基于ART2A-E的交叉互联XLPE电缆绝缘在线诊断技术研究

研究110 kV及以上电压等级的XLPE电缆绝缘的在线监测与诊断技术,确保电缆的安全可靠运行具有重要意义。笔者根据屏蔽层交叉互联接地XLPE电缆在线监测的特点,提出了基于ART2A-E(Adaptive Resonance Theory)神经网络的交叉互联电缆绝缘在线诊断方法。首先,通过分析电缆绝缘老化的特点以及电缆加速老化的实验结果,建立交叉互联XLPE电缆的仿真模型。然后,计算首末端A、B、C三相接地线电流与电缆初始安装时的接地线电流幅值和相位的相对劣化度得到12个特征量,并以此特征量作为ART2A-E的输入样本进行模式识别。仿真实验结果表明,ART2A-E神经网络可以识别发生在交叉互联中的任意一段电缆的绝缘故障,为交叉互联电缆的绝缘在线诊断开辟了新的途径。

XLPE电缆交叉互联系统中高频局放检测位置对幅值特征的影响

针对高压电缆交叉互联系统中高频局放检测位置影响检测结果的问题,设计并搭建了采用典型截面的百米级110 kV交联聚乙烯电缆线路的交叉互联系统局放检测试验平台;采用高频电流传感器对交叉互联箱的接地线、同轴电缆、换位排和接头接地引出线等4个不同检测点的局放信号进行检测,分析局放信号幅值的变化规律。研究结果显示:检测位置的不同会导致测得的局放信号幅值特征相差较大,通过选取合适的检测位置,结合局放信号幅值比较及局放谱图分析,可以有效实现局放源的识别与判定。在现场实测时,建议HFCT的最优安装位置为中间接头接地引出线和交叉互联箱换位排处,同时换位排处应采用电容臂进行短接。

交流500 kV XLPE海缆绝缘材料在电-热联合应力下的工频击穿特性与寿命模型

为深入掌握交流500 kV交联聚乙烯(XLPE)海缆绝缘材料在电-热应力下的工频击穿特性并建立电-热联合寿命模型,本研究首先对500 kV海缆主绝缘进行25、40、55、70℃步进应力下的电-热联合绝缘击穿试验,对电气强度和耐压时间进行Weibull统计分析,获得不同温度下等效电气强度和等效耐压时间的变化规律。然后,通过多元线性回归建立FALLOU、SIMONI和CRINE模型并进行误差分析。最后,研究构建适用于该交流500 kV XLPE材料的E-T耦合参数模型。结果表明:在相同温度下,随着每级电压持续时间的增加,等效电气强度逐渐降低;在每级电压持续时间相同时,随着温度的升高,等效电气强度和电压持续时间均呈现先上升后下降的趋势。对电-热联合老化模型的分析表明,3种模型拟合误差较大,拟合优度不满足精度要求。本研究通过利用逐步回归计算电-热变量与寿命的显著性与相关性,获得改进的电-热联合老化寿命模型,误差分析显示改进模型具有较好的拟合精度。

直埋XLPE电缆在不同敷设条件下的温升与载流量仿真

土壤直埋因具有施工周期短、散热性能好等优点而被广泛应用于电力电缆的敷设。埋设过程中各种敷设条件对电缆的温升和载流量都有着重要影响,文中采用Comsol有限元仿真软件,以110 kV交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电力电缆为研究对象,在直埋敷设的基础上考虑回填沙土、加盖混凝土保护板、装设套管等多种因素,建立包含电磁场、热场和流体场的耦合模型,分析这3种敷设条件对电缆温度场变化及载流量的影响。仿真结果表明:回填沙土会提升电缆载流量,随着回填沙土厚度的增加电缆载流量提升速度变缓;加盖混凝土保护板对载流量的影响较小,与不加盖时相比载流量提升幅度在0.5%以下;在排管内填充高导热材料会提升电缆载流量,相比于无填充情况,三相均填充高导热材料与中间相填充高导热材料、其他两相填充低导热材料时载流量的提升幅度均高于50%;在考虑上述因素同时存在情况下,有利于电缆载流量的提升。

