XLPE电缆绝缘片晶周期性结构演变及其对电性能的影响

为了研究长期高温条件下高压直流电缆交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)绝缘片晶周期性结构演变对直流绝缘特性的影响,将500 kV直流XLPE电缆绝缘层的薄片试样置于135℃条件下加速热老化。采用小角X射线散射(small angle X-ray scattering,SAXS)和差示扫描量热法(differential scanning calorimetry,DSC)分析热老化对组成球晶的片晶/无定形区过渡界面、片晶和片晶长周期结构的影响。同时,分析XLPE直流电导特性和击穿强度的变化。实验结果表明:片晶/无定形区界面厚度、片晶厚度、片晶长周期尺寸随着老化的进行先略微增大后逐渐减小,在老化336 h时出现最大值,这与电荷注入阈值场强和直流击穿强度具有相似的变化规律,而与载流子迁移率变化和片晶间无定形区尺寸的变化相反。基于陷阱控制的阈值场强变化和自由体积击穿理论,分析片晶周期性结构变化对直流击穿强度的影响。综合分析可知,经过短时间热老化有助于改善XLPE的片晶周期性结构,从而提升直流击穿强度。

高压电缆隧道防火措施隔热效果试验及优化配置研究

为解决在配有防火措施的高压电缆隧道内发生严重火灾时,仍有可能损伤电缆造成严重后果的问题,首先开展典型电缆防火产品的隔热效果测试,然后对比分析防火隔板上电缆加装绕包防火包带的防火效果,最后结合实际隧道布置建立模型并仿真分析中间接头区域上方各层电缆护套的温度分布,根据温度阈值确定电缆隧道防火措施最优配置方案。研究结果表明:火源功率为400,600 kW时,隔板上电缆护套达到热解的时间分别较火源功率为200 kW时快44%和67%;隔板上方电缆绕包防火包带后,护套达到热解的时间分别延长39%和66%;典型高压电缆隧道层间配置防火隔板后,以中间接头中心线为基准,建议对上方第2,3,4层电缆分别沿电缆敷设方向1.2,2.6,6.8 m范围内加装防火包带。研究结果可为电缆隧道防火措施优化配置提供参考。

基于实体试验的电缆隧道中间接头区域防火措施研究

为测试实际隧道中的中间接头区域的防火措施效果,进一步优化配置,设计点火装置和数据采集系统,利用一条待投运的电缆隧道开展实体火灾试验,通过监测图像和数据分析中间接头区域燃烧的火灾发展情况,然后对不同配置下的防灭火效果进行测试分析。结果表明:模拟中间接头击穿破裂故障下的燃烧,温度高且容易产生滴落熔融物,现有防护措施下故障接头周边电缆仍可能受到损伤。优化配置措施为:在中间接头区域上下层都加装防火隔板;在中间接头所在的最上一层支架距电缆接头中心线两侧1 m处各安装一个4 kg的超细干粉灭火装置;对电缆中间接头两侧4 m范围内电缆绕包防火包带,可有效防护中间接头区域火灾。

电缆隧道不同材质防火隔板的防火效果研究

为对比电缆隧道不同材质防火隔板的防火隔热效果和为防火隔板选型提供参考依据,首先对隧道内应用的4种典型防火隔板进行燃烧性能和力学性能测试,然后搭建模拟电缆隧道火灾的真型试验平台,对不同隔板进行防火效果对比试验。结果表明:无机硅酸钙板不可燃,但其力学性能最差,在真型试验中,3种火源功率下隔板均发生断裂现象,断裂后无法起到防火作用;无机玻镁板不可燃,在真型试验中300、400 kW火源功率下力学性能变差,隔板的火源上方处变形,防火效果较差;有机拉挤板可燃,在300、400 kW火源功率下隔板背火面会被引燃,无法起到防火作用;有机模压板难燃,在真型试验中,3种火源功率下,隔热效果均表现良好,背火面不会被引燃,且力学性能良好,能起到很好的防火效果。

XLPE电缆绝缘老化临界时间现象及其动力学仿真

为深入探究交联聚乙烯(cross-linked polyethylene, XLPE)电缆绝缘的老化特性,评判XLPE电缆绝缘的老化程度,文中对110 kV XLPE电缆绝缘在135℃进行加速老化实验,采用拉伸试验表征XLPE断裂伸长率的变化规律,采用傅里叶变换红外光谱表征XLPE中羰基浓度与抗氧剂含量的变化规律。结果表明,XLPE电缆绝缘老化存在临界时间现象,即随着老化时间的增长,XLPE断裂伸长率由缓慢下降转变为快速下降,羰基浓度由缓慢增大转变为快速增大,临界时间均为2 016 h;而抗氧剂含量则随老化时间逐渐下降,不存在拐点。基于链式自由基理论,建立考虑抗氧剂反应过程的XLPE热老化动力学模型,进一步仿真计算XLPE电缆绝缘热老化过程中抗氧剂含量和羰基浓度的变化过程,仿真计算结果能够很好地吻合实验结果。研究结果表明抗氧剂含量可用于表征XLPE电缆绝缘的老化程度。

