ITER耐极低温高压线缆接合装置的设计及工艺研究
发布时间：2021-09-30 04:48
ITER高压线缆接合装置在ITER主机中用于连接不同类型、不同结构的耐极低温高压测量线缆和信号线,并为之提供绝缘保护、结构支撑以及干扰信号的屏蔽。由于装置工作在高真空、极低温、强电磁、辐照条件下,因此对其材料和结构都提出了较高的要求。现有的用于电力传输的电缆接头很难满足聚变装置对材料的要求,而目前国际上多数聚变堆中也尚未用到这一结构。本论文主要从ITER高压线缆接合装置的材料设计、结构设计、电性能与力学性能分析、结构优化、装配工艺研究和性能测试等方面出发,开展了新型ITER关键部件的研究,主要研究内容包括:根据聚变堆对高压线缆接合装置的材料要求,对其结构材料进行了选择,并主要针对耐极低温环氧树脂及玻璃纤维增强复合材料开展了研究:首先,对双酚A环氧树脂体系的增韧方法进行了研究,提高了树脂体系在低温下的力学强度;第二,通过采用硅烷偶联剂和等离子体处理的方法提高了玻璃纤维和环氧树脂的界面粘接强度;第三:通过向环氧树脂中添加纳米氧化铝颗粒的方法降低了其介电系数,提高了信号传输的可靠性。第四,针对玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的线膨胀系数和放气率进行了实验研究,实验结果表明性能指标达到预期要求。根...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?ＩＴＥＲ装置结构示意图??ＩＴＥＲ装置中的超导磁体系统按照其位置和作用的不同，可分为校正场??
?第１章绪论???类似的电缆的接头结构目前在高压电力传输系统中被应用用于交联聚乙烯??（ＸＬＰＥ）绝缘高压电缆与传输电缆之间的连接【９】。为了保证高压供电和传输的可??靠性，人们设计了各种不同结构的电力电缆接头装置Ｗ１１］。图１．５给出了一种典??型的１０ｋＶ电力电缆接头的截面图，高压电缆接头中包括各种连接压块、屏蔽罩、??应力锥、硅橡胶主绝缘等重要结构，两根不同的电缆芯线通过接头中的压接管连??接起来，硅橡胶主绝缘层提供了压接接头位置的绝缘保护作用，应力锥用来压紧??两组电缆，同时通过圆弧状结构解决接头内部连接位置的应力集中以及局部电场??分布不均匀的问题。??／／／／／／?／／?／??图１．Ｓ?１０ｋＶ电力电缆接头结构示意图??１－高压电缆外绝缘，２－薄膜绕包绝缘结构，３－镀银（锡）编织铜网，４－半导电材料层，５－压??块或应力锥，６－内绝缘管，７－屏蔽罩，８－电缆压接导体结构，９－电缆中心导体??在高压电力输电领域，电缆接头绝缘安全研宄也是目前一个较为热门的研究??课题。据统计，高压电力运行故障中７０％左右来源于包括电缆接头在内的附件故??障［１２］。高压电力电缆接头在运行中发生故障的主要原因在于配件在制造、安装过??程中可能产生的各种结构缺陷：如接头内部材料不同界面处的杂质或气隙，未按??规定的工艺流程进行装配，在装配过程中混入了杂质气体、杂质颗粒，外绝缘破??损或者绝缘劣化，连接位置出现尖端、毛刺以及部件在装配过程中错位等；接头??结构不同材料之间的界面缺陷，如压应力不足形成的气隙、运行过程中发生的绝??缘老化、进水、化学腐蚀等因素也会导致电缆接头结构的绝缘劣化［１３］，甚至产生??局部放电或者沿
