高压XLPE电缆缓冲层缺陷研究现状综述

高压交联聚乙烯电缆因缓冲层缺陷引发的故障频发,已严重威胁到电力系统的安全运行。本文首先介绍了缓冲层的基本结构和作用,并在此基础上梳理了目前国内外对于缓冲层失效的相关研究;其次从缓冲层的材料特征和内部结构等角度结合电场仿真来分析缺陷发生的主要原因;之后对缓冲层缺陷中出现的白色粉末绝缘性能和理化特征进行总结,并提出其形成机理;最后对缓冲层缺陷的检测手段进行汇总,提出使用计算机断层成像技术对电缆缓冲层缺陷进行检测以弥补现有检测手段的不足,并建议对铝护套及缓冲层的材料或结构进行优化,以预防缓冲层缺陷的生成。

膨胀岩隧道缓冲层复合支护体系让压机理

为构建缓冲层复合支护体系理论模型,分析缓冲层复合支护体系让压机理,弥补当前缓冲层让压机理的局限性。利用弹性力学知识,以单层厚壁圆筒模型为基础构建3层厚壁圆筒模型,推导出缓冲层复合支护体系中支护结构受力与外荷载之间函数关系,并用数值模拟的方法验证缓冲层复合支护结构受力解析解的正确性。基于此理论模型,分析了有无缓冲层复合支护体系中二衬和初支的受力特点,总结出缓冲层让压机理:在含有缓冲层的复合支护体系中,缓冲层材料被压缩,初支能够发生更大的向内变形量,进而吸收外部荷载作用,减小二衬的受力,从而整个结构能够实现让压效果,即缓冲层复合支护通过缓冲层压缩实现让压。通过改变缓冲层厚度对让压机理进行分析。结果表明:当缓冲层厚度为5 cm时,初支的形变量增加了1.34 cm,传递到二衬上的作用力也相应减小了71.6%;当缓冲层厚度增加至10 cm时,二衬的受力也进一步减小,对二衬结构更为有利。在让压支护体系中,随着缓冲层被压缩,初支也会发生更大的变形,初支内部应力也会增大,尤其是环向应力,即缓冲层的让压对初支受力是不利的,对二衬受力是有利的。因此,在复合让压支护体系中,当外部作用力一定时,对支护体系中缓冲层的设计要同时考虑初支和二衬的应力,即缓冲层的厚度存在一个最优值。

电、热、力仿真研究平滑铝护套高压XLPE电缆缓冲层设计

平滑铝护套电缆可有效规避皱纹铝护套电缆缓冲层缺陷,但目前国内对其缓冲层结构设计最优参数尚不明确。通过对绝缘膨胀进行计算、试验验证及公式修正,研究平滑铝护套电缆绝缘膨胀及间隙设计;建立平滑铝护套电缆仿真模型,分析有无空气间隙对电场分布的影响,以及不同缓冲层厚度对平滑铝护套电缆温度、热应力分布的影响;建立平滑铝护套电缆简化结构四点弯曲仿真模型,研究在重力作用下其机械应力分布。结果表明:综合重力、绝缘膨胀等因素,220 kV 1200 mm^(2)平滑铝护套电缆缓冲层和铝套之间的负间隙大小建议设计为1.3~1.6 mm。在平滑铝护套电缆缓冲层设计时,应在满足绝缘热膨胀的同时尽可能减薄缓冲层的厚度,提高电缆载流量,避免铝护套承受过大的热应力。

高压电缆缓冲层烧蚀缺陷超声检测实验

高压电缆缓冲层烧蚀故障是近年来频发的电缆故障类型,而目前的烧蚀缺陷检测手段难以满足存量电缆的检测需求。为此,文中首次研究基于铝护套内表面粗糙度的高压电缆缓冲层烧蚀缺陷的超声检测方法。首先,开展潮湿条件下的缓冲层烧蚀模拟实验,并对烧蚀后的铝片进行激光共聚焦显微镜测试以及电化学阻抗谱分析,发现随着烧蚀时间的增加,铝片的表面粗糙度逐渐增大,同时铝片表面的腐蚀程度逐渐加深,对应的缓冲层烧蚀缺陷逐渐加重,表明铝片的表面粗糙度与潮湿条件下缓冲层的烧蚀程度存在关联。其次,对烧蚀后的铝片开展超声检测实验,并通过相邻超声回波信号的幅值比推算出铝片腐蚀面的粗糙度,与实验测得的粗糙度具有相同的变化趋势。文中结果表明超声检测可用于检测缓冲层烧蚀缺陷的严重程度,为高压电缆缓冲层烧蚀缺陷超声检测方法的应用奠定了研究基础。

