Research on Simulation Methods of Electric Field Intensity on Surface of 10 kV Cable Joint

The electric field intensity (EFI) is important characteristic quantity for evaluating the internal insulation state of cable joints. Based on finite element method, this paper proposes two EFI research methods, field-circuit coupling method and equivalent circuit method. The average EFI of the inner surface of the outer semi-conducting shield can be calculated from the current in the measuring circuit. The relative error between these two methods is about 15%, which roughly proves the consistency of the two methods. Further practical application research enables online monitoring of cable joints.

一种基于Unity3D技术的电缆接头故障测寻仿真系统

基于Unity3D技术设计了一个电缆接头故障测寻仿真系统。该系统可模拟电缆接头的失效情况,帮助用户快速定位故障点,并提供可视化的故障信息展示。本文首先介绍了电缆接头故障的常见类型和原因;然后详细阐述系统的设计思路和实现方法,描述了技术架构;最后,对该系统的推广场景及优化思路做了说明。

聚丙烯电缆及模塑接头绝缘层性能对比分析

聚丙烯(polypropylene,PP)具有工作温度高、绝缘性能优良和可回收再利用的优点,已成为热塑性电缆绝缘材料研发的热点。模塑接头采用与电缆本体相同的材料作为接头绝缘,不仅可以解决预制式接头可活动界面的问题,还有助于实现整个PP电缆线路体系的绿色可回收性。首先完成了10kVPP电缆模塑接头的制作,并对PP电缆及模塑接头绝缘切片的晶体结构、电气性能和力学性能进行了研究。结果表明:与电缆绝缘切片试样相比,PP模塑接头绝缘切片试样的结晶度较高、微晶尺寸较大、熔融温度较高;电气性能上,其体积电阻率较高、介质损耗角正切值较小、工频击穿场强较高;力学性能上,其断裂伸长率较小、弹性模量较大。这可能是由于电缆与模塑接头工艺不同所致,电缆采用水冷方式进行冷却,PP在快速降温过程中形成小尺寸球晶,而模塑接头在室温下自然冷却,PP分子链充分折叠排列形成大尺寸晶体。晶体结构的不同导致了电缆绝缘与模塑接头绝缘电气性能和力学性能的差异,但二者之间仍具有较好的一致性,验证了模塑接头应用于PP电缆的可行性,并为高压PP电缆和模塑接头的进一步研发提供参考。

热老化下涂覆硅脂对110 kV电缆终端接头界面电-热-力场的影响

为了研究热老化条件下高压电缆终端接头内涂覆硅脂对交联聚乙烯绝缘/硅橡胶绝缘复合界面多物理场分布的影响,采用COMSOL Multiphysics软件建立了110 kV电缆终端接头电-热-力多物理场模型,仿真分析了热老化下涂覆硅脂前后复合界面电场、温度场以及应力场的分布。结果表明:界面涂覆硅脂后,增加了界面的密封性,使界面电场畸变程度减小,界面温升略微下降,但界面应力呈现不均匀分布。老化后,硅脂对硅橡胶的溶胀造成硅橡胶相对介电常数升高,界面电荷密度增大,电场强度进一步增大。温度升高加剧了硅脂对硅橡胶的渗透,使硅橡胶材料热导率降低,界面温度较老化前升高。老化后,涂覆硅脂的硅橡胶弹性模量大幅降低,界面应力进一步减小。

考虑电离电荷影响的电荷输运模型研究

电缆接头作为高压直流电缆的关键附件,其绝缘性能决定高压直流输电系统的稳定性。为验证仿真模型计算电缆接头电场分布中的电荷输运模型有效性,本文通过阻挡实验计算注入载流子迁移率和电离电荷电导率,提出了同时考虑注入电荷和电离电荷作用的电荷输运模型,并简化了输运模型中的待定参数。然后利用仿真模型对XLPE-EPDM双层结构的电场分布进行模拟和计算,并与实验结果进行对比。结果表明:XLPE-EPDM双层结构的界面电荷极性随着场强的增加发生反转,仿真模型计算的模拟结果与实验结果具有较好的一致性,证明了仿真模型的有效性。

