【摘要】：高壓直流電纜附件中的電場分布主要取決于絕緣材料的電導(dǎo)率而非相對介電常數(shù),由于交聯(lián)聚乙烯(XLPE)和硅橡膠(SR)2種絕緣材料電導(dǎo)率差異較大,且受電場強度和溫度影響較嚴(yán)重,導(dǎo)致直流電纜附件的設(shè)計比交流附件復(fù)雜得多。為此,采用軟件仿真手段分析了不同溫度梯度作用時,直流電壓、直流疊加沖擊電壓下電纜接頭中的電場分布情況。研究結(jié)果表明:在直流電壓下,隨著溫度的升高電纜接頭內(nèi)的最大電場強度(簡稱場強)及XLPE/SR分界面的切向場強會大幅增加,而且絕緣內(nèi)最大場強出現(xiàn)位置也會由高壓屏蔽端部轉(zhuǎn)移到應(yīng)力錐根部;當(dāng)直流疊加沖擊電壓作用時,接頭內(nèi)的電場分布會出現(xiàn)3個場強極大值點,壓接管端部高壓屏蔽內(nèi)側(cè)的場強最大,且不隨沖擊電壓極性和線芯溫度的變化而變化;直流疊加正極性沖擊電壓作用下,壓接管端部SR材料內(nèi)側(cè)和應(yīng)力錐根部XLPE材料內(nèi)側(cè)的場強隨溫度的升高而降低,而在直流疊加負極性沖擊電壓作用下這2點的場強隨溫度的升高而增大。以上研究結(jié)果可供高壓直流電纜附件設(shè)計參考。
【圖文】：

體預(yù)制式接頭絕緣界面少、安裝方便[15]，因而應(yīng)用較多，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。根據(jù)實際需要，本文設(shè)計了與文獻[16]中的250kV直流XLPE電纜相配套的中間接頭，所設(shè)計的電纜接頭各部位尺寸如表1所示。隨著負荷的增大，高壓直流電纜及附件絕緣中最大場強會由絕緣內(nèi)表面轉(zhuǎn)移到絕緣外表面，即電場發(fā)生反轉(zhuǎn)。雖然電纜中間接頭結(jié)構(gòu)有很好的對稱性，但2維模型并不能反映絕緣中電場反轉(zhuǎn)這一特性，因此本文建立了電纜接頭的3維模型進行仿真�？紤]到電纜中間接頭的對稱性，本文先選取圖1中的左半部分建立1個2維模型，如圖2所示，再將該2維模型以圖2中的邊界i-j為軸旋轉(zhuǎn)360°得到3維模型。對于電纜接頭，XLPE與SR的分界面c-h是絕緣的薄弱部位，應(yīng)重點分析。在進行仿真時，邊界a-b-c-d-e接地；考慮直流電壓作用時，邊界f-g上施加的為250kV直流電位，采用恒定電場求解器；考慮雷電沖擊電壓作用時，邊界f-g上施加的1—線芯；2—XLPE；3—壓接管；4—高壓屏蔽；5—增強絕緣；6—灌封膠；7—應(yīng)力錐圖1整體預(yù)制式電纜接頭結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1Structurediagramofthewholebodyprefabricatedcablejoint圖2電纜中間接頭仿真模型Fig.2Simulationmodelofcablejoint表1電纜中間接頭尺寸Table1Dimensionsofcablejoint名稱尺寸/mm線芯半徑16XLPE厚度20高壓屏蔽厚度3增強絕緣厚度22應(yīng)力錐軸向長度120內(nèi)爬距長度167

