【摘 要】
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随着架空线转为地下电缆工程的开展,配电网中电力电缆的数量日益增多,作为配电线路不可或缺的配电电缆附件越来越多地应用于城市配电网。配电电缆附件作为配电系统的关键连接部分,其安全稳定性至关重要。有关配电电缆附件的研究涉及缺陷模拟、故障检测、电场仿真等研究,而且附件内部存在多层界面,结构较为复杂。开展交流配电电缆附件复合绝缘缺陷分析及电场仿真研究可为电缆附件故障预警及事后分析提供指导建议,对配电网安全稳
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随着架空线转为地下电缆工程的开展,配电网中电力电缆的数量日益增多,作为配电线路不可或缺的配电电缆附件越来越多地应用于城市配电网。配电电缆附件作为配电系统的关键连接部分,其安全稳定性至关重要。有关配电电缆附件的研究涉及缺陷模拟、故障检测、电场仿真等研究,而且附件内部存在多层界面,结构较为复杂。开展交流配电电缆附件复合绝缘缺陷分析及电场仿真研究可为电缆附件故障预警及事后分析提供指导建议,对配电网安全稳定运行具有重要意义。研究中采用电缆附件绝缘介质实验规律探索和复合绝缘缺陷模拟仿真相结合的方法。测试分析受潮环境下配电电缆附件用复合绝缘（XLPE-SIR）的理化性能和电气绝缘性能变化规律;进一步研究酸碱环境对配电电缆附件绝缘性能的影响规律和影响机理;在此基础上,建立了配电电缆附件复合绝缘缺陷仿真模型,研究附件复合绝缘界面受潮缺陷及典型气-固缺陷的电场分布特性。首先,开展了配电电缆附件复合绝缘受潮缺陷实验规律研究。实验结果表明,XLPE与SIR分别表现为疏水性与亲水性。XLPE与SIR绝缘材料浸水时间越长O-H基团越多。浸水后XLPE的电气性能相较于SIR降低的较为严重。XLPE材料电阻率浸水后下降了一个数量级,而SIR材料下降了48.3%;XLPE与SIR的相对介电常数在受潮后升高到2.24与3.03;XLPE与SIR的击穿场强均呈现下降趋势。其次,研究了酸碱环境对配电电缆附件绝缘性能的影响。实验结果表明,相对而言,酸碱性大小对SIR试样的电阻、击穿性能影响较大,离子浓度因素对XLPE试样影响较大。经过不同酸碱性溶液浸泡后试样的体积电阻率均发生了不同程度的下降;XLPE与SIR试样的击穿场强均受强酸强碱溶液影响较大;与击穿电压相似,强酸强碱溶液对XLPE-SIR试样的闪络电压具有显著影响。再次,探究了配电电缆附件典型受潮缺陷引起的电场分布特性。对不同受潮缺陷类型的附件建模,计算附件内部出现水珠、水膜和水树等受潮缺陷时的电场分布规律,并对三种缺陷引起的内部电场畸变进行对比。当缺陷位于三结合点处时,引起电场畸变的规律为水树缺陷＞水膜缺陷＞水珠缺陷。水珠缺陷位于距三结合点3.5 mm处的界面上时,会产生最大电场畸变4.91 k V/mm;水膜缺陷在距三结合点12mm处时,局部电场最大为5.89 k V/mm;水树缺陷在三结合点处电场有最大值20.3 k V/mm。结合受潮实验与仿真数据对电缆附件受潮位置和受潮形态进行了权重分析。最后,扩展研究了配电电缆附件典型气-固缺陷引起的电场分布特性。建立了双层平板结构界面缺陷仿真模型,对固体缺陷造成的电场畸变进行仿真分析,金属缺陷、半导电缺陷引起的电场畸变较大;绝缘缺陷相对于前两者对电场的影响较小。进一步考虑了电缆附件实际结构,将双层平板介质缺陷模型扩展到配电电缆附件气-固缺陷模型,研究了典型气-固缺陷引起的电缆附件电场分布特性。计算结果表明,气泡缺陷与气隙缺陷在界面上引起的最大场强畸变分别为13k V/mm和4.58k V/mm,均超过空气击穿阈值。金属杂质与半导电杂质造成的最大畸变电场均出现在距离半导电断层约22mm处,约为3.67 k V/mm;相比而言,绝缘缺陷引起的最大电场畸变出现在应力锥根部,随着缺陷远离应力锥根部电场畸变呈现明显的下降趋势。
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