电缆终端应力锥错位缺陷对界面温度及应力分布的影响

电缆终端内部缺陷会造成终端内部电场分布不均、局部温度升高与应力分布变化,可能引发局部放电造成绝缘击穿。为研究终端应力锥错位缺陷对电缆界面温度及应力分布的影响,分别建立了电缆终端安装不足与安装过盈情况下的电缆终端错位缺陷模型,并进行电-热-力多物理场耦合仿真分析。结果表明:电缆终端绝缘屏蔽层截断处是电缆终端的薄弱部位,终端界面温度和界面压力都会在绝缘屏蔽层截断处发生突变。当电缆终端存在安装不足缺陷时,终端屏蔽层截断处与应力锥根部之间会出现电场升高区域,在安装位置为-7.5 mm时界面温度最高,绝缘界面压力值升高,且安装位置为-2.5mm时绝缘承受的压力值最大;当电缆终端存在安装过盈缺陷时,绝缘屏蔽层截断处会发生电场畸变,电场突变量随着偏移量的增加而增大,在安装位置为+5.0mm时绝缘界面压力值最大,且界面压力突变量增加发生畸变。因此,在电缆终端实际设计安装与运行维护中,额外注意应力锥错位缺陷对终端内部应力分布的影响十分必要。

充油电缆终端用PIB与SR/EP的相容性研究

高压充油电缆终端中既有硅橡胶(SR)、三元乙丙橡胶(EP)和绝缘自粘带等固体介质,也有二甲基硅油或聚异丁烯(PIB)等液体介质,液固介质的相容性直接关系到高压充油电缆终端的绝缘性能的稳定性以及工作的可靠性。文中首先在120℃下开展了168 h的PIB与SR和EP的相容性试验,接着测量了液固介质的理化性能与电气性能指标,根据不同老化时间下液固介质,以及相同老化时间下不同液固介质组合之间理化和电气性能的变化特征,并结合电介质性能指标的物理含义,综合比较后得到PIB和SR的相容性优于PIB与EP的相容性。为明确PIB与SR和EP的相容性机理,文中进一步采用Materials Studio软件,构建了液固介质的分子模型及界面结构,利用分子动力学获得了不同温度下PIB-SR界面和PIB-EP界面的焓值;计算表明,在温度由363 K升高到393 K时,PIB-EP界面的焓变小于0,有溶解趋势,而PIB-SR界面的焓变值大于0,因此,PIB-SR界面较PIB-EP界面更具稳定性。文中结论可为高压充油电缆中液固介质的选择提供理论依据。

温度对车载高压电缆终端局部放电特性的影响研究

电缆终端作为高速列车的一个重要设备,在接触网与列车之间的能量传递中起着重要作用。然而由电缆终端界面缺陷引起的局部放电,严重影响着电缆终端的绝缘性能与列车的行车安全。通过实验的方法,制作了含有不同长度气隙的电缆终端试验品,并在27.5 kV的电压条件下进行了实验,探究了不同缺陷长度的电缆终端在不同环境温度下的局部放电特性。结果表明,相同气隙长度的电缆终端在27.5 kV的电压条件下,其局部放电量随着环境温度呈现出先上升后下降的趋势。根据这一特性可以知道在一定的电压等级之下,电缆终端的放电量主要受温度影响,当超过某一温度后,由于温升导致的电缆终端内部压力变化成为影响局部放电量的主要因素,并且随着气隙长度的增加,同一温度下的局部放电起始电压呈现增加的趋势。

基于ReaxFF的聚异丁烯高温裂解机理及影响因素研究

作为高压电缆终端中的常用填充剂,聚异丁烯(polyisobutylene,PIB)的高温裂解机理尚不明晰。文中利用ReaxFF反应分子动力学软件,获得了聚异丁烯在2400 K和3000 K下的裂解产物及其生成路径。研究结果表明,3000 K下PIB高温裂解产物体积分数均高于2400 K,表明老化温度升高会加速PIB的裂解及各特征气体的生成,且H_(2)及CH4可作为PIB高温裂解的主要特征产物,并在473 K下开展了PIB热老化验证了数值模拟结果的有效性。同时,为探究影响PIB产气特性的关键因素,文中进一步开展了PIB的热—电联合老化实验和受潮PIB的热老化和热—电老化实验,气相色谱分析结果表明,火花放电时PIB中各气体组分体积分数最高,局部放电时次之,热老化时最低,并可将C_(2)H_(2)体积分数的变化量作为PIB发生放电故障的评估依据。特别地,不同受潮程度的PIB加速老化实验结果表明,水分将促进PIB的裂解,促进各特征产物的生成。文中可为进一步研究PIB的故障判据提供理论指导作用。

