110kV交联电缆绝缘层晶体结构研究

通过X -射线衍射方法研究了110kV交联聚乙烯绝缘电缆绝缘层的结晶结构。发现电缆工艺中的热过程和热历史会造成超高压交联电缆绝缘层各部分结晶形态分布不均,中层聚集态结构均匀性较好,内层外层结晶程度低于中层。热应力改变了晶区中的晶面间距,显示出绝缘径向应力以张力为主     

110 kV交联电缆绝缘层热分析研究

通过差示扫描量热法热分析技术,研究了110kV交联聚乙烯绝缘电缆绝缘层的聚集态结构。发现电缆工艺中的热过程和热历史会造成超高压交联电缆绝缘层各部分结晶形态分布的不同,中层聚集态结构均匀性较好,内层、外层结晶程度低于中层;材料的熔融热焓ΔHm能敏感地反映其结晶形态差异。用热处理前后ΔHm的变化量来判断内应力消除效果应比用测定常规物理机械性能变化量更合理。     

基于热力耦合的高压大截面电缆应力和形变研究

为了研究高压大截面电缆运行过程中受热产生的应力和形变,根据传热学和弹性力学基本理论,利用有限元方法建立高压大截面电缆热力耦合模型计算其应力及形变。根据计算结果得到电缆各层温度、应力和形变的分布特性。通过对不同负荷电流下的温度、应力和形变数据进行拟合,提出相应的快速计算公式。结果表明:导体与绝缘层交界面的接触应力最大;最大轴向形变出现在绝缘层;外护层与缓冲层的径向形变较大;温度、应力和形变可由与负荷电流相关的二次多项式进行快速计算。     

绝缘料电阻率对直流电缆电场分布影响及其调控

直流电缆在运行过程中,由于绝缘层中温度梯度的存在和绝缘料电阻率负温度系数特性会造成绝缘层中电场分布反转,从而增加直流电缆绝缘结构设计的困难。基于100 k V直流电缆结构参数并结合理论推导,采用仿真模拟分析了绝缘层温差、绝缘料电阻率温度系数和电场强度系数对直流电缆电场分布的影响。提出了基于纳米复合技术的直流电缆绝缘料电阻率温度系数调控方法。结果表明,降低绝缘料电阻率温度系数能够有效抑制直流电缆绝缘层中的电场分布反转,并降低直流电缆正常运行时的最大场强;通过纳米复合技术在纳米颗粒与绝缘基体的界面区引入深陷阱能有效抑制高温下绝缘料电阻率的下降,从而降低其电阻率温度系数。     

高压直流电缆接头稳态温度场分布及其影响因素

温度是反映电缆中间接头运行状态的重要参数。与交流不同,高压直流电缆中间接头绝缘层温度的变化影响着电场分布和空间电荷的积累,因此不仅要关注接头线芯的温度,更要研究绝缘层温度和绝缘层内外表面温差的变化。建立了高压直流XLPE绝缘电缆中间接头的简化模型,利用有限元软件进行仿真,得到了接头绝缘层稳态温度分布,并研究了不同线芯电流和电缆接头外表面温度分别对接头导线芯温度、XLPE主绝缘和硅橡胶（SIR）增强绝缘层温度分布以及绝缘层内外表面温差的影响。结果表明：直流高压下,线芯电流对三者影响较为显著;接头外表面温度对接头导线芯最高温度、绝缘层最高温度和绝缘层温度分布有影响,而对绝缘层内外表面温差的影响可忽略不计。     

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,根据实测电导率对电缆绝缘中场强分布进行仿真。结果显示：电缆绝缘在交联和脱气过程中存在温度梯度,绝缘的相态结构和直流电气性能在径向上分布不均匀,绝缘电导率在径向上的梯度分布导致电缆绝缘中场强均呈现出内低外高的分布规律,且最外侧绝缘的场强大于均匀绝缘中的最高场强。     

