±525 kV直流海底电缆绝缘厚度设计与校核

本文以±525 kV柔性直流输电工程中的直流海底电缆为研究对象,开展了直流耐压试验、冲击耐压试验、梯度耐压试验,分析了绝缘材料的击穿场强、老化寿命指数、Bahder系数等关键参数,设计并计算了不同耐压条件下±525 kV直流电缆的绝缘厚度。基于直流电缆的电场分布和温度分布,对绝缘设计厚度进行校核。结果表明:直流电缆中电场分布的畸变程度主要由绝缘层温差决定,绝缘层温差主要由电缆导体通过的电流大小决定。综合考虑研究结果以及电缆长期安全可靠性,建议±525 kV直流电缆绝缘厚度设计按28 mm选取。

±535kV交联聚乙烯绝缘直流电缆设计与试验验证

±535 kV交联聚乙烯绝缘直流电缆具有较大的传输容量,为满足国网项目需求,展开±535 kV交联聚乙烯绝缘直流电缆结构设计及试验验证。通过计算载流量确定导体截面为3000 mm2;通过COMSOL仿真计算校核绝缘厚度,确定绝缘厚度为30 mm;对电缆进行电缆热变形试验,确定阻水缓冲层选用4层2.0 mm×100 mm的半导电缓冲阻水带,最终确定电缆整体结构。为验证电缆性能,参照GB/T 31489.1—2015,对电缆进行例行试验和全性能型式试验。试验结果显示,电缆弯曲试验、导体透水试验、负荷循环、直流耐压及叠加冲击等均全部通过,负荷循环过程中导体最高温度高于70℃,绝缘最大温差超过14℃。

±535 kV直流电缆绝缘厚度理论设计与验证

为确定张北柔性直流工程直流电缆的绝缘厚度,文中提出了一种直流电缆绝缘厚度设计方法;分析了寿命指数、击穿场强换算系数和Bahder系数3个关键因素对绝缘厚度的影响;通过建立方程组计算了±535kV直流电缆绝缘厚度;采用有限元仿真方法计算了不同电导率温度系数、电导率电场系数和绝缘温差下的电场分布和电场畸变率。研究表明,不同电导率温度系数、电导率电场系数和绝缘温差下,±535kV直流电缆绝缘电场畸变率均符合国家标准的要求,设计方法的合理性得到验证。研究结果为直流电缆绝缘厚度设计和验证提供了理论指导,为张北工程的建设提供技术支撑。

10 kV三芯交流电缆不同敷设情况下的直流化改造

交流线路的直流化改造可缓解城市部分线路供电压力过大的问题。为尽可能提高改造后电缆线路的功率传输能力,对改造后的运行参数即载流量和运行电压进行研究。文中以城市配电网常见的10 kV三芯交流电缆为例,对空气、直埋和排管3种敷设情况下的电缆进行直流化改造仿真研究。首先,依据温度场和电场仿真结果,得出3种敷设情况下电缆的直流载流量和合适的运行电压范围。然后,以仿真所得的载流量和运行电压为基础,分析电缆改造前后的最大传输功率。最后,对多回线路敷设时的温度场进行仿真。研究结果表明,3种敷设情况下,交流电缆直流化改造后,功率传输能力均有提升,且直埋敷设的提升效果最为明显。

垂直洋流下500 kV海缆电热耦合场和载流量研究

发展海上风电是实现“双碳”目标的重要举措。直流海缆是海上风电输电工程的重要装置,而海缆稳态载流量等研究对推动远海风电大规模开发具有重要意义。近年来高压直流海缆稳态载流量的相关研究考虑海洋环境因素较为单一且未充分考虑绝缘层温差的限制。文中建立了500 kV直流海缆与海水系统的电-热-流耦合模型,研究了单根和双极海缆在不同敷设方式下垂直洋流(垂直于海缆长度方向流动的洋流)流速,考虑绝缘层温差限制、双极不同间距等对载流量的影响。结果表明,相较于仅考虑线芯温度70℃限制,综合考虑绝缘层温差20℃限制的载流量更小,且相较于其他敷设方式,直埋敷设时绝缘层温差20℃限制对载流量的影响更小;双极海缆的载流量随双极间距增大而增加,流速为0.1 m/s时涡旋对海缆载流量有较小的提升作用;在绝缘层温差为6℃附近,电场发生翻转。研究结果可为敷设方式的选择以及载流量的预测和评估提供重要指导和参考。

