绝缘老化对自熔式电缆中间接头界面电场及温度场分布的影响*

自熔式电缆中间接头交联聚乙烯和三元乙丙橡胶绝缘老化,使其之间的界面性能发生劣化,为研究绝缘老化对复合界面处电场和温度分布的影响,以10 kV自熔式电缆中间接头为研究对象,采用COMSOL Multiphysics仿真软件建立仿真模型,分别计算了老化前后复合界面有无气隙时的电场和温度场分布特性。结果表明：自熔式电缆中间接头复合界面熔融接触时,复合界面处电场分布均匀,径向温度由内到外逐渐降低,符合热传导规律。绝缘老化前,复合界面存在气隙时,其电场与温度场均会发生严重畸变。绝缘老化后,界面处的电场及温度均有所增加,且气隙处的电场和温度上升更明显。     

内部气隙缺陷对车载电缆终端电-热场分布特性的影响研究

车载电缆终端作为高速列车能量传输的重要枢纽,探明气隙缺陷对电缆终端电场、热场分布影响有重要意义。基于电磁场理论和热传导理论,建立了正常电缆终端、含气隙缺陷电缆终端电 热场耦合有限元模型,研究了内部气隙缺陷作用下电场、热场的分布规律。研究发现,正常电缆终端内部存在电场畸变,气隙缺陷的存在会加强电场畸变程度,并使内部电场强度增大;正常电缆终端内部温度从缆芯至伞裙沿径向逐渐降低,伞裙外表面温度接近环境温度,气隙缺陷作用下内部温度分布发生畸变,缺陷及其周围温度较高,表面温升增大。仿真结果为车载电缆终端内部缺陷检测提供了理论支撑,对高速列车安全稳定运行具有工程意义。     

电缆线路中间接头绝缘缺陷电场仿真与放电小室局放检测研究

高压电缆作为输送电能的优选设备而被广泛应用,但其长期处于高压环境下,将会导致故障的发生。电缆接头是电缆中最为薄弱的环节,由于其制造过程的不严谨和长期运行与高压环境,将会产生诸多绝缘缺陷,导致局部放电。缺陷会导致内部场强的增加和温度的升高,将严重影响电缆的正常工作,甚至导致绝缘击穿引发巨大故障。为预防绝缘缺陷引起的故障,对电缆进行气隙,杂质和受潮3种典型的绝缘缺陷进行仿真分析,通过对比来得出不同缺陷对电场强度和电压的影响,接着对中间接头的典型绝缘缺陷进行了局部放电检测,结果显示即使微小的缺陷也会引起场强和电压的突变,从而导致绝缘劣化。     

微间隙持续放电下电缆接头温度-应力分布及界面开裂规律研究

为深入研究微间隙放电下电缆接头温度与应力的变化规律,探究其对电缆接头复合界面的开裂影响,本文以110kV电缆中间接头为原型,结合实际电缆接头中气隙最常出现的位置建立三维仿真模型。以温度、应力及界面开裂量作为衡量电缆接头损伤程度的指标,在考虑接头附件与电缆本体间初始紧握力与气隙压强的情况下,利用有限元法计算出间隙放电能量...     

基于有限体积法的超高压电缆接头绝缘性能研究

超高压(EHV)电缆接头内部存在的缺陷将造成电场集中,局部温度升高,达到一定程度即发生闪络或击穿,影响其安全可靠运行。为研究影响电缆接头内部电场和温度场分布的主要因素,利用有限体积法对电缆接头进行了电场-温度场耦合仿真,研究了电缆接头在正常工作状态、绝缘材料存在杂质颗粒、应力锥表面存在毛刺突起、硅橡胶绝缘材料老化等情况下的电场-温度场分布特性。研究结果表明:接头与绝缘界面、导体屏蔽管两端等位置是绝缘的薄弱环节,容易发生沿面闪络或绝缘击穿;接头绝缘中微小的杂质颗粒可能导致局部温度超过绝缘材料的耐受温度,加速绝缘老化;老化到一定程度时,温度和电场强度又将大幅度升高,对接头安全运行造成严重隐患。该研究结果对电缆接头的结构优化设计和绝缘材料的选择具有一定的参考意义。     