上海南汇风电场柔性直流输电示范工程研究

上海南汇风电场柔性直流输电示范工程是国内首条采用柔性直流输电电缆的工程。针对这些电缆,通过脉冲电声测试方法得到了空间电荷的分布规律,在温控电极系统中研究了不同温度和电场下绝缘材料电导率的变化规律,进而计算得到了电缆绝缘层的电场分布。介绍了直流电缆敷设时为消除与附近交流电缆的感性耦合影响所需采取的相应措施以及电缆附件安装关键工艺等。研究结果表明:进行电缆附件设计时需重点考虑电缆绝缘层与附件绝缘层交界面上累积空间电荷的影响;且2种绝缘材料的电导率与介电常数之比越接近,则界面电荷越少。     

描述高压直流电缆绝缘材料电导率的公式比较

以高压直流交联聚乙烯(cross-linked polymeric,XLPE)电缆为研究对象,研究讨论了现阶段描述直流电压下绝缘材料电导率公式对XLPE材料的适用情况。首先基于两种不同电导率公式推导了稳态下高压直流电缆中电场反转的临界温差、绝缘层温度分布、电场、电导率和距离电缆中心的乘积以及绝缘层电场分布,并通过比较有限元仿真结果和公式计算结果证明了所推公式的可靠性。然后通过对不同电导率公式计算值的比较,以及不同公式在相同条件下引起的绝缘材料热电特性,证明了公式互换的可能性。     

高压直流XLPE绝缘电缆载流量的数值算法及特性分析

载流量是电缆传输能力的重要指标，直接影响高压直流电缆的运行可靠性和经济性。根据直流电缆绝缘层中电场分布的特点，提出了基于等效电导率的绝缘层内外侧电场分布的解析计算方法，并以±535 kV交联聚乙烯绝缘直流电缆为例，同时考虑电缆导体最高运行温度和绝缘层最大允许温差，得到不同运行工况下高压直流电缆的负载控制域。结果表明：电-热场解耦方法能有效分析直流电缆的载流量和应用特性，其中绝缘层最大温差是限制临界环境温度以下直流电缆载流量的核心因素，在此临界环境温度下，提升导体最高运行温度对载流量影响有限，而优化绝缘材料耐电性能和电缆结构才是提升载流量的关键。     

交联聚乙烯挤出绝缘高压直流电缆全工况运行考核及温度梯度下空间电荷测量

为深入研究分析不同运行负荷条件下交联聚乙烯(XLPE)挤出绝缘高压直流电缆绝缘层温度梯度对空间电荷和电场分布的影响,综述了现有直流电缆试验标准及评估方法,并介绍了高压直流电缆全工况运行考核控制系统和全尺寸电缆空间电荷测量系统的研制过程,以及均匀温度和不同绝缘层温差条件下某高压直流电缆及附件样品考核试验和空间电荷测量结果。该系统电缆绝缘层内外最大试验温度差为40℃,可以实现对绝缘厚度达16 mm的高压直流电缆在运行工况下进行空间电荷测量。在控制绝缘层温度梯度条件下,靠近温度较低的外半导电层处异性电荷聚集明显,且随绝缘层温差增大电荷密度大幅增加,低温区界面电场畸变严重。在绝缘层温度差为40℃时,低温区界面场强达到均匀温度条件下平均场强的1倍。     

10 kV电缆熔融接头运行状态下的电-热-力耦合仿真分析

电缆熔融接头相较于传统电缆接头无需应力锥、无活动界面的优点在新电缆投运项目以及旧电缆改造维修项目中更有前景，为了对熔融接头在电网运行中的性能进行评估，通过对熔融接头在电网运行下的电-热-力耦合仿真，改变熔融接头、运行电流有效值、考虑短时过载以及绝缘层的材料参数等，研究电缆接头的应力分布和温度分布。结果表明：当电缆熔融接头新、旧绝缘层的材料参数差异增大时会使旧绝缘层与新绝缘层的界面处应力分布不均匀；运行电流有效值的增加则既会提高熔融接头整体温度，又会提高绝缘层应力；短时过载运行1 h的径向应力约为稳态运行时的4倍，轴向应力约为稳态运行时的3倍，线芯温度高出约80 K。     