?第２章用于ＩＴＥＲ■高压线缆接合装置的材料研究???课题组长期从事磁约束核聚变绝缘材料制造及其工程应用的基础研宄，研制??的绝缘材料已成功的应用在国内外重要磁约束核聚变实验装置上。先后解决了??ＥＡＳＴ?（东方超环）、印度重建的ＳＳＴ－１装置、德国建造的Ｗ７－Ｘ中的关键绝缘??问题以及在建的国际热核实验堆（ＩＴＥＲ）装置上有关电流引线绝缘、超导磁体绝??缘、低温管道绝缘等方面的重大问题。由于线缆接合装置使用的材料对材料低温??力学性能、电气性能、材料氦气密封性、抗辐照性能等方面与早期ＩＴＥＲ轴向氦??气密绝缘子的要求相近，因此本项目在绝缘材料应用方面延续了?ＩＴＥＲ装置低温??氦气密绝缘子在材料研宄工作，并针对线缆接合装置在极低温环境、信号传输和??介电方面的要求做了相应的优化。图２．１展示了早期课题组研发的ＩＴＥＲ高压复??合材料绝缘子。??丨??？?ｉ?＜?二?｜｜??Ｉ??ｉｊ麵《？＊？！＿．??■■?Ｎ－ｎｎｉｎ＾ｙ?????播??图２．１用于ＩＴＥＲ装置的低温氦气密绝缘子??１７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]热老化对220 kV硅橡胶电缆接头绝缘材料介电性能的影响[J]. 吕鸿,马佳炜,杨贤,曾飏,余欣,金海云. 绝缘材料. 2019(02)
[2]超级奥氏体不锈钢654SMO的研究进展[J]. 张树才,姜周华,李花兵,张威,李国平,范光伟. 钢铁研究学报. 2019(02)
[3]聚酰亚胺复合绝缘绕包型航空导线的改进[J]. 马红杰. 电线电缆. 2018(06)
[4]有机硅改性环氧树脂研究进展[J]. 杨威,申巍,尹立,李飞,肖雨,张翀,张卓,陈新. 绝缘材料. 2018(04)
[5]110 kV及以上电力电缆系统故障统计分析[J]. 惠宝军,傅明利,刘通,侯帅,刘昌,郭金明. 南方电网技术. 2017(12)
[6]铁路信号电缆屏蔽及接地方式的研究分析[J]. 崔勇,杨世武,刘志明,王颖. 铁道学报. 2017(11)
[7]热老化对XLPE电缆绝缘空间电荷分布特性的影响研究[J]. 李欢,李建英,欧阳本红. 绝缘材料. 2017(11)
[8]ITER超导磁体绝缘玻璃纤维放气性能分析[J]. 邢银龙,刘志宏,吴杰峰,王小明,吴欢. 真空. 2017(05)
[9]超低温电缆[J]. 钱科,朱华山,王开宇,田广毅. 电线电缆. 2017(04)
[10]中子辐照后B4C/Al材料断裂机理分析[J]. 席航,张海生,吴璐,孙凯,彭艳华,莫华均. 核动力工程. 2017(S1)
博士论文
[1]纳米碳化硅及氧化铝改性绝缘纸板介电特性研究[D]. 刘贺千.哈尔滨理工大学 2018
[2]ITER导体异型铠甲无损检测技术研究[D]. 刘小川.中国科学技术大学 2017
[3]电子系统电磁兼容中耦合路径的研究[D]. 史春蕾.西安电子科技大学 2016
[4]纳米颗粒改性环氧树脂及其复合材料力学性能研究[D]. 刘方.哈尔滨工程大学 2014
[5]电力电缆中间接头典型缺陷局部放电发展过程的研究[D]. 常文治.华北电力大学 2013
[6]高压交联聚乙烯电力电缆接头绝缘缺陷检测及识别研究[D]. 魏钢.重庆大学 2013
[7]介电/压电/电致伸缩材料内缺陷放电及其效应研究[D]. 罗家成.南京航空航天大学 2012
硕士论文
[1]高压电缆局部放电在线监测技术研究[D]. 王明海.北京交通大学 2019
[2]XLPE电缆典型缺陷的局部放电特性研究[D]. 曹维丽.陕西师范大学 2018
[3]低温下氦气直流击穿特性研究[D]. 徐硕.华北电力大学(北京) 2017
[4]新型长链烷基硅烷偶联剂合成工艺研究[D]. 金林锋.郑州大学 2014
[5]线性环氧树脂预聚体粉末的制备及其应用研究[D]. 曾莉.中北大学 2013
[6]ITER中心螺管磁体线圈馈线系统CS1U热分析[D]. 汪燕.合肥工业大学 2013
[7]辐射环境下聚合物材料的绝缘击穿研究[D]. 刘弘景.天津大学 2007
[8]橡胶/粘土纳米复合材料气体渗透性能与机理研究[D]. 李昭.北京化工大学 2006
本文编号：3415156
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?ＩＴＥＲ装置结构示意图??ＩＴＥＲ装置中的超导磁体系统按照其位置和作用的不同，可分为校正场??