10 kV电缆中间接头典型施工缺陷的电场及局放特性研究

电力电缆故障多发生于中间接头位置,而施工缺陷是引发中间接头故障最主要的原因。为评估电缆中间接头典型施工缺陷的危害性,文中建立电缆中间接头三维有限元模型,分析电缆中间接头存在硅脂涂抹不均匀、主绝缘划伤和接头受潮3种施工缺陷时的电场分布规律,探究不同缺陷位置与场强之间的关系,并搭建工频交流电压局放试验平台对试样进行局放试验。结果表明:硅脂涂抹不均匀时,空气间隙在应力锥周围造成的电场畸变程度最严重;远离应力锥时,场强逐渐减小。主绝缘划伤时,电场畸变最为严重,空气间隙在外半导切断处场强最大。接头受潮后,当水膜位于应力锥附近时,电场畸变程度最为剧烈。相同加压条件下,接头受潮、硅脂涂抹不均匀、主绝缘划伤3种缺陷造成局部放电的次数依次增加。     

绝缘交界面气隙缺陷及其受潮状态对T型电缆接头电热场的影响研究

本文建立了实际10kVT型电缆终端接头多物理场有限元模型,研究了T型电缆终端接头在绝缘交界面存在气隙缺陷下的电场及温度场分布特性,分析了缺陷条件下的电场、温度场幅值变化规律,提出可有效反映T型电缆终端接头气隙缺陷的特征量及监测位置。结果表明：T型电缆终端接头不同程度气隙缺陷对其交界面处的电场分布特性有一定的影响,但是其...     

基于电-热场耦合的35kV电缆中间接头气隙缺陷仿真分析

为了研究电缆接头在不同尺寸空气楔形间隙下的运行性能,本文采用有限元计算方法,设计35kV电缆接头精细化模型,计算电缆接头在发生单相短路故障时的电场和温度分布.结果表明,电缆接头内的空气间隙电场强度集中,绝缘层存在劣化隐患.随着空气间隙长度的增加,气隙内最大电场强度逐渐增大;随着空气间隙深度的增大,气隙内最大电场强度呈先减小后增大的变化规律;气隙内热量的积聚会进一步造成绝缘层的老化.最后,根据现场实际缺陷案例,提出风险预控和防治措施.     

10 kV XLPE电缆中间接头复合缺陷电场分布仿真研究

以10 kV交联聚乙烯(XLPE)电缆中间接头为研究对象,基于Ansys Maxwell平台建立电缆中间接头的3D模型,除考虑气隙、受潮、导电颗粒和针尖等典型单一缺陷对电场分布的影响外,还结合现场实际安装过程,在较薄弱的部位施加几种复合缺陷,通过有限元计算分析中间接头内部的电场分布情况。结果表明：中间接头内部主绝缘存在复合缺陷时,缺陷处的电场强度随着其深度加深而不同,即使是微小的缺陷也会导致内部的电场分布发生畸变;XLPE处的导电尖端是电场强度最集中、畸变最严重的部位,样本数据的电场强度最大值高达6.365 MV·m^-1,若不及时处理将导致绝缘击穿。该计算结果可供工程应用参考,用于指导中间接头的安装和预防绝缘击穿。     

10kV交流电力电缆冷缩式中间接头电场仿真

电力电缆中间接头的电气性能影响电缆的安全稳定运行,为此,以10kV交流三芯电力电缆冷缩式中间接头为研究对象,运用有限元仿真分析方法,在SolidWorks和ANSYS仿真软件中建立冷缩式中间接头三维简化单芯模型;在压接管表面存在尖刺缺陷、交联聚乙烯绝缘表面与绝缘屏蔽层表面不同位置存在刀痕缺陷状况下,对冷缩式中间接头的电场分布规律分别进行仿真研究;并研究尖刺高度、刀痕深度、刀痕中的介质对缺陷处电场强度的影响。研究结果表明:引入缺陷后电场强度都将增大;随着尖刺与刀痕缺陷尺寸的增大以及刀痕位置的变化,缺陷内介质分别为空气、水时缺陷处电场强度变化趋势各异,总体上呈现升高或者基本不变趋势。     