基于X射线成像原理的电缆缓冲层缺陷的可视化检测技术对比研究

近年来,高压电缆缓冲层烧蚀缺陷导致电缆故障问题频发,如何有效地对缓冲层缺陷进行检测引起了行业内的广泛关注。基于缓冲层缺陷与其相邻层间的密度差异,分别对X射线数字成像技术和计算机断层成像技术开展了检测参数研究,对比分析了两种方法对不同类型缺陷的检出有效性及在不同干扰下的检测效果。结果表明,计算机断层成像技术在检测准确度和抗干扰性优于X射线数字成像技术,但在检测的现场适用性方面有局限。研究给出两种检测技术的最佳检测参数及各自的优缺点,为后续高压电缆的缓冲层缺陷可视化检测提供了有益的参考。

某引水隧洞大变形缓冲层支护方案设计参数优化研究

高地应力软岩隧道围岩变形具有显著的时效特性,容易引起运营期隧道衬砌结构开裂和破坏。以新疆某引水隧洞泥岩大变形段为背景,提出在初期支护与二次衬砌之间设置高压缩缓冲层的支护方案,以保证隧洞在运营期安全。首先针对现有缓冲层支护方案,开展了支护结构受力的现场监测与分析,然后采用数值仿真方法对缓冲层支护方案进行了参数优化,最后将优化后方案与原方案的支护效果进行了对比分析。(1)现有支护方案的监测结果表明:当现场安装密度为90~100 kg/m~3的5 cm聚乙烯缓冲层后,缓冲层易进入压密阶段,围岩形变压力达到0.36 MPa,衬砌受力仍具有非均匀性,缓冲层材料和厚度还有可优化的空间。(2)缓冲层支护参数优化表明:缓冲层平台应力偏大会导致其难以被压缩而降低吸能效果,偏小将难以有效限制围岩变形,两者都会造成缓冲层对围岩形变能的吸收不足,衬砌的安全性较低。随着缓冲层厚度的增加,衬砌破坏程度逐渐减小,但减小幅度逐渐减弱。对于本工程而言,当平台应力为0.5 MPa,压缩率≥0.6,厚度为10 cm时,缓冲层支护效果最佳。(3)对比分析表明:相比于原缓冲层支护方案,优化后的缓冲层支护将使得衬砌最大主应力减小了20%~30%,缓解衬砌的应力集中程度,可保障隧道支护结构的长期稳定。

磁控溅射法制备的硫化镉缓冲层的铜锌锡硫薄膜太阳电池性能

利用磁控溅射法制备硫化镉薄膜,研究硫化镉薄膜作为缓冲层的铜锌锡硫薄膜太阳电池性能.进一步地,采用双功率溅射的方法,减轻溅射过程对吸收层的损伤,增加了铜锌锡硫薄膜太阳电池的开路电压和填充因子,提高了光电转换效率,最终获得了光电转换效率为7.0%的铜锌锡硫薄膜太阳电池.