PWP法柔性直流电缆空间电荷特性研究

为探究柔性直流电缆的空间电荷特性,采用压力波(PWP)法模型电缆空间电荷测试系统,研究了30 k V柔性直流电缆在电场为-10、-15和-20 k V/mm,导体温度为30、50和70℃,以及在电场13.9 k V/mm下热循环过程中的空间电荷分布。结果表明:在试验外加电场下,当电缆导体温度为30℃时,电缆绝缘层中几乎没有空间电荷积聚;当导体温度升高到50℃和70℃时,绝缘层两侧出现异极性空间电荷积聚,空间电荷密度随着导体温度和电场的升高而增大,且绝缘层外侧的空间电荷积累量大于绝缘层内侧;在电场为13.9 k V/mm的热循环过程中,柔直电缆绝缘层在加热阶段积聚的空间电荷在降温阶段不易消散。     

电热联合老化对XLPE电缆绝缘特性的影响

为了探究达到设计寿命的高压交联电缆继续运行的可靠性,文中对一回实际运行32 a的110 kV高压交联聚乙烯(XLPE)电缆采用预鉴定试验方法,进行为期180 d的电热循环加速老化试验。通过综合分析比较试验过程中电缆绝缘内、中和外层的电场强度和温度场变化的差异,并将各绝缘层试验条件转化为导体芯表面得到相应的等效试验条件,发现电缆绝缘中层和外层的等效试验条件接近电缆的实际运行情况。通过相关理化实验分析比较试验前后电缆绝缘各层的微观和聚集态状况。结果发现:绝缘内层在严苛的试验条件下热氧化降解占主导;绝缘中层虽然发生一定的氧化降解,但晶体结构仍有所改善;绝缘外层的结晶形态在温度效应的热刺激下趋于完善。因此,可以评估该退役电缆的其余部分在实际运行条件下仍具有长期服役的潜能。     

500 kV充油海底电缆导体温度分布式光纤传感监测及应用

依据海南联网系统500 kV海底电缆捆绑特殊海底光缆的实际情况,通过分布式光纤传感技术结合经有限元仿真模型优化的IEC60287热路模型的方法可以监测海底电缆内部的温度分布。在实验室中搭建岸上模拟实验平台,利用中压电缆捆绑光纤的结构进行捆绑电缆岸上模拟实验。同时,将经验证的温度监测方法应用于海南联网系统500 kV海底电缆,以C相空气段为例监测捆绑电缆光单元的温度。采用有限元仿真计算电缆表面的温度,根据电缆表面的温度基于热路模型推导出对应的导体温度,得到电缆导体在实际运行过程中的温度变化。岸上模拟实验测量的导体温度与数值计算得到导体温度的误差低于1.77%, 验证了海底电缆导体温度监测方法的准确性。     

根据电缆表面温度推算导体温度的热路简化模型暂态误差分析

电力电缆运行中导体的温度是确定电缆是否达到载流量的依据,为分析热路简化模型计算电缆导体温度的精度,根据110 kV交联聚乙烯电缆各层温度的热路模型及其简化模型,借助Matlab软件推导出了基于电缆表面温度推算电缆导体温度的计算式,理论上演算了电缆热路完整模型与简化模型之间的误差,并给出该误差与所施加电流的函数关系。同时,设计了直埋电缆的暂态温升试验,根据实测表面温度数据利用简化模型计算了导体温度、绝缘层温度,对比分析了简化模型所计算的导体温度、绝缘层温度与实测导体温度、绝缘层温度之间的误差。结果表明,简化模型计算电缆导体温度与实测导体温度之间的误差在允许范围之内,可用于工程上基于电缆表面温度推算电缆导体温度。     