基于电磁-热耦合的XLPE电缆缺陷暂态温度分布研究

针对10 kV电缆常见的3种缺陷,本文建立了三维电缆缺陷模型并进行电磁-热耦合温度场分析,研究3种缺陷电缆的暂态温度模型,分析不同工作电流与不同敷设条件对3种缺陷电缆温度的影响。结果表明：缺陷对电缆的危害从大到小排序依次为金属尖端缺陷、气隙缺陷、划痕缺陷;在相同载流量的情况下,金属尖端缺陷处温度高于其他两种缺陷处温度;确定了电缆在出现缺陷时隧道敷设的散热效果最好;无缺陷试样电缆内部温度从线芯至外护套沿径向逐渐降低,在缺陷的作用下电缆内部温度场发生畸变;缺陷电缆线芯温度与外护套温度的拟合系数、电缆缺陷处温度与电缆线芯温度的拟合系数均接近1。仿真拟合结果为电缆缺陷的判断与识别提供了理论支撑。     

10 kV电缆局部放电的振荡波电压法检测

介绍了振荡波电压法检测电缆局部放电状态的基本原理、技术参数、主要测试步骤。利用电缆振荡波局部放电测试系统对一段长294 m的10 kV XLPE电缆进行了局部放电测试。测试中发现了电缆中间的接头部位存在局部放电现象,经解体检查发现该接头内部受潮和热缩管收缩不均匀,导致与主绝缘界面存在气隙,估计该接头可能是造成该电缆局部放电的主要原因;在更换该中间接头后,复测结果正常。检测结果验证了该项技术的有效性。     

基于多物理场的防爆盒对10kV三芯电缆中间接头温升影响研究北大核心CSCD

中间接头是电缆温升严重的环节之一。为了研究防爆盒的使用是否会进一步加剧中间接头的温升,针对城市供配电系统中广泛应用的10 kV三芯电缆中间接头,采用有限元方法建立了三维多物理场仿真模型。分析了防爆盒对接头温升的影响过程、不同防爆盒体积下接头的温升规律、填充石英砂颗粒对接头的降温效果。研究表明:防爆盒内空气受热上浮造成电缆接头局部集中加热,会进一步加剧接头温升;防爆盒体积足够大时,内部形成空气流动通道有利于降低接头温度;防爆盒内填充石英砂颗粒时接头最高温度仅为55℃,比无防爆盒时下降9.5℃。将仿真结果和试验结果进行对比,相对误差在±10%以内,满足工程误差要求。研究结果可为防爆盒在10 kV三芯电缆中间接头的应用和选型提供参考。     

不同种类中压电缆中间接头的电-热场仿真分析*

为了对比研究冷缩式中间接头、模塑熔接中间接头（Mold Melt Joint,MMJ）和自熔式中间接头绝缘界面处电场分布以及径向温度分布,采用COMSOL Multiphysics仿真软件分别建立三种接头的三维仿真模型,对电场和温度场进行计算分析。结果表明：三种电缆中间接头电场强度最大处均为交联聚乙烯（Crosslinked Polyethylene,XLPE）绝缘内侧,冷缩式中间接头绝缘界面处产生空间电荷积聚,电场发生严重畸变;MMJ中间接头的绝缘部分采用与原电缆绝缘相同的XLPE材料,得益于“一体化”的绝缘结构,复合界面处的电场分布均匀;自熔式中间接头电场强度略有降低,表明自熔式中间接头具有良好的电气稳定性。三种电缆中间接头径向温度呈对称分布,且由内部热源向外部环境降低,符合热传导规律,其中自熔式中间接头散热效果最好,界面处温度较低,电气可靠性较高。     

