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。

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。

融合连续过渡模型与Helmer模型的真空断路器开断模型研究

真空断路器广泛应用于中压等级电网中,在频繁操作场景下易出现过电压问题,而真空断路器的弧后暂态过程直接决定了其分断特性和过电压特征。为解决现有真空断路器模型难以同时对其弧后过程和高频特性仿真的问题,该文搭建了融合连续过渡模型和Helmer模型的真空断路器开断模型,并通过试验和计算确定其仿真参数。以切除35kV系统用并联电抗器为例,研究该真空断路器融合模型与连续过渡模型和Helmer模型计算结果的差异。结果表明,融合模型能够同时考虑弧后介质恢复过程中重击穿和冷间隙重击穿现象;其弧后参数计算与连续过渡模型基本一致,高频开断特性和Helmer模型较为接近。通过分析高频开断过程中的鞘层生长和重击穿情况,可以得到引起真空断路器高频重击穿的主要原因。该文仿真结果验证了所提出的真空断路器开断模型的准确性,可为真空断路器高频分断条件下的弧后鞘层发展分析和重击穿原因判断提供参考。

环锭纺棉/涤短纤皮芯纱的皮芯层捻度分布

为发挥两组分短纤维复合结构纱的性能优势,开发了一种基于环锭细纱机的新型短纤皮芯纱纺制方法。该方法的核心在于采用同轴异径前罗拉替换传统前罗拉,从而实现在环锭细纱机上一步法纺制短纤皮芯纱。通过理论分析根据纺纱三角区几何形状,计算出皮芯纱的皮层捻度。同时,通过长丝模拟示踪法和图像技术,测量了皮芯纱的皮层和芯层捻度,并分别构建了皮层和芯层捻度与设定捻度的关系模型。此外,还研究了皮芯比例和捻度对纱线性能的影响。结果表明:芯层捻度与细纱机设定捻度呈线性正相关;皮层捻度与设定捻度呈二次函数关系,同时皮层捻度的改变会影响纱线紧密度;在相同捻度下,棉/涤短纤皮芯纱的强伸性优于纯棉环锭纱,且皮芯纱的断裂强度和断裂伸长率随着捻度和芯纤维占比的增加而增加;增加捻度和芯纤维占比有利于皮芯纱条干的改善;皮芯纱的有害毛羽随着捻度的增加而减少。

石化企业35kV单芯电缆带电后屏蔽层数据在线全周期管理

因单芯电缆外径较小、质量较轻,电缆制造长度可以不受电缆盘与重力限制,其在石化企业的使用率越来越高。在单芯长度增加的同时,石化企业因护套层绝缘受损引发屏蔽层环流过大而造成的电缆事故时有发生,尤其对于连续生产的石化企业而言,电缆故障给企业带来了巨大的财产损失。因此,单芯电缆投运后对其屏蔽层运行状况进行全周期监测极为重要,通过分析某石化企业单芯电缆事故案例,从中找到发生事故的根本原因,进而探究35kV单芯电缆带电后屏蔽层数据在线全周期监测管理方法。

多层护套电机转子的过盈量分析及装配工艺

针对高速储能飞轮电机转子的设计与优化问题,提出了一种多层护套结构,以提高电机转子在高转速下的稳定性和安全性。首先,根据电机转子的工作条件和性能要求,选择了合适的材料并设计了电机转子的主要结构尺寸。接着,制定了过盈量设计的准则和方法,确保了电机转子各部件之间在静态和动态条件下均能保持足够的接触压强,避免了高速旋转过程中的剥离现象。通过有限元仿真分析,验证了所设计的过盈量能够满足材料的强度要求,确保了结构的完整性和可靠性。此外,还制定了一套详细的电机转子装配工艺流程,并通过热变形和应力分布的仿真分析,验证了各装配工序的可行性。特别是在轴装配的最后阶段,通过优化过盈量,简化了工艺难度,提高了装配效率和质量。研究成果为高速储能飞轮电机转子的设计和制造提供了重要的理论支持和实践指导,对提升电机的整体性能和可靠性具有重要意义。

中深层地热井开采对套管与水泥环性能影响的研究

地热井开采过程中井筒热流体造成的瞬时高温条件下,对套管的力学性能有较大的影响。本文基于套管-水泥环-地层岩石稳态热传导数学模型计算井筒温压场,建立中深层地热开采放热与套管相互作用力学评价的数学模型,并对地热开采放热对套损的影响进行有限元计算和试验模拟,得到以下结论:在地热开采井筒放热作用下,使套管产生了较大的椭圆度,削弱了套管的抗挤强度。当内压达到90 MPa、套管内温度为30℃时,在地层径向压力不等的情况下,内壁面应力分布极不均匀,应力最大差值为560 MPa,应力沿周向分层分布,受到地层径向压力大的一侧出现大范围的应力集中区域。随着温度的升高,套管的位移云图变化不大,最大位移值略有增加。当温度达到120℃后,套管处于较为恶劣的热力环境,热应力的变大导致套管塑性变形严重,同时内压增大到120 MPa时,套管内壁整体呈高应力状态,更易导致壁面出现塑性破坏。研究成果对研究地热开采放热对套损的影响规律,对评估套管的受力环境、水泥环强度、水泥环微间隙宽度等参数提供指导意义。

