象增强,空间电荷向绝缘内部迁移。随着老化时间的增加,空间电荷总量以及电荷陷阱深度增加,电荷脱陷过程变得更加困难。在整个老化周期内未发现异极性空间电荷,表明虽然试样内空间电荷量有所增加,但其老化程度并不严重,大部分XLPE分子链保持完整,说明160 k V直流电缆材料具有较强的空间电荷抑制能力及耐老化特性。     

高压直流交联聚乙烯电缆30天负荷循环试验下的空间电荷特性

为研究高压直流(HVDC)交联聚乙烯(XLPE)电缆在负荷循环试验中的空间电荷积聚特性,按照国际大电网组织CIGRE TB496的试验要求,对电压等级为30 k V的直流电缆开展了型式试验中的30 d负荷循环试验,采用脉冲电声法(PEA)测量了其空间电荷特性,重点研究了温度和加压时间对直流电缆空间电荷特性的影响。研究结果表明:温度对直流电缆的空间电荷特性具有显著的影响,在加热的过程中,随着温度的升高,电缆绝缘中主要表现为异极性空间电荷的注入(异极性空间电荷通常是由杂质在电场作用下被电离而造成的),且正极性电压作用下的异极性空间电荷注入比负极性电压作用下的要强;此外,随着加压时间的增加,电荷会逐渐由高温侧向低温侧迁移;在冷却过程中,电缆绝缘中会产生与电压极性相同的电荷积聚;48 h正极性负荷循环试验与24 h正极性负荷循环试验下的电荷积聚特性类似,不同的是随着加压时间的增加,相比于加热前,冷却24 h后电缆中积聚了少量的正极性空间电荷。     

高压直流塑料电缆绝缘用纳米改性交联聚乙烯中的空间电荷特性

为发展国产高压直流(HVDC)塑料电缆绝缘材料,削弱直流电缆运行中温度梯度效应对电缆绝缘中电场强度的畸变,针对国产纯交联聚乙烯(XLPE)、自行研发的纳米改性XLPE以及从国外进口的高压直流用XLPE等3种材料的试样进行了研究。利用电声脉冲(PEA)法和电阻率测量系统,测量了3种XLPE试样在室温、高温及温度梯度等3种温度条件下的空间电荷特性和电阻率特性。研究结果表明:在室温、高温及温度梯度等3种温度条件下,纳米改性XLPE试样在加压过程中的体内积聚电荷量最少、短路后残余电荷量较少;随着温度升高,3种XLPE试样的体积电阻率均呈下降趋势,但自行研发的纳米改性XLPE试样的体积电阻率在测试的高低温范围内始终最高,且比纯XLPE试样高出约1个数量级。因此认为在所测试的3种XLPE试样中,自行研发的纳米改性XLPE材料在测试温度范围内能最好地抑制空间电荷,拥有最高的体积电阻率。     

直流XLPE电缆绝缘中空间电荷的抑制方法综述

交联聚乙烯(XLPE)因其优异的介电、理化性能而被广泛应用于电缆绝缘领域。在电缆的服役过程中,电缆绝缘内部会积聚空间电荷,严重时可引发电场畸变,导致电缆击穿事故发生。对于直流XLPE电缆,空间电荷的积聚及影响更加不容忽视。针对直流XLPE电缆绝缘中产生的空间电荷积聚效应,目前学界主要采用共混改性、聚合物链段接枝极性基团、纳米掺杂改性及制备高纯净绝缘料等方法来进行控制,改性后的直流XLPE电缆绝缘对空间电荷产生的抑制效果均有所提升。文中首先对上述直流XLPE电缆绝缘中空间电荷的抑制方法进行综述,介绍其抑制原理以及相应的抑制效果,然后对比总结不同抑制空间电荷方法的优缺点,最后对未来直流XLPE电缆绝缘中空间电荷抑制方法的研究发展作出展望。     

长距离直流电缆对柔性直流系统故障影响分析

远距离海上风电越来越多地选择柔性直流经海缆送出的方式。采用电缆的柔性直流(voltage source con ver ter based high voltage direct current, VSC-HVDC)输电系统,其故障特性比传统架空线直流输电系统更加复杂。文中基于对称单极拓扑的双端VSC-HVDC海上风电送出工程,简化了电缆和VSC-HVDC输电系统的数学模型,分析换流变阀侧交流系统单相接地和直流电缆线路单极接地等典型故障下的故障特性,运用叠加原理对故障机理进行解释;根据不同故障类型的故障源等效出不同的故障回路,得到了长距离电缆显著的电容效应对VSC-HVDC系统故障特征的复杂影响;利用实时数字仿真平台,搭建远海风电送出系统硬件在环仿真模型,验证了故障机理解析分析的正确性。