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。

交叉互联接线的交联聚乙烯(XLPE)电力电缆绝缘在线监测理论分析

介绍了交叉互联接线的交联聚乙烯(XLPE)电缆运行方式和进行绝缘监测的诊断原理。根据同频率下相量的可结合运算特性,将各交叉节点监测到的电流数据转化为相量值,依据电路连接方式和关系进行运算,直观地得到各段线路的泄漏电流,从而可以判断交叉互联电缆各段的绝缘状况。对交叉互联接线的XLPE电力电缆的一个标准单元展开分析,通过分析交叉互联电缆安装运行情况,计算出其等值电路,并分析监测各处电流相量合成情况;说明利用相量运算分析方法的理论依据,再利用Matlab进行仿真实验计算,证实了该方法的实用性及可靠性。

XLPE电缆交叉互联接线时的绝缘在线监测

XLPE电力电缆的交叉互联接线方式具有屏蔽层接地回路环流小、经济安全等优点,但因无法直接测得各段流经主绝缘的电流值的特征量而给绝缘在线监测带来了困难。为了研究电缆在交叉互联接线时的绝缘在线监测方法,介绍了电缆主绝缘各项参数的等值计算方法,并且对交叉互联接线的XLPE电力电缆的一个标准单元展开了分析,通过分析和计算其等值电路,说明了利用向量运算分析方法的理论依据,以及定量的分析了各处监测点的电流值。利用Matlab仿真可以检测到各处电流值和母线电压的向量值,计算出流过主绝缘电流向量值,然后计算出等值阻抗值、等值容抗值和介质损耗角正切值等绝缘参数,从而可以判断交叉互联电缆各段的绝缘状况。不同绝缘故障下电缆的仿真分析结果表明:无论是单相绝缘故障还是多项同时出现绝缘问题,向量运算分析方法均能准确判断各段的绝缘状况。采用此向量运算方法来判断各段电缆的绝缘状况可靠且可行,为绝缘在线监测提供了一种新方法。

110 kV XLPE电缆金属护套交叉互联接地探讨

结合110 kV XLPE电力电缆金属护套交叉互联接地工程的典型故障案例,用矢量法分析讨论了不同的交叉互联接地方式下,电缆金属护套中的感应电势和环流幅值变化,提出并实施科学的同轴电缆接线方式,快捷有效地降低感应电势和环流幅值。

高压电缆交联聚乙烯绝缘料黏度参数对挤出特性影响的仿真研究

高压电缆交联聚乙烯(XLPE)绝缘料及其挤出成型技术是我国高压电缆生产的关键问题。绝缘料的黏度参数会影响其在单螺杆挤出机内包括挤出口流率和流道内熔体最高温度等的挤出特性,进而决定了高压电缆绝缘的成型质量和绝缘性能。该文通过仿真模拟的方法研究了高压电缆交联聚乙烯绝缘料的黏度参数对挤出特性的影响,提出利用绝缘料挤出最高温度-挤出口流率曲线反映不同黏度参数下的挤出特性变化规律。结果表明,最高温度随着挤出口流率增大而升高,零切黏度和松弛时间对最高温度-挤出口流率曲线的斜率影响最大,幂律指数次之,温度系数影响最小。其中,零切黏度和幂律指数与挤出口流率和最高温度的关系均为正相关,且零切黏度增大到一定值后挤出口流率不再明显增大而最高温度持续提升;松弛时间和温度系数与挤出口流率和最高温度的关系均为负相关,且温度系数较小挤出特性较好。最终,根据实际电缆绝缘料挤出生产需求,提出了绝缘料黏度参数的适宜范围。该文可为国产高压电缆交联聚乙烯绝缘料的研发和挤出成型技术的提升提供重要数据支撑与理论依据。

基于向量运算法的交叉互联XLPE电缆在线监测系统设计

介绍交叉互联XLPE电缆向量运算法的基本原理,针对交叉互联连接方式下难以直接测得流经电缆主绝缘电流的问题,设计基于向量运算法的交叉互联连接方式下的XLPE电缆绝缘在线监测系统。该系统由电流信号采集单元、电流信号传输单元和远程综合信息管理单元组成,采用GPRS无线方式进行数据传输。根据监测系统在Matlab/simulink平台中搭建相应的仿真模型,验证系统的有效性。