高压电缆附件局部放电超高频检测与分析

为保障XLPE电力系统安全运行,开展高压系统附件局部放电(PD)检测研究,建立了110kV交联聚乙烯电缆接头的数学物理模型并利用时域有限差分法对其内部产生的PD超高频(UHF)电磁波的传播特性进行数值仿真。研究检测位置和金属护套以及半导电层等4种因素对UHF信号波形畸变和能量衰减的影响,并通过实验室电缆接头PD实测验证的仿真结果表明:金属护套和半导电层对UHF信号波头和频率有较大的衰减作用,在-20dB衰减条件下,UHF传感器距离接头的理论值应<3m,且上限频率≤500MHz。

高压XLPE绝缘电力电缆护层烧蚀机理分析

文中针对某110 kV电缆护层烧蚀故障案例进行了分析,在综合考虑烧蚀点形貌、电缆结构及其运行环境后,提出了缓冲层与皱纹铝护套之间存在不良接触、金属护层上存在感应电压是造成电缆护层烧蚀的主要原因。在此基础上,建立了110 kV电缆电场仿真模型,设计了皱纹铝护套模型试样并开展了烧蚀模拟实验,分别验证了上述两种原因的合理性。为探究皱纹铝护层起始放电条件,明确放电规律,对模型试样在不同间隙下的起始放电电压进行了测试,测试结果进一步论证了上述烧蚀机理。文中工作能够为电缆设计及电缆故障分析提供有效指导。

套管偏心对水平井顶替效果的影响

水平井套管偏心引起的钻井液局部滞留制约了水平井固井质量的提高和水平井优势的发挥,为了准确地描述水平井环空钻井液滞留的规律以及范围,考虑水平井套管偏心条件下水泥浆与钻井液密度差引起的驱动力对顶替界面扩展的影响,根据顶替界面达到稳定的平衡条件建立了水平井偏心环空套管和井壁处的钻井液滞留层边界位置计算模型,分析了套管偏心对水平井顶替效果的影响。研究得出：套管上偏心时随着偏心度的增加,顶替效率降低,环空水泥环的厚度分布不均程度增大;套管下偏心时顶替效率随着偏心度的增加而提高,环空水泥环的厚度先是趋于均匀而后逐渐变为非均匀;水平井套管下偏心偏心度控制为0.1~0.2能够获得较好的固井质量,应严格控制套管上偏心以防止整体钻井液窜槽和水泥环厚度分布不均现象的出现。

腹腔镜辅助下经肛门逐层梯度切除直肠肌鞘改良Soave术治疗小儿先天性巨结肠的效果

目的探讨腹腔镜辅助下经肛门逐层梯度切除直肠肌鞘改良Soave术的疗效。方法选取2015年5月~2019年8月我院收治的100例先天性巨结肠患儿为研究对象,按照随机数字表法分为两组,各50例。观察组实施腹腔镜辅助下经肛门逐层梯度切除直肠肌鞘改良Soave术,对照组实施传统肛门改良Soave术。比较两组结肠切除长度、手术切口长度、手术相关指标(手术时间、术中出血量、肛门排气时间及术后住院时间)、并发症及术后1 d、1周及1个月疼痛情况。结果观察组结肠切除长度和手术切口长度均短于对照组,观察组手术时间短于对照组,术中出血量少于对照组,肛门排气时间早于对照组,术后住院时间短于对照组,观察组并发症总发生率低于对照组,观察组术后1 d、1周及1个月的疼痛评分均低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论针对小儿先天性巨结肠,实施腹腔镜辅助下经肛门逐层梯度切除直肠肌鞘改良Soave术,手术创伤小,术后恢复快,并发症少,患儿术后疼痛程度低。

温度与压力作用下页岩气井环空带压力学分析

为解决页岩气井环空带压的问题,进行了压裂及生产过程中温度和压力变化对页岩气井环空带压影响的力学分析。以弹性力学为基础,建立了页岩气井直井段双层套管系统的力学模型,基于界面上应力相等及位移连续条件,推导了各界面的径向应力计算方程,并讨论了套管内压、温度、地应力等因素对水泥环封隔能力的影响规律。研究结果表明:温度升高、内压及地应力增大、水泥环弹性模量增大均有利于提高水泥环的封隔能力,减小套管壁厚有利于增加界面的径向应力;随着井深的增加,界面径向应力变大,水泥环封隔能力增强,提高直井段下部水泥环的封隔能力是降低井口环空带压风险的关键;第一界面和第二界面是固井失效的危险点,提高第一、第二界面的固井质量,有利于降低形成环空带压的风险。