±500kV直流海缆在J型管敷设环境下的稳态载流量仿真研究EI北大核心CSCD

高压直流海底电缆稳态载流量的计算对海底电缆工程的设计和运行非常关键。该文利用COMSOLMultiphysics仿真软件,建立±500kV直流海底电缆在J型管敷设环境下的三维电-热-流耦合模型。针对J型管位于海面之下和海面之上2种情况,分别计算海缆的稳态载流量、温度分布以及电场分布。结果表明,J型管海缆运行在海面之下时载流量比运行在海面之上高约2倍。此外,发现海缆绝缘中的电场分布取决于绝缘内外层的温度差,当绝缘层内、外表面温差等于6.0℃时,整个绝缘层电场均匀分布,大小为16.7kV/mm;当绝缘层内、外表面温差大于6.0℃时,海缆绝缘电场分布沿电缆径向由内向外逐渐增大;当温差小于6.0℃,绝缘电场分布沿电缆径向由内向外逐渐增小。另外,减小J型管壁厚和增大J型管外径可以在一定程度上提升海缆的稳态载流量,对运行在海面之上的J型管内电缆施加通风冷却可将其稳态载流量提升约73%。     

±500 kV高压直流XLPE电缆温度分布及其影响因素研究

温度分布是直流电缆运维检修的重要参数之一。由于高压直流输电起步较晚，高压直流电缆的研究不如交流电缆丰富、深入，因此对其温度分布影响因素的研究具有重要意义。通过Comsol有限元软件建立二维对称模型，计算±500 kV高压直流XLPE电缆稳态运行时的温度分布，求出适合电缆长期运行的载流量，并从载流量和环境温度两方面研究温度分布变化。仿真结果表明：载流量对温度分布变化具有较大的影响，当环境温度高于15℃时，导体温度约束载流量大小，环境温度低于15℃时，绝缘层最大允许温差约束载流量大小。最后通过实验验证了仿真的正确性。     

±500 kV直流电缆负荷循环系统温度控制仿真研究

直流电缆负荷循环系统是开展全尺寸电缆绝缘材料性能研究的重要设备,核心功能是实现绝缘层温度梯度和导体温度的精确控制。为了研究±500 kV直流电缆负荷循环系统中控温介质的流速对绝缘层温度梯度和导体温度的影响,在COMSOL Multiphysics中建立了水循环回路的有限元模型,对直流电缆、循环水及保温水管开展了热流固耦合仿真。通过改变水的流速,研究了绝缘层温度梯度和导体温度的轴向差异变化情况,并对水温和线芯电流进行了修正。结果表明:增大水的流速有利于降低水温的波动,当流速为0.3 m/s以上时,绝缘层温度梯度和导体温度的轴向差异均低于1℃;给出了迭代计算水温和线芯电流的方法,从而将绝缘层温度梯度和导体温度的误差均控制在±1℃以内,满足系统对控温精度的要求。     

XLPE电缆绝缘层残余应力的测试及工艺改进

由于交联聚乙烯电缆生产过程中产生的残余应力对其绝缘性能影响很大[1 ] ,而残余应力的随机性 ,很难准确计算其大小及方向 ,因此采用云纹干涉技术测试交联聚乙烯电缆绝缘层的机械内应力。通过加热释放残余应力 ,测试得出了它随温度和时间变化的释放规律 :应力释放幅度随温度的变化 ,在某些温度段呈递增而在另一温度段则呈递减趋势 ;应力释放总量随自然时效时间的增加而增加     

110kV XLPE电缆绝缘层内应力的测试方法与分析

以110 k V XLPE电缆为研究对象,分析了XLPE电缆的绝缘层内应力的产生原因,然后对采用不同工艺生产的两种高压XLPE电缆A1和A2热处理前后的XLPE绝缘层进行X射线衍射法(XRD)分析,通过比较衍射峰参数的差异,分析晶面和晶面间距的变化规律,并计算得出XLPE绝缘层中的内应力。结果表明:XLPE电缆A1在两个晶面处的晶粒数目多于A2;电缆A1中的内应力为压应力,内层压应力最大,外层压应力最小;电缆A2中的内应力为拉应力,内层拉应力最大,中层拉应力最小。实验证明基于X射线衍射法分析检测绝缘层中内应力的方法是可行的。