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。     

绝缘老化对电缆中间接头界面缺陷处电场分布的影响

为了研究电缆中间接头绝缘老化对交联聚乙烯/硅橡胶复合界面典型缺陷处电场分布的影响,采用COMSOL Multiphysics仿真软件建立了10 kV电缆中间接头仿真模型,计算了绝缘老化前后复合界面存在导电杂质、划痕和水分3种缺陷时的电场分布,并结合仿真结果对电缆本体绝缘中水树枝的生长变化进行分析.结果表明:3种缺陷均会导致复合界面缺陷处发生明显的电场畸变,绝缘老化会造成界面处电场强度增大,同时加大缺陷对电场分布的影响.水树枝引发后末端电场畸变严重,随着水树枝的生长发展,树枝之间相互靠近的区域电场强度减小,但局部电场集中现象依然存在.     

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。     

电缆中间接头受潮时电场分布研究

通过ANSYS软件建立10 kV电缆冷缩式中间接头的三维模型,并仿真计算静电场,主要分析不同受潮情况下电场分量的分布情况.结果表明:接头绝缘材料受潮时,复合界面上的电场增大;接头浸水时间越长,电场畸变越严重;主绝缘内侧受潮时水膜对周围的电场分布几乎没有影响,水膜处电场增大,但场强依然保持在极低的水平.     

电缆中间接头受潮时界面放电试验研究

搭建一套电缆界面放电的试验平台,制作了应力锥-XLPE界面试样,通过在工频交流电下不断对试样加压,进行界面放电的相关试验。通过对试验中的闪络现象、电压、电流的波形分析,结果表明:绝缘材料受潮时,硅橡胶-XLPE界面上的闪络电压降低;浸水4天、8天和12天的试样平均闪络电压为正常时的96%、90%和87%。     

缺陷对电缆中间接头温度分布影响的仿真研究

电缆中间接头在制造或者安装的过程中易产生缺陷,导致局部温度上升而加速绝缘老化,对电力系统的稳定运行造成威胁。但实际中无法直接测量电缆接头内部的温度,因此有必要对电缆接头的内部温度分布进行仿真研究。利用ANSYS软件建立了电缆中间接头以及其内部存在缺陷的二维、三维物理模型,并对其进行温度场仿真分析。结果表明:当电缆中间接头不存在缺陷时,其温度沿径向自内向外逐渐降低,轴向温度自中心位置向两边逐渐降低;当电缆中间接头中的交联聚乙烯/硅橡胶界面存在气隙、水汽、导电颗粒时,接头内部局部温度受缺陷处材料热导率的影响;气隙的尺寸越大,对局部温度的影响越大,局部升温范围是气隙本身尺寸的5倍;气隙位置越靠近接头两侧,局部升温越高。     

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。     

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。     

基于有限元法的10kV电缆中间接头典型施工缺陷电场研究

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胶带漏用、误用及主绝缘杂质缺陷时的电场分布规律.结果表明:漏用半导胶带、误用绝缘胶带时,硅橡胶与连接管间存在的空气及绝缘胶带会导致该处电场增大;接头混入沙粒杂质,杂质在电缆外半导倒角处至应力锥倒角处电场均畸变恶劣.     

10kV交联-油浸电缆中间接头绝缘故障的早期发现

通过对 10kV交联—油浸过渡型电缆中间接头进行的介损和局放试验 ,可早期发现其绝缘故障 ,对研究其集中性缺陷机理 ,规避技术风险很有必要     

变频谐振下10 kV电缆缺陷局部放电检测研究

采用目前方法检测电缆缺陷局部放电时,因变频谐振PD信号的影响而导致其整体有效性较差。提出变频谐振下10 kV电缆缺陷局部放电检测方法。在二阶包络线的基础上提取局部放电信号脉冲,并通过阈值策略消除局部放电信号中存在的噪声,避免其对检测过程造成干扰;提高局部放电脉冲信号的时域波形、频域波形特征量,将其输入BP网络中,在变频谐振下完成10 kV电缆缺陷局部放电检测。实验结果表明,所提方法的识别率高,其检测结果的相对误差低。     