?第１章绪论???类似的电缆的接头结构目前在高压电力传输系统中被应用用于交联聚乙烯??（ＸＬＰＥ）绝缘高压电缆与传输电缆之间的连接【９】。为了保证高压供电和传输的可??靠性，人们设计了各种不同结构的电力电缆接头装置Ｗ１１］。图１．５给出了一种典??型的１０ｋＶ电力电缆接头的截面图，高压电缆接头中包括各种连接压块、屏蔽罩、??应力锥、硅橡胶主绝缘等重要结构，两根不同的电缆芯线通过接头中的压接管连??接起来，硅橡胶主绝缘层提供了压接接头位置的绝缘保护作用，应力锥用来压紧??两组电缆，同时通过圆弧状结构解决接头内部连接位置的应力集中以及局部电场??分布不均匀的问题。??／／／／／／?／／?／??图１．Ｓ?１０ｋＶ电力电缆接头结构示意图??１－高压电缆外绝缘，２－薄膜绕包绝缘结构，３－镀银（锡）编织铜网，４－半导电材料层，５－压??块或应力锥，６－内绝缘管，７－屏蔽罩，８－电缆压接导体结构，９－电缆中心导体??在高压电力输电领域，电缆接头绝缘安全研宄也是目前一个较为热门的研究??课题。据统计，高压电力运行故障中７０％左右来源于包括电缆接头在内的附件故??障［１２］。高压电力电缆接头在运行中发生故障的主要原因在于配件在制造、安装过??程中可能产生的各种结构缺陷：如接头内部材料不同界面处的杂质或气隙，未按??规定的工艺流程进行装配，在装配过程中混入了杂质气体、杂质颗粒，外绝缘破??损或者绝缘劣化，连接位置出现尖端、毛刺以及部件在装配过程中错位等；接头??结构不同材料之间的界面缺陷，如压应力不足形成的气隙、运行过程中发生的绝??缘老化、进水、化学腐蚀等因素也会导致电缆接头结构的绝缘劣化［１３］，甚至产生??局部放电或者沿
?第２章用于ＩＴＥＲ■高压线缆接合装置的材料研究???课题组长期从事磁约束核聚变绝缘材料制造及其工程应用的基础研宄，研制??的绝缘材料已成功的应用在国内外重要磁约束核聚变实验装置上。先后解决了??ＥＡＳＴ?（东方超环）、印度重建的ＳＳＴ－１装置、德国建造的Ｗ７－Ｘ中的关键绝缘??问题以及在建的国际热核实验堆（ＩＴＥＲ）装置上有关电流引线绝缘、超导磁体绝??缘、低温管道绝缘等方面的重大问题。由于线缆接合装置使用的材料对材料低温??力学性能、电气性能、材料氦气密封性、抗辐照性能等方面与早期ＩＴＥＲ轴向氦??气密绝缘子的要求相近，因此本项目在绝缘材料应用方面延续了?ＩＴＥＲ装置低温??氦气密绝缘子在材料研宄工作，并针对线缆接合装置在极低温环境、信号传输和??介电方面的要求做了相应的优化。图２．１展示了早期课题组研发的ＩＴＥＲ高压复??合材料绝缘子。??丨??？?ｉ?＜?二?｜｜??Ｉ??ｉｊ麵《？＊？！＿．??■■?Ｎ－ｎｎｉｎ＾ｙ?????播??图２．１用于ＩＴＥＲ装置的低温氦气密绝缘子??１７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]热老化对220 kV硅橡胶电缆接头绝缘材料介电性能的影响[J]. 吕鸿,马佳炜,杨贤,曾飏,余欣,金海云. 绝缘材料. 2019(02)