±535kV混合式直流断路器分断条件下的电场分析

为研究混合式高压直流断路器分断条件下的各组件表面电场分布情况,建立了±535k V混合式高压直流断路器3维模型,并利用静电场分析软件Ansoft对断路器阀塔结构进行了电场仿真计算。仿真结果表明:当故障电流产生时,直流断路器关断,此时在阀塔屏蔽罩的倒角位置有最大电场1.8×10~6 V/m,小于空气的起晕场强3×10~6V/m。对于不同阀层布置的阀组件来说,随着阀层的增加,其表面最大电场分布表现为先降低后升高的趋势;避雷器MOV组件的电场分布表现为中间部位最高,约为2×10~5~5×10~5 V/m。断路器在分断时,阀塔各金具表面电场强度<2×10~6 V/m,满足绝缘设计要求。试验证明,该混合式直流断路器能够在过流关断条件下工作正常,且断路器各组件绝缘特性保持良好。

10 kV交流XLPE电缆改为直流运行的温度场和电场仿真分析

将交流电缆配电线路改造为直流运行后,准确设计电缆的运行参数能在最大程度上利用原有线路的供电能力。为此,以10 kV电压等级交流配电网中广泛使用的典型3芯交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆为例,根据所选电缆的结构和材料参数,使用有限元分析软件ANSYS建立了电缆温度场和电场耦合仿真模型,并在直流运行方式为双极式的条件下对电缆的温度场和电场进行了仿真。研究结果表明:对于所选典型电缆,为避免空间电荷效应的影响,其直流电压等级的取值范围为±10~±20 kV;当电缆在温度为40℃的空气环境中敷设而且导体的长期工作温度为70℃时,其载流量约为440 A;同时,其最大输送功率约为改造前的1.3~2.6倍。所得结论以及所用设计条件、步骤可为相关工程提供一定参考。

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。

中国首根±525 kV XLPE绝缘直流电缆的设计与试验验证

介绍了中国首根±525 kV交联聚乙烯绝缘直流电缆的研制与试验情况。采用阻水带作为填充材料设计了3 000 mm^2型线阻水铜导体,通过计算导体填充系数可达95.5%,纵向透水试验结果表明,该导体在2 MPa水压作用下10 d后的透水距离为7.2 m,在1 m水柱作用下经受10次热循环后的透水距离为0.9 m。该直流电缆选用铜丝绞合作为金属屏蔽层,在铜丝内同时植入两根光纤单元,满足光纤通信和在线测温的要求;铝塑复合带与聚乙烯护套构成综合防水层,电缆整体外径比同规格皱纹铝套结构减小10%。为了验证±525 kV直流电缆的电气性能,进行了交流525 kV下的耐压和局部放电试验,并送国家电线电缆质量监督检验中心参照CIGRE TB496—2012和GB/T 31489.1—2015进行全性能型式试验,如复合循环、直流耐压、叠加冲击等并全部通过,负荷循环试验过程中导体最高温度大于70℃、绝缘层最大温差大于30℃。

应用于张北四端柔直工程±535kV混合式直流断路器样机研制及试验研究

针对张北四端柔性直流输电工程要求,提出了±535kV混合式直流断路器拓扑结构和样机研制方案。利用PSCAD对直流断路器在分断时主支路、转移支路和耗能支路的强迫换流方式进行了仿真研究。仿真结果表明:主支路绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)在分断关合过程会承受3305 V/2200 A的电气应力最大值,转移支路IGBT在不含冗余条件下会承受3327 V的电压应力,直流断路器分断时间<3 ms。最后对±535kV混合式直流断路器的工程样机进行了研制与试验。试验结果表明,本次基于张北四端柔性直流工程的±535 kV直流断路器样机工作可靠,能满足不同电流工况下分断要求,并能够在2.84ms内分断25kA短路电流,满足工程上分断时间<3 ms的分断要求。试验结果与仿真结果一致性较好,能较好地满足工程需求。

±400kV高压直流电缆绝缘厚度设计与验证

本研究以±400 kV高压直流模型电缆为研究对象,开展了直流耐压试验和冲击耐压试验,获取模型电缆在最高运行温度下的直流击穿电压和冲击击穿电压,求解其在直流击穿电压和冲击击穿电压下的电场分布;基于平均场强法和最大场强法分别设计±400 kV高压直流电缆绝缘厚度,并计算了直流电压和冲击电压下绝缘层电场分布;通过对比±400 kV高压直流电缆和模型电缆的电场分布,最终得出了±400 kV直流电缆绝缘厚度。结果表明:采用平均场强法进行高压直流电缆绝缘厚度设计时,绝缘厚度取决于冲击电压;而采用最大场强法进行绝缘厚度设计时,绝缘厚度取决于直流电压。

