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。

高压电缆皱纹护套损耗系数改进计算方法

电缆金属护套中会因为感应电流引发温升,电缆的温升分析是进行电缆本体以及敷设设计的重要内容,主要有以IEC 60287为代表的解析方法和以有限元为代表的数值计算方法。高压电缆一般采用皱纹铝护套结构,该结构损耗系数计算缺乏有效手段:解析方法难以有效描述皱纹结构的影响,而有限元方法则需要消耗大量计算资源。针对这一问题,首先以有限元计算结果为参考对比分析了IEC 60287计算得到的皱纹护套损耗系数,发现基于IEC标准计算的损耗高于有限元计算结果,证明了该方法的保守性,并对其进行了校正,校正后的计算平均误差约6%。其次为了提高有限元计算效率,提出了皱纹护套平滑等效方法:基于损耗相等的原则,将220 kV等级的XLPE电缆皱纹铝护套结构等效为平滑结构。最后,建立了电缆的电磁-热耦合有限元模型,计算结果表明:等效前后的电缆温升仅相差0.90%,且等效后仿真速度提升为原模型的2.2倍;利用所提方法可实现准确快速的皱纹护套电缆电磁-热仿真分析。

高压XLPE电缆缓冲层烧蚀故障机理分析与结构优化

高压交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆缓冲层烧蚀故障频发,在行业内引起广泛关注。电缆结构优化有利于解决放电烧蚀问题,文中从缓冲层放电灼伤机理角度出发,建立电缆有限元模型进行电场仿真,分析讨论不同结构参数下气隙电场分布的变化,并开展模拟试验对结构优化方案进行研究。结果表明:在满足电缆设计要求的前提下,减小缓冲层厚度、减小轧纹深度、增加金属套和缓冲层的挤压深度有利于减弱接触不良导致的气隙电场畸变;平滑铝套结构与缓冲层的接触电阻较小,在抑制缓冲层放电烧蚀故障方面具有优势。

高压电缆铝套结构与缓冲层烧蚀特性

近年来,皱纹铝套型高压交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆在运行中多次发生缓冲层烧蚀故障。相对皱纹铝套,平铝套与缓冲层的电气接触更好,在抑制缓冲层烧蚀故障方面的表现是否更好是一个值得研究的问题。为此从径向电流集中导致烧蚀的角度,考虑重力影响,通过有限元仿真和模拟烧蚀试验对2种结构进行对比研究。结果表明:与皱纹铝套相比,重力影响下的平铝套与缓冲层有更大的接触面积,分散了接触不良导致的径向集中电流,有效降低缓冲层的温升;在100 mA试验电流条件下,皱纹铝套结构的缓冲层温度>278℃,甚至烧穿缓冲层,灼伤绝缘屏蔽,而平铝套结构的缓冲层温度仅为74℃。与皱纹铝套结构相比,平铝套结构在抑制缓冲层烧蚀方面具有优势。

110kV高压铝护套电缆结构设计优化

根据GB/T 11017.2—2014和ICEA S-108-720-2018标准,并结合公司生产制造经验,设计了110 kV 1 600 mm2常规结构和优化结构的高压电缆,优化电缆包括导体、绝缘层、铝护套和外护套优化,并研究了两种结构高压电缆的性能。结果表明:优化结构电缆相对于常规结构电缆,其材料消耗明显降低,绝缘层、金属护套和外护套材料消耗分别降低了17.5%,35.6%和33.6%。优化结构电缆最大装盘量显著提升,能够有效减少线路接头数量。在相同敷设条件下,相对于常规结构电缆,优化结构电缆输电容量明显提升,其空气中的载流量提高了17.5%,土壤中的载流量提高了11.8%。

无缝平滑铝套电缆的设计及应用

根据连续包覆挤铝技术生产无缝铝套的原理,在焊接平滑铝套电缆生产工艺基础上,创新设计了无缝平滑铝套电缆产品及生产工艺,从结构、机械性能及安装应用等方面对无缝平滑铝套电缆进行试验分析,结果表明设计的无缝平滑铝套电缆具有制作工艺先进、产品性能优良、应用效果良好、市场前景广阔等优势。

铝排热缩塑装置的设计与优化研究

文章旨在设计和优化铝排热缩塑装置,以提高电力系统中铝排连接的可靠性和安全性。当前电力系统中,铝排连接在能源传输中起着至关重要的作用,然而,现有的绝缘护套存在着一系列问题,如安全隐患和效率低下。因此,设计一种能够代替传统生物能源的铝排热缩塑装置具有重要意义。文章概述了铝排热缩塑装置的设计与构成,并提出了一系列的设计优化实施方案,以及该装置的创新点和问题解决方案,以期提高铝排连接的可靠性,降低安全风险,从而为电力系统的稳定运行做出贡献。

工艺参数对铝连续挤压包覆护套成形的影响(英文)