[2]超级奥氏体不锈钢654SMO的研究进展[J]. 张树才,姜周华,李花兵,张威,李国平,范光伟. 钢铁研究学报. 2019(02)
[3]聚酰亚胺复合绝缘绕包型航空导线的改进[J]. 马红杰. 电线电缆. 2018(06)
[4]有机硅改性环氧树脂研究进展[J]. 杨威,申巍,尹立,李飞,肖雨,张翀,张卓,陈新. 绝缘材料. 2018(04)
[5]110 kV及以上电力电缆系统故障统计分析[J]. 惠宝军,傅明利,刘通,侯帅,刘昌,郭金明. 南方电网技术. 2017(12)
[6]铁路信号电缆屏蔽及接地方式的研究分析[J]. 崔勇,杨世武,刘志明,王颖. 铁道学报. 2017(11)
[7]热老化对XLPE电缆绝缘空间电荷分布特性的影响研究[J]. 李欢,李建英,欧阳本红. 绝缘材料. 2017(11)
[8]ITER超导磁体绝缘玻璃纤维放气性能分析[J]. 邢银龙,刘志宏,吴杰峰,王小明,吴欢. 真空. 2017(05)
[9]超低温电缆[J]. 钱科,朱华山,王开宇,田广毅. 电线电缆. 2017(04)
[10]中子辐照后B4C/Al材料断裂机理分析[J]. 席航,张海生,吴璐,孙凯,彭艳华,莫华均. 核动力工程. 2017(S1)
博士论文
[1]纳米碳化硅及氧化铝改性绝缘纸板介电特性研究[D]. 刘贺千.哈尔滨理工大学 2018
[2]ITER导体异型铠甲无损检测技术研究[D]. 刘小川.中国科学技术大学 2017
[3]电子系统电磁兼容中耦合路径的研究[D]. 史春蕾.西安电子科技大学 2016
[4]纳米颗粒改性环氧树脂及其复合材料力学性能研究[D]. 刘方.哈尔滨工程大学 2014
[5]电力电缆中间接头典型缺陷局部放电发展过程的研究[D]. 常文治.华北电力大学 2013
[6]高压交联聚乙烯电力电缆接头绝缘缺陷检测及识别研究[D]. 魏钢.重庆大学 2013
[7]介电/压电/电致伸缩材料内缺陷放电及其效应研究[D]. 罗家成.南京航空航天大学 2012
硕士论文
[1]高压电缆局部放电在线监测技术研究[D]. 王明海.北京交通大学 2019
[2]XLPE电缆典型缺陷的局部放电特性研究[D]. 曹维丽.陕西师范大学 2018
[3]低温下氦气直流击穿特性研究[D]. 徐硕.华北电力大学(北京) 2017
[4]新型长链烷基硅烷偶联剂合成工艺研究[D]. 金林锋.郑州大学 2014
[5]线性环氧树脂预聚体粉末的制备及其应用研究[D]. 曾莉.中北大学 2013
[6]ITER中心螺管磁体线圈馈线系统CS1U热分析[D]. 汪燕.合肥工业大学 2013
[7]辐射环境下聚合物材料的绝缘击穿研究[D]. 刘弘景.天津大学 2007
[8]橡胶/粘土纳米复合材料气体渗透性能与机理研究[D]. 李昭.北京化工大学 2006
本文编号：3415156
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