基于OWTS 10kV XLPE电缆终端半导电层制作缺陷的实验研究

在10 kV XLPE电缆终端及接头安装过程中,如果半导电层的制作不当将会导致局部电场的畸变,最终会导致终端及接头的击穿故障。笔者对电缆终端剥除了铜屏蔽层、半导电层后的结构构建了电路模型。通过对模型的解析分析证明了XLPE与半导电层交界面电场同其周边介质类型以及介质倾斜角α有关。使用有限元仿真软件分3组情形对交界面综合场强及其切向分量进行仿真计算。仿真结果表明在半导电层右端涂抹倾斜角α=6°的硅脂效果最好。在分析OWTS实验原理基础上,对终端半导电层无倒角缺陷电缆进行了实验。实验结果表明,OWTS能够有效地检测出半导电层制作不当该类缺陷,并对其实验步骤进行总结。     

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。     

电缆半导电层介电性能对电场分布的影响

用有限元法研究了电缆内外半导电层电阻率及介电常数对电缆电场分布的影响规律.研究表明,随着内半导电层介电常数的增加,电缆内部的最大场强增加,内屏蔽层的场强明显减小,较高的介电常数会引起电介质内电场分布的畸变,过低的介电常数会使半导电层处场强集中,进而可能引发树枝状放电;随着外半导电层电导率的增加,电缆外护层的场强及电压明显降低,这对减小高压电缆绕组电晕发生的概率有一定的指导意义.     

10kV电缆附件典型缺陷仿真与绝缘故障分析

采用有限元方法对10 kV电缆附件安装过程中产生的两种典型绝缘缺陷(外半导电层断口处主绝缘割伤、外半导电层断口台阶)进行仿真,研究表明:缺陷处的电场集中,电场强度大于空气的平均击穿场强30kV/cm,容易引发局部放电,导致绝缘故障.通过对一起典型缺陷引起的绝缘事故进行分析,并提出预防措施.     

基于振荡波测试系统的10kV XLPE电缆终端半导电层缺陷检测效果分析

在10 kV XLPE电缆终端及接头安装过程中半导电层的制作不当会导致局部电场的畸变,引起局部放电,最后导致终端及接头的击穿故障。制作了电缆终端半导电层过长10 mm、无倒角、倒角不齐等3类缺陷,利用振荡波测试系统分别进行了检测。检测结果证明了该系统能够检测出该3类缺陷,但对不同缺陷的灵敏度不同。使用有限元仿真软件对相应的半导电层缺陷进行了电场仿真计算。仿真结果表明半导电层制作不当时局部最大场强是正常情况的4倍以上,证明了振荡波测试系统检测结果的正确性。     

基于多元非线性回归模型的XLPE电缆终端环形损伤故障特征

配电网10 k VXLPE电缆终端在制作过程中切除外半导电层用力不均匀,或因终端内水分、腐蚀液等渗入引起局部导体损耗和绝缘层介损突变,使沿XLPE绝缘层环形截面方向出现异常温升带,均会破坏绝缘层并留下易被忽视的环形伤痕。当环形伤痕位于原本电场分布不均的电缆终端上时,将使场强畸变更加明显,甚至会导致环形伤痕内空气电离而发生局部放电并引发故障。该文通过仿真分析了环形伤痕的宽度、位置和跨度与伤痕处最大场强的关系,结果表明宽度、位置和跨度交互影响环形伤痕处畸变电场分布;为此提出了利用最小二乘法构建以宽度、位置和跨度为自变量,最大场强为因变量的多元非线性回归模型,经验证该模型用于评估XLPE电缆终端环形损伤故障的程度具有较好的效果,为掌握10k VXLPE电缆终端的环形伤痕故障特征并进行故障诊断提供了新的思路和方法,显著提高了配电网运行可靠性。     

用电顾问

<正>?电缆半导电层的作用问:电缆的半导电层起什么作用?答:电缆的半导电层起屏蔽作用,能使电缆绝缘层内、外表面电场分布趋于均匀,并可减小畸变。电缆导体由多根导线绞合而成,与绝缘层之间易形成气隙。在导体表面加一层半导电材料的屏蔽层,与被屏蔽的导体等电位并与绝缘层良好接触,可避免导体与绝缘层之间发生局部放电。这一屏蔽层为内半导电屏蔽层。同样,绝缘表面和护套接触处也可能存在间隙,在绝缘层     

