基于SCLC理论的交流配电XLPE电缆在不同直流拓扑下的运行参数研究
发布时间：2022-11-03 21:20
目前,随着新能源电源和直流负荷的快速发展,直流配电技术逐渐成为了国内外研究的焦点。然而,在我国大中型城市新建直流配电线路非常困难。如果能够对原有交流配电线路进行直流改造,对于直流配电网的实现具有重要意义。但由于国内外相关理论研究和运行经验较少,将交流电缆配电线路改为直流运行后,其运行参数的取值一般较为保守,导致原有电缆线路的供电能力得不到有效利用。为此,本文基于空间电荷限制电流（Space Charge Limited Current,SCLC）理论对交流交联聚乙烯（Cross-linked Polyethylene,XLPE）配电电缆直流改造后的运行参数进行了研究,取得的主要成果如下:提出了交流配电XLPE电缆改为直流运行后的直流运行电压设计方法。为了最小化空间电荷积累给电缆绝缘造成的影响,将空间电荷积累阈值场强这一概念应用于配电电缆交改直领域。搭建了高温高场强直流电导电流测试系统,研究了10 kV交流XLPE、35 kV交流XLPE和硅橡胶三种试样的电导电流特性,利用SCLC理论得到了三种试样的空间电荷积累阈值场强。通过将电缆绝缘中的最大场强限制在阈值场强以下,得到了三芯10 kV...
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 交流配电电缆直流改造的研究现状
1.2.1 电缆配电线路交改直的拓扑结构
1.2.2 交流配电XLPE电缆系统的直流改造
1.3 论文的主要工作
第2章 电缆绝缘试样测试系统和热电耦合仿真模型
2.1 绝缘试样的制备
2.2 绝缘试样测试系统
2.2.1 绝缘试样电气性能测试系统
2.2.2 绝缘试样表征测试设备
2.3 交流配电XLPE电缆系统热电耦合仿真模型
2.3.1 交流配电XLPE电缆系统的结构和材料参数
2.3.2 有限元仿真基本方程和环境参数
2.3.3 有限元仿真模型验证
2.4 本章小结
第3章 基于空间电荷限制电流理论的绝缘试样电导电流特性研究
3.1 空间电荷限制电流理论
3.1.1 空间电荷限制电流理论的基本方程
3.1.2 空间电荷限制电流理论的J-U曲线
3.2 绝缘试样的电导电流密度特性研究
3.2.1 电导电流密度曲线斜率
3.2.2 空间电荷积累阈值场强
3.3 绝缘试样的电导率计算和分析
3.3.1 电导率及其活化能计算
3.3.2 电导率拟合研究
3.4 本章小结
第4章 交流配电XLPE电缆在不同直流拓扑结构下的运行参数研究
4.1 交流配电XLPE电缆的热场和直流载流量研究
4.1.1 不同直流拓扑结构下电缆的热场分布和直流载流量
4.1.2 不同直流拓扑结构下电缆的直流载流量对比分析
4.2 交流配电XLPE电缆的稳态电场和直流运行电压研究
4.2.1 绝缘温差对电缆稳态电场的影响
4.2.2 交流配电XLPE电缆的稳态电场分析
4.3 交流配电XLPE电缆的直流输送功率分析
4.3.1 不同直流拓扑结构下的交流配电电缆输送功率计算
4.3.2 交流配电XLPE电缆输送功率的对比分析
4.4 交流配电XLPE电缆的暂态电场研究
4.4.1 电缆在极性反转电压下的暂态电场
4.4.2 电缆在雷电冲击电压下的暂态电场
4.5 本章小结
第5章 交流运行年限对10 kV交流XLPE电缆直流运行参数的影响
5.1 环切试样的表征和陷阱特性研究
5.1.1 环切试样的表征特性分析
5.1.2 环切试样的陷阱特性分析
5.2 环切试样的电导电流特性研究
5.2.1 电导电流密度特性分析
5.2.2 电导率计算和拟合
5.3 不同交流运行年限10 kV交流XLPE电缆的热电耦合仿真
5.3.1 双极式直流拓扑结构下电缆的直流载流量
5.3.2 双极式直流拓扑结构下电缆的稳态电场和输送功率
5.4 10kV交流XLPE电缆绝缘的交流、直流耐压特性
5.4.1 交流、直流击穿测试结果和分析
5.4.2 交流、直流E-t特性计算和分析
5.5 本章小结
第6章 基于同轴双层绝缘模型的XLPE电缆中间接头电场计算与优化
6.1 同轴双层绝缘稳态直流电场计算模型
6.1.1 同轴双层绝缘稳态直流电场计算理论
6.1.2 同轴双层绝缘稳态直流电场计算模型的仿真验证
6.2 中间接头应力锥稳态直流电场计算与优化算法
6.2.1 中间接头应力锥稳态直流电场计算与优化原理
6.2.2 中间接头应力锥稳态直流电场计算与优化算法的验证