动车组高压半刚性电缆终端动态运行特性研究

随着动车组配属列数和运行时间的增加,近年来全路发生多起运营过程中的车顶高压半刚性电缆终端绝缘失效对地放电故障,造成一系列事故影响。文中分析了动车组车顶高压半刚性电缆终端的典型事故,进行了200~300 km/h速度级下的半刚性电缆终端运行振动试验,获得了该型动车组电缆终端的运行振动特性数据,从设计、制造、检测、试验研究等方面给出了对车顶高压半刚性电缆终端运用的优化建议。

动车组车顶电缆终端弹性连接方案研究

目前主流的动车组车顶受电弓电缆终端均采用刚性连接方案,振动加速度大,易造成内部结构损伤。针对该问题,文章提出在动车组车顶电缆终端采用弹性连接的优化方案,并设计了3种不同结构方案的9种典型弹性减振结构。通过振动传递试验对比可知,弹性连接能明显改善电缆终端的振动特性,且刚度越小,电缆终端的振动特性越好。

用于电缆接头故障检测和预警的数据采集终端

电缆接头是煤矿供电系统电缆线路中最薄弱的环节,很容易出现故障。基于成熟的检测技术、先进的物联网通信技术,电缆接头故障检测和预警系统可以快速有效检测电缆接头的工作状态,并及时发现电缆绝缘的缺陷,电缆接头出现异常的短时间内实现快速定位。数据采集终端是电缆接头故障检测和预警系统的基础和核心,为保证煤矿供电系统的稳定性提供了可靠信息支撑。

110 kV干式柔性户外电缆终端常见问题分析

干式柔性电缆终端广泛应用于110 kV电缆线路。针对110 kV干式柔性电缆终端,分别介绍有尾管和无尾管两种类型终端的结构特点,然后通过典型现场案例,从制作和吊装两个角度,分析易引起缺陷或故障的常见问题,并针对性地制定防范措施,为110 kV干式柔性终端的运维、除缺、故障分析和处理工作提供参考。

基于Python语言的电缆清册编制工具的实现

针对传统电缆清册编制方法费时费力、容易出错的问题,利用Python语言开发出电缆清册编制工具。该工具利用正则表达式从端子排图中提取电缆文本,并生成电缆清册。反过来,该工具能读取电缆清册,在端子排图中自动标注。与传统方法相比,该工具不仅节省了工程师的设计时间,还能有效降低人为错误的出现,从而提高工作效率。

10 kV电缆终端快速连接保护装置研究及应用

设计了一种10 kV电缆终端快速连接保护装置,为电缆终端通过螺栓方式连接提供绝缘保护。基于该装置提出一种10 kV电缆终端直连快速复电新方法,在供电系统出现某电源点失电时能解决电力电缆修复工作耗时过长的问题,将平均复电时间缩短85%以上。选取上海临港地区某10 kV开关站试点安装,验证了该装置的安全性和该操作方法的有效性。

多手段联合精确定位在电缆GIS终端局放检测中的应用

局放检测是城市高压电缆状态检测的重要手段。鉴于电缆GIS终端结构复杂、变电站环境干扰众多等情况,提出了综合高频法、特高频法、超声波法的多手段联合检测方法,以确定局放类型,并通过同源性分析和排除干扰后,对局放进行了精确定位,可为消缺策略的制定提供详尽的依据。以某一110 kV电缆GIS终端的局放精确定位为例,为类似电缆GIS终端局放信号的检测和定位提供借鉴与参考。

一起110 kV电缆充油式户外终端发热缺陷分析及处理

一般电缆充油式户外终端均位于电缆终端杆(塔)上,运行条件复杂、缺陷不易发现。发热缺陷作为电缆充油式户外终端常见缺陷之一,已有多起报道。目前红外测温技术的推广普及,可显著提升该缺陷的发现率。以一起110 kV电缆充油式户外终端发热缺陷为例,介绍了红外测温、高频局放检测、X光检测等技术的应用情况,通过对该缺陷的解剖,分析了电缆终端发热的原因,并提出了相应建议。