法国6kV电缆禁直流耐压运行40年的调查报告

通过法国进口6kV PVC绝缘电缆连续运行40年的的案例,追踪调查了40年前这批电缆在成品入厂检验、敷设安装施工、质量验评、通电前等过程中关于绝缘试验的要求和做法,以及通电运行40年以来绝缘预防性试验的要求和做法。

35kV交联电缆敷设后直流耐压试验时泄漏电流偏大问题分析

直流耐压及泄漏电流试验是中压交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆敷设、安装完毕后,按照相应规范的要求进行一些试验项目,其目的是为了考核电缆施工质量。然而,在进行该项试验时,如果电缆端部处理方式不当,往往会对试验结果产生影响。

35kV交流XLPE电缆两端线路改为三极式直流运行的参数设计

直流输电与交流输电相比具有供电容量大、线路损耗小、无须无功补偿且能充分发挥分布式能源的价值等诸多优点。同时，随着柔性直流输电技术的发展及环境保护的迫切要求，将交流线路改造成直流线路逐渐获得广泛关注。

110kV智能变电站直流电源系统配置优化研究

针对如何合理选择110kV智能变电站直流电源系统设备的问题,提出对实际直流负荷进行分类统计,并根据计算结果合理选择相应设备参数的方案。通过对通用设计方案中直流负荷进行分类统计和计算,得出蓄电池组、UPS电源、高频充电模块等主要设备的额定容量和额定电流值。详细分析了直流馈线屏馈线电缆截面积和馈线开关的选择原则,并计算得出合理参数值,为其它同等规模变电站的建设提供参考。

35kV三芯电缆终端头多次接地着火事故原因浅析

简要介绍了35 kV三芯电缆终端头两次接地事故,通过对弧光接地、树枝劣化、电缆头制作工艺及直流耐压试验成因分析,确定了故障原因,为减少和避免此类故障的发生,提高供电可靠性具有重要的意义。电缆是输送电能必不可少的电气材料,电缆事故的发生,尤其是在企业中,不仅会中断正常生产,而且可能引起一系列的恶性联锁事故,甚至是安全事故。针对我公司2014年几次35 kV热缩电缆终端头事故进行原因分析,规范了我公司电缆终端头制作方法,并对我公司35 kV系统准备加装消弧柜,以防止弧光接地的发生。

浅析6kV电缆绝缘下降的原因

本文结合华能东方电厂几起 6kV 交联聚氯乙烯电缆绝缘电阻不合格的事例,从电缆的生产、施工和维护等方面详细分析了造成 绝缘电阻下降的原因,介绍了电缆绝缘电阻的检测手段。对电力电缆的日常维护、检查、预防性试验等工作有良好的指导作用。

电缆芯线外伤造成直流绝缘降低故障处理

1故障现象 某日，我处某110kV变电站1号直流屏发出报警信号。检查直流屏各支路绝缘电阻，Ⅱ段母线负控母绝缘电阻降至30～50kΩ，而正常时绝缘电阻为999．9kΩ。当时该变电站有两组工作人员在现场工作，试验人员在6kV室检查11次滤波支路盘的电压电流相位，变电检修人员正在用自来水管对1台变压器进行清洗。

混合式高压直流断路器空间电场分布

为提高高压直流断路器阀塔绝缘设计可靠性,针对自主设计的±535 k V混合式高压直流断路器阀塔,采用CREO和ANSYS混合建模技术,搭建直流断路器阀塔的3维模型,并进行静电场求解。对该模型添加阀端间直流耐压试验电压,求解得到组件和屏蔽系统的电场;添加阀支架直流耐压试验电压,求解得到阀支架的电场;在电场最大区域添加考察线,考察场强最大值周围空间电场分布规律。求解得到：±535 k V混合式高压直流断路器的最大场强为2.748 k V/mm,位于底层直屏蔽罩的倒角位置;离电极表面20 mm,场强减小至1.4 k V/mm;离电极表面40 mm,场强减小至1 k V/mm;离电极表面100 mm,场强减小至0.5 k V/mm以下。结果表明：±535 k V断路器的整体电场满足电场控制要求值,电极周围空气间隙中场强快速衰减。研究结果为±535 k V混合式高压直流断路器绝缘结构设计提供了可靠支撑,具有重要的借鉴价值。

轨道交通牵引直流系统

城市轨道交通牵引直流系统是轨道交通供电系统的主体，对确保轨道交通供电系统的安全、可靠地运行，具有举足轻重的作用。在轨道交通牵引变电站内，将城市电网或主变电站提供的35kV高压交流电降压至1180～1250V，再整流变成1500V（三轨）直流电，通过直流电缆输送到接触网上供电动列车使用。