XLPE电力电缆综合绝缘诊断策略研究

长久以来,有关交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘现场试验或诊断被清晰的分为离线和在线两类,绝缘监测目标也往往以针对电缆本体或针对电缆附件区别对待。本文第一次提出针对电缆整体,在电缆整个运行期的综合绝缘监视方法,同时提出以在线监测为主,离线绝缘诊断为辅的综合绝缘评价策略,论证了推行这种策略的必要性。

退役高压XLPE电缆绝缘空间电荷行为研究

文中对两回110 kV退役高压交联电缆进行180 a预鉴定试验,目的在于研究不同运行年限的退役高压交联电缆老化前后的空间电荷行为差异,并评估电缆重新投入实际运行的可靠性。通过电声脉冲(PEA)法测量试验前后绝缘层交联聚乙烯(XLPE)试样的空间电荷分布,结合傅里叶红外光谱(FTIR)实验、X射线衍射(XRD)实验揭示试样的微观结构、聚集态结构状态变化与空间电荷的迁移、积聚和消散过程的潜在关系。实验结果表明:实际运行16 a的电缆绝缘由于存在大量杂质使得空间电荷的积聚严重,老化试验后,杂质的减少和淬火反应使得空间电荷的积聚降低且消散过程加快;实际运行32 a的电缆绝缘空间电荷的积聚和消散过程缓和,老化试验后,由于绝缘降解作用和晶态结构的破坏使得空间电荷的积聚加剧且消散过程变得缓慢。

高压XLPE电缆缓冲带动态导电特性与机理

高压交联聚乙烯(XLPE)电缆缓冲层烧蚀是近年来受到广泛关注的电缆故障类型。缓冲层烧蚀通常在受到挤压以及吸收水分的情况下发生,因此研究压强和吸水对于缓冲层烧蚀的影响机理具有重要意义。文中针对干燥和吸水的阻水缓冲带(简称缓冲带)在不同压强下开展模拟实验,以获得缓冲带电流密度、电压以及交流体积电阻率在烧蚀过程中的动态变化规律。同时,采用扫描电子显微镜,获得缓冲带试样的微观形貌特征。结果表明:在烧蚀过程中,干燥缓冲带试样的交流体积电阻率随时间逐渐升高,并出现短暂的电流激增和电压骤降的现象;吸水缓冲带试样的交流体积电阻率会出现随时间逐渐降低的过程,并且吸水后缓冲带试样的交流体积电阻率相比干燥时有所下降;当压强从1.09 kPa增加至5.45 kPa时,干燥与吸水缓冲带试样的交流体积电阻率均逐渐降低。结合缓冲带烧蚀模拟实验结果以及微观形貌特征可得出压强和吸水对缓冲带动态导电特性的影响机理。

XLPE电缆绝缘仿真判据探讨

为获得交联聚乙烯绝缘电缆(简称XLPE电缆)绝缘击穿的判据,对10kV XLPE电缆单相和三相接地不平衡电流建立绝缘仿真模型,用Matlab软件对单相、三相的整体、局部绝缘故障进行仿真计算,得出接地不平衡电流i与绝缘层电阻、电容、介质损耗因数之间的关系。仿真结果:绝缘层电容、介质损耗因数的变化对i的影响较明显;三相整体老化时i的变化极小,三相局部绝缘故障时i的变化较明显;单相局部绝缘故障的i值随故障严重程度变化,三相局部绝缘故障时电缆首尾两端接地不平衡电流之比随故障点位置变化。对仿真结果进行分析并得出结论:通过监测接地不平衡电流可以判断电缆绝缘状况和确定故障点位置,绝缘判据与电缆长度、电压、负载和电缆劣化前参数有关。