气隙对车载电缆终端电—热场影响仿真研究

在急速温变、振动等工况下,多层热缩复合绝缘结构车载电缆终端绝缘层间容易产生气隙缺陷,气隙将导致电缆终端电场和热场畸变,引起终端内部局部放电及绝缘材料老化.文中通过有限元仿真建立了车载电缆终端气隙三维模型,分析了气隙长度、厚度及跨度对电缆终端热场和电场的影响.仿真结果表明:气隙的存在造成了电缆终端内部电场严重畸变,畸变场...     

110kV电缆中间接头载流能力计算与实验分析

为了评估110 kV电压等级电缆中间接头的载流能力,采用热路法分析了中间接头与电缆本体的径向导热差异,及中间接头轴向传热的影响范围。基于理论分析,建立了有限长中间接头1/2轴切面几何模型,利用有限元仿真工具,迭代计算了中间接头载流量。模拟空气敷设环境,进行了大电流温升实验,得到了中间接头局部温度分布规律。研究结果表明:中间接头径向温差大于电缆本体径向温差,对应中间接头径向热阻大于电缆本体径向热阻;中间接头轴向传热影响范围小,靠近中间接头的电缆本体导体温度轴向分布均匀;随着负荷增大,中间接头与电缆本体的导体温差增大;空气敷设环境下,考虑中间接头的110 kV电缆线路载流量降低145 A;采用有限长轴切面几何模型仿真计算中间接头导体温度,计算相对误差小于6%。该研究结果可以为电力调度及运行维护部门考量电缆中间接头对110 kV电缆线路载流量的限制作用提供参考。     

负荷变化对电缆终端局部放电行为的影响研究

负荷波动可能会影响电缆终端的局部放电(partial discharge,PD)行为,为了研究负荷对终端局部放电行为的影响,通过在35 k V电缆终端中设计典型气隙缺陷,利用终端电-热协同老化平台进行对比实验,分析了不同负荷下终端局部放电及热稳态时的温度分布特征。此外,建立了终端有限元模型,对不同负荷下缺陷处温度进行仿真计算,分析缺陷处温度与终端局部放电行为之间的关系。结果表明:不同负荷下终端局部放电幅值、放电次数及放电相位分布存在明显差异;线芯与终端表面温差随着负荷增长而增加;气隙缺陷处温度高于25℃时终端局部放电强度显著增强。结合不同负荷及环境温度下终端气隙缺陷处的温度仿真,根据终端的负荷情况及测试现场的环境温度可以预测终端局部放电测量的合适时机,有利于对绝缘状态的准确评估。     

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。     

10kV XPLE电缆中间接头缺陷电场仿真计算

中间接头故障是10 k V XPLE电缆运行中最常遇到的问题,中间接头制作过程中存在的缺陷是影响其运行寿命的一个重要因素。基于有限元法,以Ansoft Maxwell 12为求解工具,对电缆中间头制作过程中存在的影响中间接头运行安全的因素进行了定量分析计算。得到了不同缺陷情况下中间接头的电场分布情况,所得仿真计算结果可以为电缆中间接头制作工艺水平的提高提供参考依据。     

10kV电缆中间接头典型缺陷局部放电发展过程研究

针对10 kV XLPE电缆中间接头制作了两种人工典型缺陷:主绝缘内部轴向气隙缺陷、主绝缘表面轴向划痕缺陷,并采用逐级升压法来加速接头的劣化过程。测量不同加压阶段的局部放电表征参量(放电功率、脉冲重复率、放电量等),并分析其随时间的变化趋势及不同阶段局部放电相位谱图的变换特征。结果表明:平均放电功率和放电量可以很好地表征局部放电发展趋势,且通过对比两种缺陷发现,外半导电层断口处主绝缘表面划痕气隙危害程度更大。