6.3 10kV交流XLPE电缆中间接头稳态直流电场计算与优化
6.3.1 10kV交流XLPE电缆中间接头热电耦合仿真
6.3.2 10kV交流XLPE电缆中间接头绝缘界面处空间电荷计算
6.3.3 10kV交流XLPE电缆中间接头应力锥稳态直流电场优化
6.4 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 研究工作展望
参考文献
作者简介
攻读博士学位期间的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]交流配电XLPE电缆直流改造的拓扑结构和空间电荷研究综述[J]. 于竞哲,陈向荣. 浙江电力. 2019(09)
[2]160kV直流XLPE电缆绝缘的直流E-t特性[J]. 刘霞,于钦学,刘明昊,钟力生,傅明利,侯帅. 高电压技术. 2019(01)
[3]如何理解工程电介质中极化与电导两个基本物理过程及其测量的科学原理与方法[J]. 雷清泉,刘关宇. 中国电机工程学报. 2018(23)
[4]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)
[5]双层绝缘结构高压直流电缆电场分布仿真[J]. 李忠华,陈漳. 高电压技术. 2017(11)
[6]基于等温表面电位衰减法的氧化石墨烯/低密度聚乙烯纳米复合材料陷阱分布特性[J]. 李忠磊,韩晨磊,赵伟铭,杜伯学. 高电压技术. 2017(11)
[7]现役交流XLPE电缆绝缘切片试样的交、直流耐压性能对比[J]. 刘英,姜晖,曹晓珑. 高电压技术. 2017(11)
[8]基于有限元法对±320 kV直流XLPE电缆中间接头电场与空间电荷的仿真计算[J]. 严有祥,朱婷,王蕾. 高电压技术. 2017(11)
[9]交流XLPE电缆改为直流运行时空间电荷积累特性仿真[J]. 刘士利,李丛健,沈方,王春生,蔡国伟,宋卓然. 高电压技术. 2017(11)
[10]直流配电网断路器优化配置方法[J]. 王鑫杰,徐习东,裘鹏. 电力系统自动化. 2017(23)
博士论文
[1]交联聚乙烯—硅橡胶界面电痕破坏现象研究[D]. 古亮.天津大学 2010
硕士论文
[1]35kV三芯交流XLPE电缆改直流运行的温度场和电场耦合分析[D]. 邱玉婷.浙江大学 2017
[2]高压直流交联聚乙烯电缆电热耦合研究和稳态载流量计算[D]. 黄吉超.华南理工大学 2016
[3]交联聚乙烯/硅橡胶复合绝缘界面直流击穿特性及其影响因素[D]. 秦艳军.哈尔滨理工大学 2016
[4]基于空间电荷限制电流效应与肖特基接触的立方氮化硼单晶整流特性的研究[D]. 胡易轩.吉林大学 2013
[5]利用空间电荷限制电流法对有机材料迁移率的研究[D]. 骆杨.吉林大学 2012
本文编号：3700644
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 交流配电电缆直流改造的研究现状
1.2.1 电缆配电线路交改直的拓扑结构
1.2.2 交流配电XLPE电缆系统的直流改造
1.3 论文的主要工作
第2章 电缆绝缘试样测试系统和热电耦合仿真模型
2.1 绝缘试样的制备
2.2 绝缘试样测试系统
2.2.1 绝缘试样电气性能测试系统
2.2.2 绝缘试样表征测试设备
2.3 交流配电XLPE电缆系统热电耦合仿真模型
2.3.1 交流配电XLPE电缆系统的结构和材料参数
2.3.2 有限元仿真基本方程和环境参数
2.3.3 有限元仿真模型验证
2.4 本章小结
第3章 基于空间电荷限制电流理论的绝缘试样电导电流特性研究
3.1 空间电荷限制电流理论
3.1.1 空间电荷限制电流理论的基本方程
3.1.2 空间电荷限制电流理论的J-U曲线
3.2 绝缘试样的电导电流密度特性研究
3.2.1 电导电流密度曲线斜率
3.2.2 空间电荷积累阈值场强
3.3 绝缘试样的电导率计算和分析
3.3.1 电导率及其活化能计算
3.3.2 电导率拟合研究
3.4 本章小结
第4章 交流配电XLPE电缆在不同直流拓扑结构下的运行参数研究
4.1 交流配电XLPE电缆的热场和直流载流量研究
4.1.1 不同直流拓扑结构下电缆的热场分布和直流载流量
4.1.2 不同直流拓扑结构下电缆的直流载流量对比分析
4.2 交流配电XLPE电缆的稳态电场和直流运行电压研究
4.2.1 绝缘温差对电缆稳态电场的影响
4.2.2 交流配电XLPE电缆的稳态电场分析