國標(biāo)GB/Z18890.1—2002[17]選取為1050kV，分別采用恒定電場和靜電場求解器，在后處理過程中對所求電場進行疊加。滿負荷工作時，f-g邊界上的溫度可達363K，接頭內(nèi)線芯產(chǎn)生的熱量通過邊界k-l-m-n-d-e散熱，散熱方式主要為空氣自然對流換熱，空氣的自然對流換熱系數(shù)為8W/(m2·K)。2結(jié)果及分析2.1直流電壓下的電場仿真分析直流電壓作用下，復(fù)合絕緣中的場強按照材料的電導(dǎo)率分布，考慮到XLPE與SR雙層介質(zhì)的電導(dǎo)率差異及其他條件對2者的影響，本文分析了XLPE與SR在不同電導(dǎo)率之比下的等位線分布，仿真結(jié)果如圖3(a)圖3(c)中所示。為了對比分析，同時給出了交流電壓作用下相同絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)的等位線分布，，如圖4所示。由圖3可以看出，當(dāng)雙層介質(zhì)的電導(dǎo)率相差很大時，介質(zhì)中的直流電場分布極不均勻，且電場集中部位隨著絕緣材料參數(shù)的變化而變化。若γXLPEγSR，高壓屏蔽端部電場嚴(yán)重集中，而應(yīng)力錐根部處的場強極低；若γXLPEγSR，應(yīng)力錐根部處的電場嚴(yán)重集中，而高壓屏蔽端部的場強較低；若γXLPE=γSR，高壓屏蔽端部的電場仍有集中現(xiàn)象，但相比于γXLPE/γSR=1/100時的電場集中程度已有明顯改善，絕緣結(jié)構(gòu)中的電場分布較為均勻，與圖4中交流電壓作用下的電場分布相似。因此，在設(shè)計高壓直流電纜接頭時，應(yīng)首先確保所用的XLPE與SR材料的電導(dǎo)率差異在允許范圍內(nèi)，然后再根據(jù)2者電導(dǎo)率比值確定接頭中可能出現(xiàn)的電場集中區(qū)域，并采取相應(yīng)措施來調(diào)整電場分布，使之盡可能均勻分布。2.2溫度梯度對直流電壓下電場分布的影響直流電纜在帶負荷運行時，線芯發(fā)熱導(dǎo)致絕緣內(nèi)產(chǎn)生溫度梯度。由于聚合物材料電導(dǎo)率受溫度和電場影響較大，因此會導(dǎo)致絕緣內(nèi)按電導(dǎo)率分布的場強也會隨著變化。聚合物材?
【作者單位】： 哈爾濱理工大學(xué)工程電介質(zhì)及其應(yīng)用教育部重點實驗室;
【基金】：教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金(20132303110006) 黑龍江省自然科學(xué)基金(ZD201310)~~
【分類號】：TM247

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1 呂曉德,陳世坤;非線性油紙復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)中交直流混合電場的數(shù)值計算[J];變壓器;1997年01期

2 韓寶忠;郭文敏;李忠華;;碳化硅/低密度聚乙烯復(fù)合材料的直流伏安特性[J];復(fù)合材料學(xué)報;2008年05期

3 顧金;王俏華;尹毅;李旭光;;高壓直流XLPE電力電纜預(yù)制式接頭的設(shè)計[J];高電壓技術(shù);2009年12期

4 周遠翔;郭紹偉;聶瓊;劉睿;候非;;納米氧化鋁對硅橡膠空間電荷特性的影響[J];高電壓技術(shù);2010年07期

5 王霞;劉霞;鄭明波;吳鍇;彭宗仁;;溫度梯度場下硅橡膠與交聯(lián)聚乙烯界面上空間電荷的形成機理[J];高電壓技術(shù);2011年10期

6 徐明忠;趙洪;吉超;楊佳明;張文龍;;MgO/LDPE納米復(fù)合材料制備及其空間電荷特性[J];高電壓技術(shù);2012年03期

7 韓寶忠;郭文敏;李忠華;;碳化硅/硅橡膠復(fù)合材料的非線性電導(dǎo)特性[J];功能材料;2008年09期

8 高宇;杜伯學(xué);;采用表面電位衰減法表征高壓交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣中空間電荷的輸運特性[J];高電壓技術(shù);2012年08期

9 湯廣福;賀之淵;龐輝;;柔性直流輸電工程技術(shù)研究、應(yīng)用及發(fā)展[J];電力系統(tǒng)自動化;2013年15期

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3 羅隆福,李建州,孫紅梅;高壓直流穿墻套管非線性電場的求解[J];高電壓技術(shù);2002年05期