缓冲层-复合隔离墙-含水层系统中有机污染物二维运移规律研究

复合隔离墙常用于污染场地的防污防渗工程。针对由土工膜和土-膨润土组成的复合隔离墙,考虑了污染源区有机污染物浓度沿深度不均匀分布及缓冲层的存在,建立了缓冲层-复合隔离墙-含水层系统中有机污染物二维运移理论模型。利用有限差分法对该模型进行了求解。通过对比试验测定结果、已有解析模型和COMSOL软件的计算结果,验证了所建理论模型合理性。在此基础上,研究了复合隔离墙中有机污染物的运移特性。结果显示,相比于一维运移理论模型,二维运移理论模型下复合隔离墙中有机污染物的浓度较低,这是由于有机污染物会通过竖向扩散减慢水平向运移速度。缓冲层存在有助于减缓复合隔离墙中有机污染物运移速率,且缓冲层厚度越大,所定义击穿时间t_(b)越长,墙体外侧总运移通量越小。当土工膜渗透系数从0.5×10^(-12)m/s增大到5.0×10^(-12)m/s时,对应的t_(b)将从172.8 a降低至28.2 a。鉴于隔离墙厚度及其线性吸附系数增大均可显著增强复合隔离墙的防渗效果,可结合隔离墙的吸附性能选定墙体厚度。

缓冲层和保护层对Ta(Ti)/Co/Nb多层膜热稳定性影响

采用磁控溅射法制备底层(BL)/钴(Co)/顶层(CL)三层膜,通过考察Co磁矩(M)与温度(T)的关系,系统分析了不同BL和CL对Co层热稳定性的影响。其中BL和CL分别为非磁性过渡金属钽(Ta)、钛(Ti)和铌(Nb)。研究发现,不同的非磁性底层和顶层材料对Co的热稳定性有着不同的影响,其中Ti作为BL和CL时Co的热稳定性最好。此外,与BL相比,CL在Co层的M-T具有更重要的影响,相同的CL其Co具有类似M-T曲线。实验结果可以解释为非磁性BL和CL与Co之间存在的耦合相互作用。这揭示出在纳米级多层膜中,通常用于促进晶体结构和防止氧化的底部非磁性缓冲层和顶部保护层可能对其相邻的磁性层的磁性能产生影响。

压力作用下高压电缆缓冲层表面电阻特性及等效模型

针对缓冲层导电特性测试中未考虑压力影响的问题开展了压力作用下高压电缆半导电缓冲阻水带的表面电阻特性研究。首先开展了缓冲层表面电阻测试,并从缓冲层微观结构特征以及纳米填料导电机理两方面对测试的表面电阻数据统计特征进行了分析。通过在表面电阻测试电极以及电极之间的缓冲层表面上施加不同重量的载荷研究了缓冲层表面电阻值与外界压力的关系。基于n阶电阻网络以及差分方程组建立了压力作用下的缓冲层表面电阻模型,利用缓冲层微观压阻特性以及模型仿真计算分析了缓冲层表面电阻测试特性以及该特性随压力作用而变化的规律。研究成果有助于掌握高压电缆缓冲层在真实运行压力环境下的导电特性。

基于频域反射法的高压电缆阻水缓冲层缺陷定位研究

为了获取高压电缆缓冲层缺陷的位置信息,本文首先根据缓冲层表面形貌特征将缓冲层状态划分为干燥态、受潮态、腐蚀态以及腐蚀烧蚀态,通过薄片样本研究了缓冲层从干燥态到腐蚀烧蚀态这一缺陷发展过程中体积电阻率和相对介电常数的变化规律。然后推导了高压电缆传输线网络中的分布电容以及分布电导的计算公式,评估了FDR法应用于高压电缆缓冲层缺陷定位的可行性。最后在实验室中搭建了长电缆实验平台,研究了频域反射法定位缓冲层缺陷的有效性。结果表明:缓冲层缺陷的发展主要影响高压电缆的分布电容,产生阻抗不连续点。FDR能够实现对缓冲层受潮及缺陷的定位,但对于腐蚀缺陷及烧蚀缺陷的进一步区分还需结合其他状态检测手段。

铜锌锡硫基薄膜太阳能电池中锌基缓冲层的研究进展

由多层结构组成的薄膜太阳能电池具有低成本、易生产、稳定性高等优点,解决了晶体太阳能电池原料要求高以及制备工艺复杂等缺点,其中的缓冲层材料作为薄膜太阳能电池中的重要组成部分一直是研究重点.近年来,无毒、环保且能获得较高光电效率的缓冲层材料引起学者的广泛研究.文中以铜锌锡硫基太阳能电池为例,综述了有关硫化锌(ZnS)、氧化锌(ZnO)、氧硫化锌(Zn(O,S))、氧化锌锡(ZTO)和氧化锌镁(ZMO)缓冲层材料在薄膜太阳能电池中的应用.详细阐述了5种缓冲层材料的制备方法、性能变化、应用前景以及对太阳能电池转换效率的影响,以期为未来制备高效环保薄膜太阳能电池提供有效参考.