高压塑料电力电缆半导电层界面现象的研究

本文综合分析研究高压塑料电力电缆半导电屏蔽层的场强效应、热效应和界面效应,指出半导电层与绝缘层间的界面效应将从局部放电、水树放电方面影响电缆运行寿命。通过经验公式可以计算界面场强、计算半导电层ε值、限定半导电层ρ值以改善界面场强分布,计算和控制有害杂质尺寸、有害气隙尺寸,克服和减少界面接触不良引起的附加损耗以提高电缆性能和运行寿命。     

电缆主绝缘缺陷电场数值分析

基于电场数值分析的理论基础,以COMSOL软件为求解工具,建立工频电压下的35 k V电缆模型。针对电缆中最常见且危害性较高的外半导电屏蔽内陷、外半导电屏蔽与主绝缘破损、电屏蔽主绝缘中导电性杂质球这三种缺陷,进行电场仿真分析,得到了最大电场强度与电缆绝缘材料损坏程度的关系。并且对这三种电缆缺陷在工频电压下进行了局部放电测试,试验结果表明建立的电场模型能够对电缆缺陷进行仿真分析。     

施工缺陷对超导电缆中间接头内电场分布的影响

中间接头在高温超导电缆中是最薄弱的环节,制造和施工环节中造成的任何缺陷都有可能在运行时产生电场畸变,缩短中间接头使用寿命,施工缺陷严重时可能引发电缆局部放电、击穿等事故。为此本文利用有限元仿真软件分析了绝缘层划伤、绝缘层杂质、超导带焊接毛刺三种典型施工缺陷对接头内电场分布的影响规律。研究结果表明,绝缘层划伤存在空气隙时,最大电场强度随着空气隙厚度增加而减小;而当空气隙厚度保持不变时,最大场强与空气隙长度呈正相关增大。绝缘层残留杂质时,半导电层切断处、超导带焊接部位附近的绝缘层杂质周围电场畸变最严重,且超导带焊接部位周围最大场强大于半导电层切断处。此外,杂质大小、位置及带电与否均会对电场造成很大影响。随着杂质半径增加,超导带焊接部位和半导电层切断附近杂质周围场强近似呈正比例增长;杂质不同电荷量和电性对电场畸变程度同样有重大影响,特别是当部分杂质为电负性时,周围最大场强均超过5MV/m。超导带焊接毛刺的位置及大小对场强有较大影响,其中在超导带焊接部位与绝缘层分界面处场强最大,且沿超导带焊接部位径向的毛刺周围场强高于沿轴向的场强。研究成果为分析超导电缆故障原因,制定接头施工工艺提供一定参考。     

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。     

EPR电缆终端不同位置下环切缺陷的电场及放电PSA谱图特性

动车组用乙丙橡胶(ethylene-propylene rubber,EPR)电缆终端在安装时需人工剥除外半导电层,易造成环切缺陷进而导致放电现象,同时缺陷处易填充气体形成气隙,将加速放电发展,最终引起严重的电缆击穿故障。首先对距截断处60 mm内含环切缺陷的电缆终端进行有限元分析,计算环切处最大场强;然后在25 kV工频电压下开展放电试验,分析了PRPD和PSA谱图特征,并对PSA谱图灰度值作K-means聚类特征提取。研究结果表明,环切缺陷的位置与其对EPR电缆绝缘性能的影响密切相关,距截断处60mm以内的环切缺陷不可忽视;当连续放电脉冲电压差绝对值相等时,缺陷靠近截断处且影响极其严重,距离超过60 mm时则影响较小。结合放电特性可知,PSA谱图灰度值小于255的频数在5区的最大占比、4区的最小占比和分类聚心特征,可为判断环切缺陷位置和EPR电缆绝缘状态提供重要的理论依据和数据参照。     

矿用高压屏蔽电缆结构对电场分布的影响

为了研究矿用高压屏蔽电缆结构尺寸对电场分布的影响,以6/l0 kV MYJV22矿用XLPE电缆为研究对象,利用ANSYS有限元软件建立了电缆结构模型,分析电缆半导电屏蔽层、绝缘层厚度、线芯半径及电缆长度对电场分布的影响,并通过电缆绝缘击穿强度的分析对研究结论进行了验证。结果表明:电缆中最大电场强度位于导体屏蔽表面处,且半导电屏蔽层结构对改善绝缘径向电场分布有很大的作用;最大电场强度随着绝缘层厚度的增加而减小,而击穿强度变化不大;随着电缆长度的增加,最大电场强度与击穿强度略微下降;随着线芯截面的增大,击穿强度随之下降,但绝缘层承受的最大场强也相应减小。     

一起电缆终端接头故障仿真分析研究

电缆附件的用量随着我国城市电缆网络的发展得到了越来越广泛的使用,然而电缆附件由于制作工艺或运行环境的影响,故障率仍居高不下.分析了一起由工艺质量引起的电缆终端接头故障,解剖后发现半导电层具有较多的凸起和尖刺,随后通过有限元仿真软件建立电缆终端模型,仿真分析了半导电层无凸起、存在凸起及存在凸起且伴随气隙时的最大电场强度,得出在半导电层制作工艺不良产生凸起的情况下会引发局部放电,最终导致终端击穿故障.     