铝护套结构对XLPE电缆绝缘屏蔽层悬浮电位影响

近年来,高压交联聚乙烯(XLPE)电缆缓冲层烧蚀缺陷频繁发生,对电缆安全运行造成严重影响,研究如何降低缓冲层缺陷造成的影响迫在眉睫,文中通过改进铝护套结构以降低缓冲层烧蚀缺陷的严重程度。首先,理论分析形成缓冲层烧蚀缺陷的原因;然后,建立缓冲层分压模型;最后,以某缺陷电缆为仿真对象,计算在含有缓冲层白斑缺陷时,分别降低铝护套最小内径以及铝护套波谷处曲率后的绝缘屏蔽层悬浮电位以及缓冲层电场强度值变化。以文中缺陷电缆为例,由仿真定量分析得出,当铝护套最小内径减小后,绝缘屏蔽层悬浮电位下降30%,缓冲层间电场强度值下降30.9%;当铝护套波谷处曲率降低后,绝缘屏蔽层悬浮电位下降13.7%,缓冲层间电场强度值下降13.3%。当出现缓冲层白斑后,铝护套最小内径和铝护套波谷处曲率的减小可降低绝缘屏蔽层悬浮电位以及缓冲层间电场强度值,从而抑制缓冲层间局部放电的发生,降低缓冲层缺陷造成的影响。

直流XLPE电缆绝缘中空间电荷的抑制方法综述

交联聚乙烯(XLPE)因其优异的介电、理化性能而被广泛应用于电缆绝缘领域。在电缆的服役过程中,电缆绝缘内部会积聚空间电荷,严重时可引发电场畸变,导致电缆击穿事故发生。对于直流XLPE电缆,空间电荷的积聚及影响更加不容忽视。针对直流XLPE电缆绝缘中产生的空间电荷积聚效应,目前学界主要采用共混改性、聚合物链段接枝极性基团、纳米掺杂改性及制备高纯净绝缘料等方法来进行控制,改性后的直流XLPE电缆绝缘对空间电荷产生的抑制效果均有所提升。文中首先对上述直流XLPE电缆绝缘中空间电荷的抑制方法进行综述,介绍其抑制原理以及相应的抑制效果,然后对比总结不同抑制空间电荷方法的优缺点,最后对未来直流XLPE电缆绝缘中空间电荷抑制方法的研究发展作出展望。

220kV大截面XLPE电缆绝缘局部放电在线监测研究

为了提高220kV大截面XLPE电缆在电力系统中的安全性,提出220kV大截面XLPE电缆绝缘局部放电在线监测方法。通过建立4种电缆绝缘缺陷模型,提取不同缺陷模型的局部放电信号,根据提取结果制定具有去噪效果的监测方案,采用GPRS网络传输监测数据,并利用小波变换原理,对监测信号进行降噪、去噪处理,实现对电缆局部放电的在线监测。实验结果表明,面对4种局部放电问题的在线监测方法,对照组的4种局部放电监测均与实验组存在约50pC的差异,实验组测试结果更加接近实际的放电量监测结果,其性能优于传统监测方法。

电热联合老化对XLPE电缆绝缘特性的影响

为了探究达到设计寿命的高压交联电缆继续运行的可靠性,文中对一回实际运行32 a的110 kV高压交联聚乙烯(XLPE)电缆采用预鉴定试验方法,进行为期180 d的电热循环加速老化试验。通过综合分析比较试验过程中电缆绝缘内、中和外层的电场强度和温度场变化的差异,并将各绝缘层试验条件转化为导体芯表面得到相应的等效试验条件,发现电缆绝缘中层和外层的等效试验条件接近电缆的实际运行情况。通过相关理化实验分析比较试验前后电缆绝缘各层的微观和聚集态状况。结果发现:绝缘内层在严苛的试验条件下热氧化降解占主导;绝缘中层虽然发生一定的氧化降解,但晶体结构仍有所改善;绝缘外层的结晶形态在温度效应的热刺激下趋于完善。因此,可以评估该退役电缆的其余部分在实际运行条件下仍具有长期服役的潜能。

应用磁场分布特征提取的35 kV XLPE电缆劣化评估

35 kV交联聚乙烯电缆在配电网中得到了广泛应用,但在运行中热、机械、电等因素会引发电缆绝缘劣化。为提高电力电缆状态评估的可靠性,本文提出了一种基于磁场分布特征分析的电缆绝缘劣化评估方法。基于搭建的35 kV单芯交联聚乙烯电缆仿真计算模型,分析了主绝缘气隙和半导电层凸起缺陷时电缆磁场分布特征,建立了缺陷类型、大小、位置和劣化程度与磁场强度和磁场畸变特征的关系,利用磁场畸变特征检测电缆故障,提升了电缆故障检测的有效性和准确性。