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5 陳鑫;非線性絕緣介質(zhì)交變電場激勵下介電特性的仿真分析[D];哈爾濱理工大學(xué);2011年

6 趙沖;低溫環(huán)境下變壓器油紙復(fù)合絕緣特性實驗研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2011年

7 韓永森;非線性絕緣電介質(zhì)介電特性測試系統(tǒng)軟件開發(fā)[D];哈爾濱理工大學(xué);2011年

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9 高丹;電力變壓器新型主絕緣結(jié)構(gòu)的研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2006年

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4 鄭飛虎,張冶文,宮斌,陳玲燕,徐加強,王傳珊;電子束輻照后聚甲基丙烯酸甲酯的電荷特性[J];材料研究學(xué)報;2005年04期

5 周遠翔;王寧華;王云杉;孫清華;梁曦東;關(guān)志成;;固體電介質(zhì)空間電荷研究進展[J];電工技術(shù)學(xué)報;2008年09期

6 陳曦;王霞;吳鍇;彭宗仁;成永紅;;溫度梯度場對高直流電壓下聚乙烯中空間電荷及場強畸變的影響[J];電工技術(shù)學(xué)報;2011年03期

7 張曉虹，李毓慶，雷清泉;改性無機填料對低密度聚乙烯電老化性能的影響[J];電工技術(shù)學(xué)報;1994年02期

8 李庚銀,呂鵬飛,李廣凱,周明;輕型高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展與展望[J];電力系統(tǒng)自動化;2003年04期

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7 徐子杰;;帶電粒子束發(fā)射系統(tǒng)的電場分布模擬研究[A];中國光學(xué)學(xué)會2011年學(xué)術(shù)大會摘要集[C];2011年

8 咸金龍;武海艷;李國平;沈獻念;;薄金屬受測物對有限厚度內(nèi)導(dǎo)體板ATEM室性能的影響[A];全國電磁兼容學(xué)術(shù)會議論文集[C];2006年

9 王茹;張正選;俞文杰;賀威;田浩;陳明;;總劑量輻射下的SOI晶體管中的陷阱電荷分布[A];第六屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（2）[C];2007年

10 孫偉;陳堅;趙剛;傅正財;;特高壓雙極直流電壓發(fā)生器的電場分布設(shè)計優(yōu)化[A];08全國電工測試技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2008年

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3 李苑;風(fēng)電建設(shè)的理性分析[N];華中電力報;2007年

4 魯明秀 譚長偉;即墨22.5億建起風(fēng)電長廊[N];農(nóng)民日報;2006年

5 段貴恒;黃沙漫卷的電力題解[N];中國電力報;2008年

6 張波;SOI：技術(shù)瓶頸突破 應(yīng)用領(lǐng)域擴大[N];中國電子報;2007年

7 上海交通大學(xué) 姜淳;光子帶隙光纖(上)[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2007年

8 趙林杰 李成榕 王偉;復(fù)合絕緣子檢測技術(shù)亮點斑斕[N];中國電力報;2004年

9 李楊邋張樺;降低高壓輸電線路工頻電場技術(shù)研究項目通過驗收[N];國家電網(wǎng)報;2008年

10 張國光;交聯(lián)聚乙烯電纜的交流耐壓試驗[N];中國電力報;2004年

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5 張莉;混合型超級電容器的相關(guān)理論和實驗研究[D];大連理工大學(xué);2006年

6 曹云東;高壓SF_6斷路器介質(zhì)恢復(fù)特性的計算與分析[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2001年

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9 羅兆楠;直流輸電線路鄰近建筑物時合成電場計算方法及其應(yīng)用研究[D];華北電力大學(xué)（北京）;2011年

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3 張新建;電流變效應(yīng)的電偶極子模型及計算[D];華中科技大學(xué);2007年

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10 黃斌;交流電場對復(fù)合絕緣子覆冰過程及放電特性影響的研究[D];重慶大學(xué);2008年

本文編號：2537998