10 kV XLPE电缆接头典型安装缺陷的工频局部放电特征对比研究

电缆接头常发生安装缺陷,放电谱图与缺陷类型的关系仍是电缆制造、安装缺陷局部放电检测研究的重点。分别制作10 kV电缆接头连接管尖端、应力锥错位、主绝缘沿面轴切刀痕和环切刀痕4种典型安装缺陷,用高频电流传感器进行不同工频电压下的局部放电试验,研究各类安装缺陷的局部放电起始电压(partial discharge inception voltage, PDIV)、单脉冲时域和频域特性、平均放电量q_ave、放电重复率n、放电量相位分布(phase resolved partial discharge, PRPD)谱图及其统计参数、时频谱图等。结果表明：连接管尖端接头的PDIV较高,PRPD谱图正半周随电压升高向“尖刺”形发展,负半周稳定分布在200°～300°,标准试验电压下时频谱图呈“横长条”形。应力锥错位接头的单脉冲放电频谱有2个大波峰,PRPD谱图正半周呈“元宝”形、负半周呈不规则“△”形,均存在空穴特征,正半周平均放电量q_ave+总大于负半周平均放电量q_ave-,正、负半周放电相位宽度φ_total+     

XLPE电力电缆接头局部放电在线检测抗干扰技术研究

在分析各种抗干扰措施的基础上,研究了小波分析及极性鉴别抗干扰技术在电缆接头局部放电检测中的应用,提出了以频谱分析、小波分析、设定阈值、极性鉴别为主,以相位开窗、时延鉴别等手段为辅的抗干扰方法,并通过对信号进行频谱分析,判断信号是否需要开相位窗,选用数字滤波和小波分析,最后经极性鉴别和时廷鉴别的流程来进行电缆接头的局部放电测试。实验室和现场数据综合分析表明,该方法和流程适合在实验室和现场条件下进行交联聚乙烯绝缘电缆（cross-1inked polyethylene insulated cable,XLPE）接头的局部放电测试。     

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。     

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。     

35kV电力电缆冷缩式中间接头典型缺陷电场计算及故障分析

通过对含有气隙缺陷的冷缩式中间接头建立物理模型,采用等效电路法分析了气隙尺寸、压接管外绕包半导电层的电阻率对气隙场强的影响。结果表明:气隙尺寸与场强成反比关系,当半导电层的电阻率超过一定值时,气隙场强会显著提升,超过空气最大击穿场强。通过对两例实际接头故障情况的分析,得出与模型分析一致的结论,并提出预防措施,为今后35 k V中压电力电缆接头故障的预防及原因分析提供参考。     

高压交联电缆接头局部放电的电容耦合法检测及分析

为研究110kV交联电缆接内部绝缘缺陷的局部放电(partial discharge,PD)特性,设计并构造了5种典型绝缘缺陷,通过建立电缆接头局放试验研究平台,采用电容耦合法获取不同绝缘缺陷下的放电信号,构造出三维PRPD(phase resolved partial discharge)谱图表征缺陷放电状态,并采用单次放电脉冲时域波形的3、4阶特征参量萃取放电特性进行分析。研究试验结果显示,电容耦合法检测法可有效检测出电缆接头内部缺陷引起的局放,且不影响电缆接头及本体的绝缘性能;所构建的5种典型缺陷在工频电压激励下,放电脉冲序列在放电区间、放电重复率等统计特征有很大的不同,用时域波形的3、4阶特征参量所描述的放电特性也存在很大差异。这些特征可用作放电类型识别的依据。     

10kV XLPE电缆接头的电场模拟方法研究

目前对电缆接头的电场模拟通常采用静电场下的二维模型。文中以XLPE电缆用10 kV接头为研究对象,针对导体屏蔽管和应力锥结构所采用的半导电材料电阻率较低的特性,通过理论分析指出,对接头的电场模拟应在电准静态场下进行,并采用有限元方法,对比分析了静电场和电准静态场下的接头电场仿真结果。此外,通过对接头中多种典型缺陷几何特征的综合分析指出,对于完好的或含有电缆主绝缘回缩类缺陷的接头,由于具有轴对称的结构特性,推荐采用二维轴对称方式建模,以节约工作量,并获得所需的计算精度;而对于含有绝缘表面划伤或半导电颗粒残留、电缆绝缘屏蔽末端的半导电尖端或气隙,以及导体屏蔽管内高电位尖端等缺陷的接头,由于其轴对称特性遭到破坏,必须采用三维立体建模,以真实模拟实际缺陷。文中的研究结论对于提高电缆附件的电场模拟精度,确定敷设安装的技术规范具有重要意义。