基于DEFORM3D模拟软件,针对连续挤压包覆过程中模腔流动通道长度和挤压轮转速对铝护套产品的影响进行有限元模拟分析,并进行实验验证。结果表明,模腔中流动通道长度对改善金属流动的均匀性、产品的弯曲角度和横截面的椭圆度发挥重要的作用,增加流动通道长度,可以使产品的流动速度变得均匀,产品的弯曲角度接近理想的零值,并可以获得良好的截面形状;当使用较长的流动通道时,挤压轮转速对产品的弯曲角影响不大。

超高压电缆铝护套四通道连续包覆数值模拟和实验研究

基于SSLB500双轮四通道连续包覆机,采用有限元法,对Φ120 mm×2.8 mm的超高压电缆铝护套连续包覆成形过程进行了数值模拟,分析了挤压轮转速在7.5 r·min-1时金属成形过程中的速度场、温度场和应力场的分布规律,结果表明:温度场、速度场呈对称分布,模具出口处的速度、温度分布均匀。进行了Φ120 mm×2.8 mm电缆铝护套连续包覆实验和产品性能检测,结果表明:四通道工艺不仅可以成功实现大管径铝护套的连续包覆,而且铝护套成形良好,圆度达到98.69%,同心度达到92.58%,挤压焊缝结合强度与母材强度接近;数值模拟结果与实验结果一致,证明了四通道连续包覆工艺的可行性和模拟结果的正确性。

大管径电缆铝护套连续包覆数值模拟

采用有限单元法,基于SLJB630型连续挤压机,对直径150 mm×2.8 mm电缆铝护套的连续包覆成型过程进行有限元分析,分析了成型过程中变形金属速度场、温度场、应力场和应变场的分布规律;进行了150 mm×2.8 mm电缆铝护套的连续挤压工艺实验,产品成型良好.模拟结果与实验结果对比分析,具有一致性,证明所建立的有限元模型准确,可以作为大管径电缆铝护套模具优化设计的理论依据.

高压电缆铝护套焊缝缺陷ACFM检测方法及检测系统的研究

针对在氩弧焊型高压电缆铝护套焊接过程中易出现表面漏焊、埋藏未焊透和焊穿等缺陷的问题,提出了焊缝缺陷的交流电磁场检测(alternating current field measurement, ACFM)方法。首先,利用COMSOL多物理场仿真软件建立高压电缆铝护套焊缝缺陷ACFM模型,研究U形磁芯上的励磁线圈在不同类型铝护套焊缝缺陷区域产生的感应电流的密度分布特点和和磁场信号特征;其次,设计了可获取缺陷长度和深度信息的正交式接收线圈,制作了带有缺陷的电缆铝护套焊缝试件及ACFM实验平台;最后,进行了不同类型铝护套焊缝缺陷的检测及结果分析。实验结果表明,ACFM方法能够有效用于3 mm厚的高压电缆铝护套焊缝表面漏焊和焊穿缺陷的检测,并且能够有效识别埋深为2 mm,长、宽、深分别为10,0.3,1 mm的埋藏未焊透缺陷。研究结果为高压电缆铝护套焊缝缺陷的识别和焊缝质量的评价提供了重要参考。

110 kV交联聚乙烯电缆铝护套力学性能的研究

高压电力电缆的电气、机械等诸多性能的优劣直接关系着电力系统的安全与可靠运行。对110kV高压交联聚乙烯电力电缆不同制造工艺的铝护套(如挤铝、氩弧焊铝)进行力学性能研究,结果表明挤压工艺生产的铝护套力学性能优于氩弧焊的,但是氩弧焊的动态力学损耗因数小于挤压的,氩弧焊有缝处的动态力学损耗因数大于无缝处的。两种铝护套的动态力学损耗因数都在频率84Hz附近出现峰值。

高压XLPE电缆平滑铝复合护套的弯曲特性及结构设计

近年来,频发的波纹铝护套电缆缓冲层烧蚀故障引起了国内电力行业对平滑铝护套高压交联聚乙烯(XLPE)电缆的广泛关注,其弯曲性能是限制工程应用的技术难点。该文搭建平滑铝护套XLPE电缆的四点弯曲三维仿真模型,以内聚力模型模拟胶层的力学行为,研究有/无热熔胶粘接、缓冲层厚度、非金属外护套厚度及材料、电缆径向尺寸等对平滑铝护套复合结构弯曲性能的影响。结果表明,若铝护套不与外护套粘接,其抗弯曲变形能力差,易起皱并挤压内部绝缘;粘接后形成整体复合护套,其抗弯能力与总厚度有关,其中,铝护套厚度可根据短路容量要求确定,而由外护套补足抗弯强度所需总厚度,且外护套材料弹性模量不应低于800MPa;缓冲层厚度对铝护套弯曲性能影响较小,主要从吸收绝缘热膨胀角度进行设计。基于研究结论,试制了110kV平滑铝护套XLPE电缆并通过型式试验验证。