工频和超低频交流电压下XLPE电缆局部放电特征对比分析研究

XLPE电缆局部放电实验技术能够及时发现设备绝缘缺陷,是目前电缆质量评价的重要手段。现有电缆局部放电实验多在超低频(0.1 Hz)电压和工频(50 Hz)电压下开展,为了深入挖掘两类电压下局部放电特征的关联性,本文在实验室内人工制作了四种典型XLPE电缆缺陷模型,包括断口不齐、绝缘划痕、夹层污染以及半导电层残留,开展了超低频、工频电压下XLPE电缆局部放电实验,依次从局部放电电压特征、放电活跃性、相基统计特征和放电统计时延四个维度对比分析了四种电缆缺陷的局部放电特性。结果表明,两类电压下局部放电特征有较高的一致性和等效性,且在不同放电类型下特征存在明显差异,可以较好地区分缺陷类型。此外,本文验证了超低频电压下局部放电测量的有效性和适用性,为XLPE电缆的绝缘状态评估提供了一定的技术依据。

模拟火灾条件下高压电缆绝缘击穿试验研究与失效时间分析

高压电力电缆结构复杂,在火灾情况下绝缘的失效时间与低压线缆有较大差异。本文首先搭建模拟火灾试验平台,对110,10 kV阻燃电缆开展模拟火灾情况下的绝缘耐压击穿试验,记录绝缘失效时间、解剖分析内部情况;然后建立三维仿真模型分析火灾情况下电缆内部绝缘层温度变化;参考绝缘层材料高温下的击穿场强,结合仿真和试验分析高压电缆在火灾情况下的绝缘失效机理。结果表明:火灾情况下高压电缆绝缘层在击穿前软化熔融,金属护套发生破裂有熔融物滴落,110、10 kV电力电缆在200 kW火源功率下的绝缘失效时间分别约为130 min和60 min。仿真得到110 kV电力电缆绝缘层的熔融时间约为25 min,击穿时刻均温约为378℃。放电在熔融的绝缘层内部逐步发展最终形成击穿,绝缘失效时间不能以单一的绝缘材料失效温度确定,与绝缘结构和温升变化相关。

接地电流谐波多维特征评估XLPE电缆热老化

热老化是影响电缆绝缘寿命的主要因素之一,本文通过研究热老化交联聚乙烯电缆的接地电流谐波特征来评估电缆热老化状态。在实验室条件下以实际运行电缆为试样开展加速热老化实验,测试分析不同老化程度下电缆接地电流的变化规律,采用改进变分模态分解法提取接地电流中的敏感谐波,并建立接地电流谐波时域、频域、相对能量和样本熵等多维特征参数与电缆热老化程度的关联关系。研究发现,热老化使谐波的相对能量增大的同时,也增加了谐波序列的无序度。

电缆隧道L型防火隔板的隔热效果分析与侧板高度设计

为兼顾电缆隧道中L型防火隔板的隔热效果和施工安装的便捷性,需确定不同工况下L型防火隔板所需最低高度。为此,利用FDS模拟软件,设置不同侧板高度,针对不同火源功率条件下L型防火隔板对不同电压等级电缆的保护效果进行模拟,分析安装隔板区域的温度变化和烟气扩散。结果表明:火源功率为400,600 kW时,电缆充分燃烧阶段至衰减末期,烟气蔓延速度分别比火源功率为200 kW时约快50%和66%;当110 kV电缆层间距为0.5 m,火源功率为200,400,600 kW时,L型防火隔板侧边最优高度分别为0.20,0.25,0.25 m;当10 kV电缆层间距为0.25 m时,三种火源功率下L型防火隔板侧边最优高度分别为0.100,0.125,0.125 m,隔板上方被保护电缆护套层温度均低于热解温度。研究成果可为不同工况下防火隔板侧板高度设计提供参考。

浅析我国电力系统防雷工程设计

说起雷电系统,从古代的皇宫建筑中就可以看到先人们已经认识到雷电的危害及防雷装置设立的重要性。但是从目前的雷电行业来说,距世界水平还有很大的差距,我国的防雷事业很有很多事情要做。雷电灾害不仅对树木、森林等自然作物有危害,对房屋、电力装置、电子、电力系统等装置有破坏性作用,因此,我们应该加强对雷电和防雷系统的重视。

换流变阀侧套管温度分布的计算及其影响因素分析

换流变压器套管作为直流输电系统中的重要设备,不仅要求其有优异的绝缘性能,能够承受一定的机械载荷,还要求其正常运行时的温度不能超过绝缘材料的最高允许工作温度。针对500 kV换流变阀侧套管,应用三维有限元分析软件COMSOL以及ANSYS CFX对套管的温度分布进行了电-磁-热-流耦合计算。分析了环境温度、变压器油温、环氧芯子的热导率以及护套的热导率对温度分布的影响。结果表明:套管的最高温度出现在导电管与环氧芯子的界面处;环境温度、变压器油温与环氧芯子的热导率将会不同程度的影响套管的温度分布;在进行套管的热设计时需要考虑不同材料之间传热参数的配合,以获得最大的散热效率。