潮湿环境下中压电缆接头早期故障的演变规律及特性

由于目前缺乏对电缆接头早期故障演变过程的研究,为此根据实际运行场景设计了潮湿环境下的电缆接头早期故障模拟试验,得到不同放电次数下的电缆接头早期故障电流变化规律、绝缘损伤、气隙内积水位移等特征,分析早期故障演变过程,并根据故障时的电极构成特征将早期故障分为第1、第2阶段,提出了早期故障2个阶段各自的特征。在此基础上建立了电弧位置固定时的早期故障仿真模型,仿真分析了电弧温度的变化、固体绝缘部分的高温区域形成以及电弧区域的热量散失等现象。综合试验与仿真结果认为,移动位置电弧与重燃电弧共同构成早期故障的第1阶段。当电弧位置临近接头接地点,早期故障将进入第2阶段。当闪络痕迹贯穿绝缘表面时,将形成永久性故障。该研究结果为早期故障特征识别与监测提供了理论支撑。

基于磁感应联合加热的高压海缆工厂接头制备技术

目前国内外电缆厂家制备工厂接头多采用经典模具单向加热技术(简称单向加热),虽然部分厂家已对磁感应联合加热技术(简称联合加热)进行应用,但对接头处的温度分布与绝缘性能研究甚少。该文对联合加热与单向加热进行电磁-热仿真计算,根据仿真策略进行试验,并取试样进行界面观测,且对电学性能、交联程度与力学拉伸性能进行对比测试。研究结果表明,通过仿真分析,联合加热中感应线圈向接头区域传递的热流密度远高于金属模具,将预热-交联阶段耗时由单向加热的10 h降低至3 h 20 min,显著提高了加热效率,并使加热区域达到合理温度范围;在联合加热中,与单向加热相比,本体绝缘与恢复绝缘之间的过渡区域宽度明显下降,熔合纹界面质地有所提升,过渡区域绝缘电树枝起始电压升高,在0.2 MPa条件下,过渡区域绝缘热延伸伸长率明显下降,且过渡区域绝缘的力学拉伸性能有所提升。联合加热中,过渡区域绝缘的界面质地、电学性能、交联程度与力学拉伸性能均有所提高的关键性因素是过渡区域绝缘界面的融合性相比于单向加热有所提升。

硅橡胶绝缘材料温度及场强依赖特性对XLPE绝缘直流电缆预制接头内电场分布的影响

为选择合适的电缆接头绝缘材料,以改善电缆接头内的电场分布,探究了接头绝缘常用材料硅橡胶的电导温度及场强依赖特性对XLPE直流电缆预制接头中电场分布的影响。首先,针对10 kV电压等级XLPE绝缘直流电缆预制接头结构建立相应的仿真模型。然后,改变硅橡胶材料的电导非线性特征参数,得到对应接头在满载运行状态下的绝缘内电场分布。结果表明:随着硅橡胶材料电导活化能的增大或电导场强依赖系数的减小,接头绝缘交界面处的场强增大,且应力锥根部场强增幅明显;从经济性角度考虑给出硅橡胶与XLPE绝缘材料的电导活化能之比和电导场强依赖系数之比推荐值分别为不高于0.95和不低于0.50,可作为工程上选择确定合适接头绝缘材料的参考。

