温度对高压直流电缆中间接头内电场分布的影响分析

发布时间：2019-09-19 08:27

【摘要】：高压直流电缆附件中的电场分布主要取决于绝缘材料的电导率而非相对介电常数,由于交联聚乙烯(XLPE)和硅橡胶(SR)2种绝缘材料电导率差异较大,且受电场强度和温度影响较严重,导致直流电缆附件的设计比交流附件复杂得多。为此,采用软件仿真手段分析了不同温度梯度作用时,直流电压、直流叠加冲击电压下电缆接头中的电场分布情况。研究结果表明:在直流电压下,随着温度的升高电缆接头内的最大电场强度(简称场强)及XLPE/SR分界面的切向场强会大幅增加,而且绝缘内最大场强出现位置也会由高压屏蔽端部转移到应力锥根部;当直流叠加冲击电压作用时,接头内的电场分布会出现3个场强极大值点,压接管端部高压屏蔽内侧的场强最大,且不随冲击电压极性和线芯温度的变化而变化;直流叠加正极性冲击电压作用下,压接管端部SR材料内侧和应力锥根部XLPE材料内侧的场强随温度的升高而降低,而在直流叠加负极性冲击电压作用下这2点的场强随温度的升高而增大。以上研究结果可供高压直流电缆附件设计参考。
【图文】：

体预制式接头绝缘界面少、安装方便[15]，因而应用较多，其结构示意图如图1所示。根据实际需要，本文设计了与文献[16]中的250kV直流XLPE电缆相配套的中间接头，所设计的电缆接头各部位尺寸如表1所示。随着负荷的增大，高压直流电缆及附件绝缘中最大场强会由绝缘内表面转移到绝缘外表面，即电场发生反转。虽然电缆中间接头结构有很好的对称性，但2维模型并不能反映绝缘中电场反转这一特性，因此本文建立了电缆接头的3维模型进行仿真。考虑到电缆中间接头的对称性，本文先选取图1中的左半部分建立1个2维模型，如图2所示，再将该2维模型以图2中的边界i-j为轴旋转360°得到3维模型。对于电缆接头，XLPE与SR的分界面c-h是绝缘的薄弱部位，应重点分析。在进行仿真时，边界a-b-c-d-e接地；考虑直流电压作用时，边界f-g上施加的为250kV直流电位，采用恒定电场求解器；考虑雷电冲击电压作用时，边界f-g上施加的1—线芯；2—XLPE；3—压接管；4—高压屏蔽；5—增强绝缘；6—灌封胶；7—应力锥图1整体预制式电缆接头结构示意图Fig.1Structurediagramofthewholebodyprefabricatedcablejoint图2电缆中间接头仿真模型Fig.2Simulationmodelofcablejoint表1电缆中间接头尺寸Table1Dimensionsofcablejoint名称尺寸/mm线芯半径16XLPE厚度20高压屏蔽厚度3增强绝缘厚度22应力锥轴向长度120内爬距长度167

国标GB/Z18890.1—2002[17]选取为1050kV，分别采用恒定电场和静电场求解器，在后处理过程中对所求电场进行叠加。满负荷工作时，f-g边界上的温度可达363K，接头内线芯产生的热量通过边界k-l-m-n-d-e散热，散热方式主要为空气自然对流换热，空气的自然对流换热系数为8W/(m2·K)。2结果及分析2.1直流电压下的电场仿真分析直流电压作用下，复合绝缘中的场强按照材料的电导率分布，考虑到XLPE与SR双层介质的电导率差异及其他条件对2者的影响，本文分析了XLPE与SR在不同电导率之比下的等位线分布，仿真结果如图3(a)图3(c)中所示。为了对比分析，同时给出了交流电压作用下相同绝缘结构内的等位线分布，，如图4所示。由图3可以看出，当双层介质的电导率相差很大时，介质中的直流电场分布极不均匀，且电场集中部位随着绝缘材料参数的变化而变化。若γXLPEγSR，高压屏蔽端部电场严重集中，而应力锥根部处的场强极低；若γXLPEγSR，应力锥根部处的电场严重集中，而高压屏蔽端部的场强较低；若γXLPE=γSR，高压屏蔽端部的电场仍有集中现象，但相比于γXLPE/γSR=1/100时的电场集中程度已有明显改善，绝缘结构中的电场分布较为均匀，与图4中交流电压作用下的电场分布相似。因此，在设计高压直流电缆接头时，应首先确保所用的XLPE与SR材料的电导率差异在允许范围内，然后再根据2者电导率比值确定接头中可能出现的电场集中区域，并采取相应措施来调整电场分布，使之尽可能均匀分布。2.2温度梯度对直流电压下电场分布的影响直流电缆在带负荷运行时，线芯发热导致绝缘内产生温度梯度。由于聚合物材料电导率受温度和电场影响较大，因此会导致绝缘内按电导率分布的场强也会随着变化。聚合物材?
【作者单位】： 哈尔滨理工大学工程电介质及其应用教育部重点实验室;
【基金】：教育部高等学校博士学科点专项科研基金(20132303110006) 黑龙江省自然科学基金(ZD201310)~~
【分类号】：TM247

【参考文献】

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本文编号：2537998