Cu箔缓冲层对SiO_(2)/TC4接头组织性能的影响

针对SiO_(2)石英玻璃/TC4钛合金钎焊接头易脆裂难题,以Cu箔为缓冲层,采用AgCuTi活性钎料对石英玻璃/TC4钛合金进行真空钎焊。通过金相显微镜、扫描电镜、能谱仪以及X射线衍射仪、力学试验机分析Cu缓冲层及不同钎焊工艺对SiO_(2)/TC4接头组织结构及力学性能的影响。研究结果表明,在合适的钎焊温度下,Cu箔缓冲层的加入一方面在SiO_(2)/AgCuTi界面处形成了合适厚度的TiSi_(2)+Ti_(4)O_(7)/Cu_(2)Ti_(4)O双层结构,另一方面在焊缝中形成大量韧性较好的Cu固溶体,这些固溶体在钎焊冷却过程中通过钎缝自身的蠕变和屈服吸收接头中的残余应力,减少接头残余应力,提高了钎焊接头的力学性能。当钎焊温度为900℃、保温时间10 min时,SiO_(2)/TC4钎焊接头抗剪强度最高,达到38 MPa。Cu箔缓冲层的加入显著改善了SiO_(2)石英玻璃/TC4钎焊接头的力学性能。

质子注入缓冲层结构的高压FS-IGBT动态坚固性研究

具有多重质子注入(multiple proton injection,MPI)缓冲层结构的FS-IGBT,相比传统磷注入缓冲层结构的同类型器件,其动态坚固性发生了改变。通过对MPI缓冲层结构的FS-IGBT的短路特性研究发现,MPI缓冲层的峰数越多,抗短路热失效能力越强,但是峰数太多,可能会引起IGBT在短路时的栅极电压振荡,造成器件失效。这与IGBT在短路大电流下的Kirk效应有关。Kirk效应造成短路时IGBT栅电极下电场降低,电子运动速率减小,进而栅电极下累积的电子造成栅极输入电容的改变,引起栅电压振荡。此外,实验发现,MPI缓冲层峰的氢相关施主(hydrogen-related donors,HDs)浓度不仅与注入剂量和激活温度有关,还与注入次数有关,具体表现为注入次数多,辐射损伤多,HDs浓度越高。文中研究不同MPI缓冲层结构的IGBT关断坚固性。

基于图像算法的高压电缆缓冲层阻水性能评价方法

高压电缆在城市输电网络中得到了越来越广泛的应用,其关键结构半导电缓冲层烧蚀故障成为了当前的研究热点。而诱发烧蚀故障的缓冲层导电特性和吸水特性是研究关键,也是评估高压电缆缓冲层质量的基础。本文基于图像算法提出高压电缆缓冲层的纵向阻水性能评估方法,对缓冲层的显微图像进行增强和形态学处理,通过面积分数法、熵值法以及分形维数法对二值化图像中缓冲层阻水粉的分布特性进行评估。采用基于权重系数的综合评价方法以同时考虑缓冲层阻水粉面密度以及分散性对阻水性能的影响,并通过缓冲层阻水性能测试进行了验证。通过本文提出的基于显微图像以及相应图像算法,能够高效、准确地评估高压电缆缓冲层阻水性能,为高压电缆抽样检测和质量监督提供了技术参考。