绝缘材料热老化对电缆终端接头典型缺陷处电场畸变的影响

电缆终端接头是电力电缆输电系统的重要组成部分,为了获得绝缘材料老化对电缆终端接头内部缺陷电场强度分布的影响,选用国产10 kV交联聚乙烯(XLPE)电缆及硅橡胶(SIR)冷缩式电缆终端接头开展研究。首先,对电缆终端接头内的绝缘材料XLPE和SIR在150℃条件下进行16 d的热老化,并测试其在老化前后的相对介电常数和电导率。同时,基于COMSOL Multiphysics软件建立了10 kV电缆终端接头的三维仿真模型,根据上述试验结果设置热老化前后的绝缘材料参数,并利用该模型设置了3种典型缺陷,包括外半导电层错位、主绝缘划痕和尖端金属,分析了不同位置和不同尺寸的缺陷在绝缘材料老化状态下的电场强度分布情况。结果表明,XLPE和SIR在热老化处理后相对介电常数分别从2.5和2.85提高到4.4和3.21,且由于绝缘材料的老化,电缆终端接头的内部电场发生明显畸变,特别是在XLPE和SIR界面处电场畸变显著。另外,热老化后的电缆终端接头在3种典型缺陷条件下,电场畸变率明显提高,外半导电层错位、主绝缘划痕和尖端金属缺陷处电场强度最大值分别提高到5.26,3.5,16.91 kV/mm,较未老化状态下提高了17.41%,6.38%和21.83%。绝缘老化加剧了缺陷处的电场畸变程度,进一步影响了电缆运行的安全性和可靠性,增加了电缆发生故障的风险。

Swin-Transformer故障信息挖掘的海底观测网故障定位方法

海底观测网长期受海洋环境与人为因素影响,易使光电复合缆绝缘破损与海水接触形成电学故障点。如何准确地定位电学故障点,对提高海底观测网输电与信息传输的可靠性至关重要。首先根据海底观测网输电结构建立海底观测网输电模型,推导与模拟电学故障点传播至观测点的暂态电流,然后由连续小波变换提取暂态电流与故障点对应的内在关联特征量,最后通过Swin-Transformer神经网络挖掘内在关联特征量与故障距离的匹配关系来定位电学故障点。研究结果表明,在内在关联特征量样本测试集条件下,光电复合缆≤160 km的电学故障点定位误差小于400 m,可为长距离光电复合缆的海底观测网电学故障点定位提供参考。

聚氨酯发泡胶热传导性能研究及其在110 kV电缆接头中的应用

聚氨酯发泡胶具有良好的膨胀填充特性、电绝缘性及防水性。为实现将其用于电缆接头保护壳内层的填充,本文首先测试了不同发泡倍率下聚氨酯发泡胶的热、电、力学性能,然后建立了电缆接头的二维轴对称模型,并仿真分析不同填充胶情况下电缆接头的稳态温度场分布,最后搭建了110 kV中间接头的实物模型,对不同填充胶的电缆接头进行了热循环试验。结果表明:聚氨酯发泡胶各项性能测试结果良好,发泡倍率越大,发泡胶的导热性能、绝缘性能和力学性能越差,其中发泡倍率为3倍的发泡胶综合性能最优;不同填充胶接头内部各结构温度的仿真值与实测值的误差绝对值基本不超过10%,验证了仿真模型的有效性;填充发泡胶与填充传统防水胶的接头稳态温度场分布接近。

杭州国家版本馆电气系统安全研究

国家版本馆是中华文明种子基因库,建设国家版本馆写入了国家“十四五”规划。电气系统作为建筑机电的一部分,安全可靠是第一要素。从供电电源、用电安全、长寿命电缆的使用等方面进行阐述:供电电源强调电源的独立性,在用电安全方面主要针对SPD在线监测系统、库藏区域故障电弧断路器的使用和KNX总线展开论述,布线系统采用长寿命电线线缆。上述技术措施和产品的使用构建了杭州国家版本馆坚强的配电系统。

电缆中间接头缺陷仿真与局部放电实验研究

由于电缆接头制作工艺的影响,中低压电缆的中间接头故障率较高。以10 kV XLPE电缆为对象,研究缺陷类型对电缆局部电场分布与局部放电特性的影响。通过构建电场分析的仿真模型,搭建局部放电实验平台,研究不同的电缆接头制作缺陷对电缆接头局部电场畸变的影响,对实验试样进行局部放电实验。结果表明,电缆接头制作过程中不同类型的缺陷及缺陷大小对电缆接头部位电场分布、电场的畸变程度、放电初始电压与放电量均有不同程度的影响。研究结果为构建电缆线路工作状态在线监测系统以及电缆运行状态评估与故障诊断提供了依据。