高压交联聚乙烯电缆附件典型缺陷局部放电特性分析

为研究高压交联聚乙烯电缆附件存在缺陷时的局部放电现象,制作了接头与电缆界面存在气隙、本体外屏蔽层存在导电尖端、接头内表面划伤、接头外表面破损、终端应力锥错位及终端内部存在导电微粒6种典型缺陷模型,分别对其进行了高频局部放电带电检测,对比分析了放电起始电压与PRPD(局部放电相位分离)谱图。结果表明,各典型缺陷模型的放电起始电压、放电量特性等均存在明显区别,为局部放电模式识别研究提供参考。     

110kV电缆振荡波局部放电模拟试验分析

为验证110 kV高压电缆振荡波局部放电试验技术检测电缆绝缘潜在性缺陷的有效性,以及积累该项试验技术现场应用经验,在高压大厅进行了110 kV电缆终端及中间接头放电仿真模型局部放电振荡波模拟试验,并进行该项技术对试验电缆破坏性的比对研究。试验表明高压电缆振荡波局部放电试验技术可检测并定位电缆终端较明显的局部放电缺陷,但对于半导电尖端较小的模拟缺陷,则无法检测到局部放电。     

电缆半导电层的作用及剥离方法

<正>问请问电缆的半导电层起什么作用,如何剥离?答电缆的半导电层起屏蔽作用,能使电缆绝缘层内、外表面电场分布趋于均匀,并可减小畸变。电缆导体由多根导线绞合而成,与绝缘层之间易形成气隙。在导体表面加一层半导电材料的屏蔽层,与被屏蔽的导体等电位并与绝缘层良好接触,可避免导体与绝缘层之间发生局部放电。这一屏蔽层为内半导电屏蔽层。     

以电场特征理解电缆终端气隙的局部放电发展机理

为了研究气隙缺陷导致电缆终端绝缘失效的机理,基于电场分析探讨了终端气隙的局部放电发展过程。建立了终端气隙缺陷的有限元模型并进行了电场理论计算,阐述了气隙对终端电场分布的影响并分析了气隙沿电缆轴向和径向的电场强度特征,讨论了气隙参数与终端气隙内电场强度最大值之间的关系。进而,通过实验终端电热老化实验中的局部放电检测发现,运行条件下终端气隙缺陷放电迅速发展,在不同的老化阶段表现出不同的放电特征。同时,观察老化前后的气隙缺陷发现,老化后气隙内的绝缘毛刺被烧蚀,通道狭长平滑。结合气隙的电场特征分析说明,半导电层截断位置集中的电场导致此处的气隙更容易发生局部放电,而放电表现出的阶段性差异与气隙通道的逐渐贯穿密切相关,通过简化的放电模型可以描述气隙的放电发展机理。     

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。     

110kV电缆中间接头局部放电高频电磁检测与优化

电缆中间接头局部放电是导致交联聚乙烯(XLPE)电力电缆事故的主要原因,因此必须进行电缆中间接头局部放电的研究。电缆接头屏蔽层对高频电磁波信号有屏蔽作用,高频电磁波信号在空间传播过程中还会产生较大衰减,针对用于三相交叉互联的电缆中间接头屏蔽层是断开的这一特征,进行了电缆接头局部放电的建模、仿真和现场检测。首先,利用高频结构仿真器(High Frequency Structure Simulator,简称HFSS)建立了电缆接头的三维仿真模型,分析了在电缆接头内部发生局部放电时,高频电磁波信号通过屏蔽层断开处辐射出来的强度及其分布特点,验证了采用外置式微带传感器进行电缆接头局部放电检测的可行性。然后设置了电磁场探测线,生成了此线上不同位置处的电磁场变化曲线,分析了不同曲线的幅值情况,得到了信号最强的传感器最佳安装位置。最后,根据微带贴片天线理论,制作了外置式微带传感器,在某电缆线路投运前的交流耐压试验中进行了电磁波检测,验证了仿真结果。