口径可调式配电网电缆端头真空防护罩设计

针对配电网电缆端头在实际工作环境中常见的问题,如外界损伤、磨损、老化、腐蚀等,设计了一款口径可调式电缆端头保护罩。首先,分析了目前电缆端头腐蚀和老化的原因以及现有保护装置和措施的缺点,如缺乏通用性、密封不严、强度不够等。然后,结合三维建模和有限元应力分析完成了电缆端头保护罩的设计。该保护罩采用腔体抽真空的方式,使得配电网电缆端头始终处于真空环境中,从而实现与空气完全隔绝,有效防止端头的腐蚀和老化。保护罩的外壳部分采用轻质的铝合金材料,具备良好的机械强度,可以有效防止电缆端头受到磨损和冲击,同时提高了保护罩的便携性。该保护罩的口径可以调节,能够适应不同规格的配电网电缆,具有很好的通用性。最后,根据相关国家标准对所设计的保护罩完成了应力监测以及防水性和密封性的实验测试。本研究设计的配电网电缆端头口径可调式真空保护罩为电缆端头的保护提供了一定的参考和借鉴。

极端运行环境温度下模拟机车电缆与附件绝缘界面压力的松弛特性

近年来,高速机车用柔性电缆终端在极端环境温度下事故频发,严重影响了铁路运输安全性。为此,根据实际机车运行的极端运行环境温度(–40~90℃),通过对比与分析电缆附件用硅橡胶材料在高温、低温及高低温循环过程中的弹性模量变化及其扩张态下的应力松弛特性,探讨了极端运行环境温度对电缆与附件绝缘界面压力的影响规律。研究结果表明:扩张态的硅橡胶材料在高温90℃下的面压松弛率近30%,在低温–40℃下的面压松弛率约10%~20%,而在高低温循环(–40~90℃) 120 h后,面压松弛率高达50%。因此,极端环境温度下电缆与附件绝缘界面压力的大幅度下降或将对机车电缆终端的绝缘性能产生显著影响。

雷击舰船金属桅杆的线缆耦合效应试验研究

[目的]旨在通过试验研究探索金属桅杆遭受雷击时内部线缆的耦合响应特性问题。[方法]搭建桅杆内部线缆系统雷电感应耦合试验平台,测量同轴线缆、两芯单屏蔽线缆及多芯双屏蔽线缆在4种端接负载特性(芯线两端均开路、芯线近地端接负载、芯线远地端接负载以及芯线两端接负载)下受模拟雷电流干扰产生的感应电压,并从时域和频域的角度分析感应电压与屏蔽效果受负载特性变化的影响规律。[结果]结果表明,4种端接负载情况下,3种线缆的感应电压均在芯线远地端接负载的情况下达到最大值;当芯线近地端接负载时,感应电压的主要频段大于雷电流,而在其他负载特性下两者相近;内屏蔽层接地能够降低感应电压峰值,但不影响频率响应的主要频段,芯线两端开路或远地端接负载时电压峰值的削弱最明显,分别降为内屏蔽层未接地时的59.3%和77.2%;3种线缆的感应电压峰值有较大差异,而上升时间和半峰值时间无明显区别。[结论]研究成果揭示了雷击舰船金属桅杆时端接负载特性对线缆耦合感应电压的影响规律,也为后续开展耦合效应计算提供了基础数据支撑。

基于Vision Transformer的电缆终端局部放电模式识别

电缆终端缺陷类型一般与局部放电信号特征密切相关,因此可以通过对局部放电信号进行模式识别来实现缺陷分类。对15 kV XLPE电缆终端4种典型缺陷的放电脉冲波形和时频谱图特征进行分析处理,得到可用于识别的数据样本,然后分别采用Vision Transformer模型、LeNet5、AlexNet和支持向量机对数据进行训练,对比不同算法的识别准确率。结果显示在数据充足的情况下,Vision Transformer模型的识别精度高于其他识别算法。所提方法及结论可为电缆附件的绝缘评估提供可靠依据,具有一定的指导意义。

