基于双极性载流子输运模型的高压直流电缆附件绝缘EPDM/LDPE界面电荷的数值模拟

高压直流塑料电缆是直流输电系统的关键装备,作为其重要连接环节的直流电缆附件由于介质的不连续性,容易产生界面电荷积聚,威胁电缆输电系统安全。为此,通过设置界面特性相关的表面态、界面势垒和载流子迁移率等参数,利用双极性载流子输运模型仿真研究了不同界面条件下空间电荷在乙丙橡胶（EPDM）/低密度聚乙烯（LDPE）双层介质中的注入和输运特性,并分析了界面电荷累积对复合绝缘系统电场分布的影响。仿真与实验结果证明材料表层的深陷阱能级、较高的界面势垒以及两种介质间较大的载流子迁移率差异均能造成界面电荷密度的增大,同时界面电荷积累也使电场分布畸变更加严重。因此可以从改善材料表面态分布,降低界面势垒和提高载流子迁移率匹配程度等方法出发,以解决高压直流电缆附件绝缘界面电荷积累问题。

高压直流电缆附件界面电荷输运模型与调控方法研究进展（英文）

高压直流电缆伴随着柔性直流输电技术的发展而得到广泛应用,其中电缆附件是高压直流电缆系统中绝缘最薄弱的环节,不同介质界面处空间电荷积累会引起电场畸变,容易导致电缆附件发生放电和击穿。综述了高压直流电缆附件界面电荷研究的进展,分析了界面电荷现有理论模型和抑制方法,并对未来直流电缆附件界面电荷的研究趋势进行展望。认为空间电荷在不同材料界面处的积累与温度、外加电场和极性反转等工作条件密切相关;同时,介绍了麦克斯韦瓦格纳斯塞拉斯理论、双极电荷输运模型以及量子化学计算在界面电荷计算和分析的应用,分析比较了基于几何设计、表面改性、场梯度材料和材料匹配的界面电荷抑制方法。相关研究结果可为更高电压等级直流电缆附件设计等提供参考。

硅橡胶材料在高压直流电缆附件中的研究与应用

本文针对高压直流电附件的复杂性及绝缘材料对直流附件的影响,首先介绍硅橡胶的性能特点及与三元乙丙橡胶的对比,其次对直流附件用硅橡胶材料改性研究现状进行了分析,并详细地介绍了以硅橡胶为基料进行非线性改性研究的情况,通过纳米改性技术调控硅橡胶绝缘材料电导率,使复合绝缘结构中不同材料的电导率达到最佳匹配状态。该研究目前已通过了型式试验,具备工程化运用条件,对提高高压直流电缆附件的研制水平及产品质量,保证产品的安全性和多样性有重要意义。

XLPE高压直流电缆附件安装关键技术

XLPE高压直流电缆系统的质量除了核心部件的设计制造质量外,其安装关键技术控制对保证高压直流电缆附件的安全运行同样重要。其关键点包括:施工技术要求、施工装备、环境控制、电缆处理、接地等措施,关键技术控制在武高院、舟山海洋输电检测中心进行的±320k V直流电缆系统试验回路的安装过程中已有应用,并取得良好效果。上述试验回路均一次性通过试验,从而证明了安装关键技术能有效保证高压直流电缆附件的安装质量。

高压直流电缆附件绝缘材料测试及仿真

本文对高压绝缘材料电导率测试平台搭建和测试方法进行介绍,测量在不同温度和场强下直流电缆XLPE绝缘材料和改性硅橡胶材料的电导率,并对测量数据以及其他参数进行函数拟合。将直流电缆线路运用最普遍的复合套充油终端作为研究对象,建立模型,采用仿真软件进行热场、电场、界面压力的仿真计算,确定其理论可行性,最后进行试验验证。结果表明采用该方法设计的直流电缆附件符合应用要求,对提高高压直流电缆附件的研制水平及产品质量,保证产品的安全性和多样性有重要意义。

高压超高压柔性直流输电电缆附件绝缘材料研究

本文通过对国内外高压超高压柔性直流电缆附件绝缘材料的发展现状进行研究后,提出了主要的研究内容和拟解决的关键问题,通过表层分子结构改性调控技术和纳米改性非调控技术2条技术路线进行研究,项目完成后,将可以很好的应用于高压直流电缆附件产品中,同时能为直流电缆附件空间电荷积聚问题提供一定的技术支撑,能够推动高压直流输电系统的更快发展。

基于双极性载流子模型的XLPE电缆空间电荷仿真研究

XLPE(crosslinked polyethylene)电缆具有众多优点,在世界范围内得到了大规模的应用,直流电缆空间电荷积聚是影响电缆寿命的一个重要因素。为了对直流XLPE电缆中的空间电荷分布特性进行研究,基于双极性载流子输运模型对直流电缆中的空间电荷分布进行仿真研究,在COMSOL有限元仿真软件中搭建了一维仿真模型,分别研究了正、负极性电压下的空间电荷分布特性,并且进一步研究了温度对电荷分布的影响。仿真结果能与文献实验测试结果具有很好的一致性,具有较高的准确度。仿真表明:负极性电压下电荷积聚密度大于正极性电压下,空间电荷对场强进行削弱在电极附近的场强比材料内部的场强小,电荷的密度越大场强削减的越大。

极性反转电压下非线性电导硅橡胶复合材料电荷积聚特性

直流电缆附件是直流输电系统的薄弱环节,为研究非线性电导对极性反转电压下电缆附件硅橡胶绝缘电荷积聚特性的影响,通过添加SiC颗粒制备具有非线性电导的硅橡胶复合材料试样,利用三电极法和表面电位测量系统获得试样的电导率和表面电荷特性。实验结果表明:由于试样中SiC晶粒的晶格振动引起载流子晶格散射,高温会造成试样电导率降低;试样表面电荷平面分布特性表明,电晕电压极性反转后,平板试样内部残留的原极性电荷与表面的异极性电荷提高了局部电场强度,使试样的电导率升高,加速了表面电荷向试样内部迁移和异极性电荷中和过程,抑制了表面电荷的积聚。