L、S频段电磁波在等离子体中衰减实验研究

利用低气压辉光放电原理在地面产生大面积、长时间稳定持续的可控等离子体,在此基础上进行了L、S频段的电波传播衰减实验,在实验室环境下持续再现了"黑障"现象,并获得了1.57GHz和2.49GHz电磁波衰减量随等离子电子密度变化的规律。将实验数据与经典传播理论以及薄层理论的预期值对比,结果表明:电波的衰减趋势与经典理论预期基本相符,验证了本文所提出的新实验方法的有效性;在等离子厚度约为波长的1倍与1.5倍条件下,未观测到明显的薄层效应。

斜拉桥斜拉索防腐保护问题分析与建议

斜拉桥斜拉索的腐蚀破坏将直接影响桥梁结构的安全与使用寿命,国内、外已出现大量由于斜拉索破坏而进行换索的典型案例。目前斜拉桥斜拉索的常用防护形式为高密度聚乙烯(HDPE)护套,该类护套易发生开裂和老化而导致斜拉索锈蚀。为了研究斜拉索的防腐保护问题,对HDPE护套防护破坏的因素:索体交变应力、HDPE原材料特性、自然环境、施工作业方式和斜拉索的不均匀截面形状等进行分析,在此基础上提出采用长纤维增强护套结构以及在斜拉索护套与斜拉索之间设置粘弹性隔离层的防护建议。

斜拉索HDPE防护套的损伤机理及预防对策研究

阳光照射在常规斜拉索HDPE护套上形成温度梯度,在截面上护套形成不均匀变形,除两锚固端外,通常无缝的护套结构形式导致其不可避免的产生环向及纵向裂纹。对常见的斜拉索防护套破损机理以及典型的斜拉索防护层结构进行了理论分析,提出了增加刚性过渡层的防护套构造措施。增设遮阳系统,可降低HDPE管的应力幅值,有效地延长斜拉索防护套的使用寿命,节约养护维修成本。

土酸酸化对水泥环的影响

本文论述了水泥环酸溶蚀的影响因素和不同溶蚀状态下的试验结果,提出了提高固井质量、保护水泥环的措施,以适应表外层开发需要。

高压XLPE绝缘电力电缆缓冲层与金属护层结构设计仿真计算与优化

针对近年来电力系统运行的XLPE绝缘高压电缆因缓冲层发生的故障与隐患增多,就缓冲层、金属护层对电缆的作用,通过测量缓冲层等材料的相关参数,运用有限元(Ansys)软件仿真计算了高压电缆的电场分布,分析了不同优化条件下缓冲层结构的影响,提出了高压电缆缓冲层与金属护层结构设计优化建议。

波纹护套高压XLPE电缆缓冲层空气间隙电场分布

近年来高压电缆缓冲层故障频发,可能由波纹护套与缓冲层空气间隙局部电场畸变引起,现有电场仿真研究缺乏对波纹护套压纹深度、节距以及缓冲层阻抗的考虑。文中基于麦克斯韦方程建立了考虑电缆波纹金属护套实际几何结构的数值仿真模型和平滑金属护套电缆的电路计算模型,定量分析了110 kV电缆缓冲层材料电导率和介电常数以及波纹金属护套几何结构对空气间隙电势与电场分布的影响。研究表明,当缓冲层材料电导率在10^(-6)~10^(-9)S/m时,空气间隙电势主要受缓冲层材料电导率的影响;当缓冲层材料电导率小于10^(-9)S/m时,空气间隙电势主要受材料介电常数的影响;当缓冲层材料电导率大于10^(-6)S/m时,空气间隙电势接近于0。波纹金属护套的存在会使空气间隙电势分布呈现与波纹相似的形状,电场集中在接触点附近,仿真所得疑似放电区域与故障现场实际烧蚀痕迹相吻合;缓冲层外表面电势受波纹护套影响较大,越靠近接触点电势越小,缓冲层内表面电势基本未受波纹护套结构的影响;金属波纹护套节距越小、压纹深度越大,空气间隙电场越大。

厦门柔直工程±320kV直流电缆绝缘及外护层结构选型与论证

为了验证厦门柔直工程±320 kV直流电缆绝缘结构和外护层设计选型是否合理,对选用的直流电缆绝缘料进行了30、50、70℃下的高场电导特性和室温、70℃下的负极性直流击穿电场强度测试,并利用有限元多场耦合软件分析±320 kV直流电缆在绝缘厚度为26.0 mm时的电场及热场分布情况,最后参照GB/T 18380.35—2008中C类成束燃烧试验方法验证电缆外护层的阻燃特性是否满足工程要求。结果表明,选用的直流电缆绝缘料电导电流在同一电场强度作用下随着温度的升高而逐渐增大,在测试温度下材料的电老化阈值大于允许工作电场强度20 MV/m,室温和70℃下负极性直流击穿电场强度的Weibull分布结果分别为223.38 MV/m和162.81 MV/m。在空载和工程的额定负载下的有限元仿真结果表明,±320 kV直流电缆绝缘层中的最大电场强度均小于绝缘材料的允许工作电场强度,外护套形式为中密度PE+阻燃PE的双层护套电缆与单层阻燃护套电缆的C类成束燃烧试验炭化高度分别为1.4 m和0.8 m。因此±320 kV直流电缆绝缘和外护层结构的选型满足厦门柔直工程要求。

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。