不锈钢包覆半固态铝合金挤压连接成形的研究

采用包套挤压成形方法,成功地实现了不锈钢与半固态铝合金的连接与成形。采用数值模拟与试验相结合的方法,研究了不锈钢包套的变形行为以及铝合金固相率、挤压比对材料复合后界面强度和组织性能的影响,采用光学显微镜对界面组织结构进行了观察分析。结果表明,在大挤压比的情况下不锈钢包套破裂发生在凹模出口处,界面剪切强度随挤压比的增大而提高,固相率为30%时达到最大值;铝合金固相组织与低熔点液相组织以一定比例交替与不锈钢表面接触,由于液相扩散能力大于固相成分,从而形成非均匀扩散的新型界面组织。

大直径电缆铝护套四通道连续包覆数值模拟和实验研究

采用有限单元法,基于SSLB500型双轮四槽立式连续包覆机,采用四根直径15mm的铝杆为坯料,运用四通道方式对178mm×4mm电缆铝护套的连续包覆成形过程进行有限元分析,分别得到了成形过程中变形金属速度场、温度场、应力场的分布规律;基于挤压速度和分流结构对模具结构进行了优化设计;进行了铝护套的连续包覆实验,铝护套外径尺寸波动小、壁厚均匀,圆度达到99%,同心度达到90%;对铝护套焊合区域进行了横向力学性能测试,抗拉强度、延伸率与母材一致,焊缝结合强度达到使用要求,表明模具结构设计和工艺参数选择合理;数值模拟结果与实验结果一致,证明有限元模型准确,可用于指导大管径电缆铝护套连续包覆生产。

体育器材用铝基复合材料的制备与性能研究

在工业纯铝中添加Si C增强体或Si C和B4C复合增强体,采用分段包套除气等工艺制备了体育器材用铝基复合材料,并进行显微组织、物相组成、力学性能和耐磨损性能的测试与对比分析。结果表明:复合添加Si C和B4C增强体较单一添加Si C增强体能使复合材料具有更佳的力学性能和耐磨损性,室温抗拉强度从446MPa增加至56 MPa,20、50、100℃磨损体积分别减小81%、80%和81%。

利用铝渣、拆解钢-聚乙烯护套废料制备聚合硫酸铁铝

以铝渣、拆解光缆钢-聚乙烯护套废料为原料,制备了聚合硫酸铁铝(PSFA),探讨了影响合成的因素,确定了最佳反应条件。

SSLB500型高压电缆铝护套立式双轴连续包覆机的研制

金属护套是交联聚乙烯绝缘高压电缆的重要组成部分,介绍了高压电缆铝护套现有生产工艺及设备的特点;基于四通道连续包覆工艺,开发了SSLB500型高压电缆铝护套立式双轴连续包覆机,检测了挤出铝护套的尺寸和性能,分析了生产数据。研制结果表明:基于数值模拟优化结果设计的工模具结构合理,铝护套成型圆度达到99%,厚度偏差在±5%之内,焊合区域结合强度达到78.8 MPa,延伸率达到33.3%,与非焊合区性能相同;设备长时间运行稳定可靠,主轴转速在6~7.5 r/min时,平均产量达到738 kg/h,平均能耗440 k Wh/t,溢料率小于7%。综合数据表明,所开发的四通道连续包覆工艺及设备具有产品质量好、生产效率高、运行成本低的优点,满足电缆制造企业提质增效的需求。

高压电缆缓冲层轴向沿面烧蚀故障机理分析

为了研究运行电压下电缆缓冲层轴向沿面烧蚀故障机理,建立了高压电缆轴向沿面烧蚀数学模型,根据110 kV交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆结构及实际尺寸,计算了电缆发生放电现象时电缆金属护套与绝缘外屏蔽的脱离距离,分析了高压电缆轴向沿面烧蚀的影响因素。结果表明:金属护套与电缆绝缘外屏蔽脱离是引起电缆缓冲层及绝缘屏蔽层烧蚀的主要原因。缓冲层电阻率对脱离距离影响显著,降低缓冲层电阻率可增加允许脱离距离,当电阻率达到105Ω·mm以下时,允许的脱离距离达1186 mm,不易发生轴向沿面放电。此外,允许纵向电压及缓冲层结构尺寸也是控制缓冲层缺陷的特征参数。

皱纹铝套变形对挤包绝缘直流电缆电场分布的影响

为研究高压直流电缆皱纹铝套受力变形对电缆绝缘结构造成的损伤,以及在运行过程中对电气性能的影响,针对500 kV直流电缆开展绝缘线芯热膨胀测试和皱纹铝套压扁试验,确定皱纹铝套变形在绝缘线芯表面造成的缺陷情况。建立有限元模型,分析绝缘场强分布随温差变化情况,以及皱纹铝套变形导致绝缘线芯表面缺陷后的场强分布情况。仿真结果表明:电缆在负载过程中绝缘场强随着绝缘温差的变化而变化,此外绝缘表面存在缺陷会进一步导致场强畸变,且畸变程度与外加电压和绝缘温差有关。