4.3 交流配电XLPE电缆的直流输送功率分析
4.3.1 不同直流拓扑结构下的交流配电电缆输送功率计算
4.3.2 交流配电XLPE电缆输送功率的对比分析
4.4 交流配电XLPE电缆的暂态电场研究
4.4.1 电缆在极性反转电压下的暂态电场
4.4.2 电缆在雷电冲击电压下的暂态电场
4.5 本章小结
第5章 交流运行年限对10 kV交流XLPE电缆直流运行参数的影响
5.1 环切试样的表征和陷阱特性研究
5.1.1 环切试样的表征特性分析
5.1.2 环切试样的陷阱特性分析
5.2 环切试样的电导电流特性研究
5.2.1 电导电流密度特性分析
5.2.2 电导率计算和拟合
5.3 不同交流运行年限10 kV交流XLPE电缆的热电耦合仿真
5.3.1 双极式直流拓扑结构下电缆的直流载流量
5.3.2 双极式直流拓扑结构下电缆的稳态电场和输送功率
5.4 10kV交流XLPE电缆绝缘的交流、直流耐压特性
5.4.1 交流、直流击穿测试结果和分析
5.4.2 交流、直流E-t特性计算和分析
5.5 本章小结
第6章 基于同轴双层绝缘模型的XLPE电缆中间接头电场计算与优化
6.1 同轴双层绝缘稳态直流电场计算模型
6.1.1 同轴双层绝缘稳态直流电场计算理论
6.1.2 同轴双层绝缘稳态直流电场计算模型的仿真验证
6.2 中间接头应力锥稳态直流电场计算与优化算法
6.2.1 中间接头应力锥稳态直流电场计算与优化原理
6.2.2 中间接头应力锥稳态直流电场计算与优化算法的验证
6.3 10kV交流XLPE电缆中间接头稳态直流电场计算与优化
6.3.1 10kV交流XLPE电缆中间接头热电耦合仿真
6.3.2 10kV交流XLPE电缆中间接头绝缘界面处空间电荷计算
6.3.3 10kV交流XLPE电缆中间接头应力锥稳态直流电场优化
6.4 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 研究工作展望
参考文献
作者简介
攻读博士学位期间的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]交流配电XLPE电缆直流改造的拓扑结构和空间电荷研究综述[J]. 于竞哲,陈向荣. 浙江电力. 2019(09)
[2]160kV直流XLPE电缆绝缘的直流E-t特性[J]. 刘霞,于钦学,刘明昊,钟力生,傅明利,侯帅. 高电压技术. 2019(01)
[3]如何理解工程电介质中极化与电导两个基本物理过程及其测量的科学原理与方法[J]. 雷清泉,刘关宇. 中国电机工程学报. 2018(23)
[4]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)
[5]双层绝缘结构高压直流电缆电场分布仿真[J]. 李忠华,陈漳. 高电压技术. 2017(11)
[6]基于等温表面电位衰减法的氧化石墨烯/低密度聚乙烯纳米复合材料陷阱分布特性[J]. 李忠磊,韩晨磊,赵伟铭,杜伯学. 高电压技术. 2017(11)
[7]现役交流XLPE电缆绝缘切片试样的交、直流耐压性能对比[J]. 刘英,姜晖,曹晓珑. 高电压技术. 2017(11)
[8]基于有限元法对±320 kV直流XLPE电缆中间接头电场与空间电荷的仿真计算[J]. 严有祥,朱婷,王蕾. 高电压技术. 2017(11)
[9]交流XLPE电缆改为直流运行时空间电荷积累特性仿真[J]. 刘士利,李丛健,沈方,王春生,蔡国伟,宋卓然. 高电压技术. 2017(11)
[10]直流配电网断路器优化配置方法[J]. 王鑫杰,徐习东,裘鹏. 电力系统自动化. 2017(23)
博士论文
[1]交联聚乙烯—硅橡胶界面电痕破坏现象研究[D]. 古亮.天津大学 2010
硕士论文
[1]35kV三芯交流XLPE电缆改直流运行的温度场和电场耦合分析[D]. 邱玉婷.浙江大学 2017
[2]高压直流交联聚乙烯电缆电热耦合研究和稳态载流量计算[D]. 黄吉超.华南理工大学 2016
[3]交联聚乙烯/硅橡胶复合绝缘界面直流击穿特性及其影响因素[D]. 秦艳军.哈尔滨理工大学 2016
[4]基于空间电荷限制电流效应与肖特基接触的立方氮化硼单晶整流特性的研究[D]. 胡易轩.吉林大学 2013
[5]利用空间电荷限制电流法对有机材料迁移率的研究[D]. 骆杨.吉林大学 2012
本文编号：3700644
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