丙烯酸基缓冲层烧蚀缺陷修复液的修复效果研究

目前高压电缆缓冲层烧蚀缺陷缺乏有效的液体修复材料,导致高压电缆线路的烧蚀缺陷隐患无法被及时有效消除。本文制备了丙烯酸基缓冲层烧蚀缺陷液体修复材料,并对实际电缆缓冲层烧蚀缺陷进行了修复实验,研究了修复液中炭黑含量对缓冲层电性能修复效果的影响。结果表明:修复液涂层中炭黑质量分数为20%时,修复缓冲层的体积电阻率降低至新缓冲层的水平,且基本不随温度改变。结合微观形貌的表征,分析认为修复液在缓冲层的纤维表面重新形成炭黑涂层,使得原本不均匀的涂层与不导电颗粒物被涂层包覆,同时无纺布内侧烧蚀形成的连续阻水粉层重新被炭黑涂层覆盖,重建了缓冲层的电气连接,从而有效修复了缓冲层烧蚀缺陷。

聚苯乙烯发泡材料缓冲层抗冲击性能研究

聚苯乙烯发泡材料是一种完全的闭孔发泡形成的均匀蜂窝结构,具有轻量化、耐酸碱、导热系数低等特点,同时由于挤塑聚苯发泡结构的紧密相连且壁间无缝隙,其抗冲击强度极高,广泛应用在冲击防护领域。文章针对聚苯乙烯泡沫防护层配合芳纶模压包壳,采用碰撞试验台检验碰撞后冲击加速度及冲击持续时间,研究同种聚苯乙烯材料,不同发泡密度对样本抗冲击性能影响。结果表明,在常温下,随着聚苯乙烯发泡密度的增大,冲击加速度升高,抗冲击性能下降;聚苯乙烯缓冲层密度越高,冲击全过程持续时间越短,冲击能量更快速地穿透缓冲层作用到样本内部,这对抗冲击性能极为不利;而聚苯乙烯缓冲层密度越低,包壳表面形成的冲击损伤面积越大,可在更广区域内分散、消耗冲击能量,降低冲击加速度。

PEO-ZnO缓冲层对Li|LATP界面稳定性的研究

钠超离子导体(NASICON)型Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 (LATP)由于其高的锂离子电导率、对空气的高稳定性和低成本而成为最有前途的固态电解质之一。然而,由于其与锂金属的高度不相容性,LATP的应用并不广泛。在此,提出了一种简单且方便的涂层方法在LATP上构建氧化锌聚合物电解质层(PEO-ZnO|LATP),除了保护LATP外,该界面PEO-ZnO层还能够提高Li离子迁移数,降低Li|LATP界面阻抗,与PEO|LATP相比,引入1 wt.% ZnO的Li|PEO-1ZnO|LATP|PEO-1ZnO|Li对称电池在0.1 mA∙cm−2电流密度下能够稳定循环700 h,而Li|PEO|LATP|PEO|Li对称电池在0.1 mA∙cm−2电流密度下仅循环520 h。组装的全电池LiFePO4|LATP|PEO-1ZnO|Li固态电池在0.1 C倍率下提供154.3 mAh∙g−1的比容量,200圈循环后容量保持率为87%。本研究提供了一种简便的涂层策略来解决Li|LATP界面副反应问题,并开辟了在固态锂金属电池中应用的可能性。

高压XLPE电缆缓冲层故障机理与检测技术研究

高压XLPE电缆缓冲层故障频发,严重影响电缆安全运行,引起了广泛关注。根据缓冲层烧蚀故障特征,分析了高压XLPE电缆缓冲层电场特性并进行了初步仿真研究,得出局部放电是导致缓冲层故障的直接原因。提出了几种理论上可行的缓冲层故障检测方法并进行了简单验证,其有效性还待后续进一步试验与研究。

带缓冲层结构的初期支护在软岩大变形隧道的应用分析

本文探讨了缓冲层初期支护结构在软岩大变形隧道中的应用,强调了其在应对复杂地质条件下的重要性。缓冲层作为一种创新的工程措施,能有效减小围岩压力,控制隧道的不均匀变形,保护主结构免受损害。文章详细介绍了该技术的原理、施工过程中的关键步骤。通过实例分析,证明了在软岩隧道中采用隔离缓冲层初期支护结构可以显著提高施工安全性和工程稳定性,降低换拱率。同时,对可能遇到的技术挑战和解决方案进行了讨论。