500 kV电力电缆用国产交联聚乙烯绝缘材料性能分析

讨论了新型国产超净XLPE绝缘材料应用于500 kV交流电缆的适用性,首先分析了对应基料与进口基料在分子量以及分子链结构上的异同;然后对比研究了该国产绝缘材料与2种进口绝缘材料的电、热、力学性能,发现3种材料性能相当且均满足应用于500 kV电缆绝缘的要求;最后结合基料的分子链结构特性,认为在基料中引入更多的端基双键以提升交联效率,可能是后续国产绝缘材料提升的方向之一。

低温温度梯度下环氧玻璃纤维材料表面电荷积聚行为及其对沿面闪络特性的影响

超导能源管道终端由于其特殊的运行环境,终端用绝缘材料在承受高电场的同时,也承受着近百摄氏度的低温温度梯度。为此基于超导电缆终端常用绝缘材料——环氧玻璃纤维材料,研究了低温温度梯度下绝缘材料表面电荷积聚特性及其对沿面闪络特性的影响机制。首先测量了环氧玻璃纤维材料在不同温度以及不同温度梯度下的沿面闪络特性;随后利用仿真软件建立了绝缘材料气-固界面的电荷迁移模型,分析了不同温度以及不同温度梯度对材料表面电荷积聚特性和表面电场分布特性的影响;最后结合试验结果与仿真结果,提出了低温温度梯度对绝缘材料沿面闪络的影响机制。试验结果表明:当温差ΔT=100K时,绝缘材料表面的局部放电起始电压与闪络强度分别为无温度梯度时的74.0%和75.9%。而仿真结果显示,低温温度梯度下绝缘材料表面电荷积聚现象明显,表面最高电场强度可达到不存在温度梯度时的10倍左右。因此,温度梯度下材料表面电荷积聚以及电场的畸变被认为是造成绝缘材料沿面绝缘强度下降的重要原因。该研究有助于理解低温温度梯度下材料表面电荷积聚特性及其对电场分布和闪络电压的影响机制,对低温下绝缘材料的绝缘特性研究以及绝缘优化设计具有重要意义。

基于电-热-力场的10 kV电缆终端典型缺陷仿真研究

为了研究电缆终端硅橡胶/交联聚乙烯(SR/XLPE)复合界面典型缺陷对电场、温度场以及应力场分布的影响,采用COMSOL Multiphysics仿真软件建立了10 kV电缆终端仿真模型,对复合界面存在金属微粒、半导电微粒以及划痕缺陷时的电-热-力场分布情况进行仿真。结果表明:电缆终端复合界面存在金属微粒或半导电微粒时,界面缺陷区域的电场、温度场以及应力场存在不同程度的畸变,金属微粒对界面各物理场分布的影响更加明显。对于外半导电层截断处因交联聚乙烯划伤导致气隙缺陷的情况,发现界面气隙缺陷处电场发生畸变进而产生局部热点。界面涂覆硅脂对划痕处电场和温度场的畸变具有明显的改善作用,但划痕区域由于硅脂的填入导致应力分布不均匀,应力呈现两端高中间低的分布规律。

±320 kV直流电缆终端界面气隙缺陷的直流局放试验电压确定方法

局部放电试验作为交流系统中缺陷检测的有效手段得到了广泛使用,但是直流电缆的直流局放检测试验方法还处于初级阶段。为了确定直流局部放电检测的现场试验电压,本文研究了直流试验电压幅值与±320 kV电缆预制式终端气隙缺陷检出率之间的关系。将±320 kV电缆预制式终端复合界面上的气隙缺陷作为研究对象,通过多物理场仿真计算气隙缺陷内的最大电场强度,以电场强度超过阈值来判断该缺陷是否可能发生局部放电;基于概率统计分析,建立了考虑电缆运行温度和气隙位置等随机因素条件下电缆接头的局部放电概率密度函数,给出了缺陷检出率与环境温度和直流试验电压的函数关系式。结果表明:电缆界面的气隙缺陷检出率与环境温度和直流局放试验电压的函数关系式符合4次方幂函数关系式,且检出率水平随环境温度的升高而升高;若直流试验电压取1.85U0,20℃时的检出率为99.25%,30℃时的检出率可达99.85%。据此函数关系式可以确定直流试验电压幅值。