电缆接头环形阵列式实时温度在线监测系统

针对电缆接头温度变化大、较难实现实时温度监测的特点,对电缆接头开展环形阵列式实时温度监测研究。提出一种方案以便于监测电缆接头温度,实时获得电缆内部的温度数据,能够对电缆系统正常工作起到更好的支持。进行监测系统设计,对多个监测点实现温度变化的实时监测,减少电路电缆中可能出现的故障,提高电缆运行的稳定性与可靠性。

硅橡胶绝缘材料温度及场强依赖特性对XLPE绝缘直流电缆预制接头内电场分布的影响

由于电缆接头在直流运行下的电场分布受绝缘材料电导率影响,而电导率受温度与电场的影响并呈现非线性特性,故接头内电场分布变得异常复杂。为选择或确定适合工程应用的接头绝缘材料,改善接头内的电场分布,本文针对10 kV电压等级XLPE绝缘直流电缆预制接头结构构建仿真模型,通过改变硅橡胶的电导非线性特征参数,探究接头运行在满载运行状态下硅橡胶的电导活化能及电导场强依赖特性对接头内电场分布的影响。结果表明:高负载情况下,接头绝缘交界面处的直流稳态场强受绝缘材料电导活化能及电导场强依赖特性的影响,其中电导活化能的影响更大。从经济性角度考虑,硅橡胶与XLPE绝缘材料的电导活化能与电导场强依赖系数之比分别为应不高于0.94和不低于0.50。

基于改进XGBoost算法的XLPE电缆接头故障自动化诊断与测量研究

该文研究基于改进XGBoost算法的XLPE电缆接头故障自动化诊断方法。以35 kV XLPE电缆接头为例,设计局放模拟实验,测量4种绝缘故障局放信号,生成二维局放图谱。从中提取描述投影形状和正负半周轮廓差异的故障特征,构建一维向量输入XGBoost模型,实现故障自动化诊断。应用哈里斯鹰算法优化模型参数,提高诊断分类性能。实验结果表明,该方法能有效测量不同故障类型的局放图谱,并以其特征实现高精度的XLPE电缆接头故障自动化诊断,确保了电缆长期稳定运行,更好地保障了电力安全。

基于超声波的10kV电缆中间接头故障类型识别方法

电缆中间接头是连接两端电缆的关键附件,其绝缘状态及故障类型的准确识别是运维检修的关键工作,因此,设计制作了典型的中间接头故障样本,基于超声波局部放电测试方法,采用DWT法对测试数据进行降噪处理,并结合LeNet-5卷积神经网络架构提出了10kV电缆中间接头故障类型识别方法。结果表明,所提方法可以有效识别不同类型的电缆中间接头故障类型,识别准确率可达94%,为电缆的运维检修提供了一种新的方法。

110kV电缆接头故障的诊断与维护技术分析

阐述电缆接头故障对电网运行的影响,分析技术标准与规范中的制约因素,提出提升故障诊断技术的准确性、保障维护措施的有效性和应急能力、完善技术标准与规范优化的措施。

电力电缆中间接头故障原因分析及制作工艺改进

电力电缆中间接头是电缆线路中的薄弱环节,其故障会严重影响供电可靠性。通过分析中间接头故障产生原因,找出制作工艺中存在的问题,并提出相应的改进措施,对于提高电缆线路安全运行水平具有重要意义。总结了电缆中间接头的常见故障模式,剖析了设计选型、安装制作、运行维护等环节存在的突出问题,在此基础上从优化接头设计、规范施工工艺、加强故障诊断、完善运维管理等方面提出了切实可行的完善对策,以期为供电企业精细化管理电缆接头、降低故障率提供参考和借鉴。

高压XLPE电缆缓冲层故障机理与检测技术研究

高压XLPE电缆缓冲层故障频发,严重影响电缆安全运行,引起了广泛关注。根据缓冲层烧蚀故障特征,分析了高压XLPE电缆缓冲层电场特性并进行了初步仿真研究,得出局部放电是导致缓冲层故障的直接原因。提出了几种理论上可行的缓冲层故障检测方法并进行了简单验证,其有效性还待后续进一步试验与研究。