0引言
局放是电缆使用中的常见故障之一,也是造成电缆绝缘老化、使用性能降低的主要原因,这与绝缘内部存在的问题有着密切联系。电缆局部放电检测是判断电缆绝缘使用情况的主要故障检测方法。现阶段针对交联聚乙烯电缆(XLPE)局部放电研究原理相对健全,检测方法及技术体系初步形成。但是,针对该种电缆局部放电特征研究分析不足,对其没有形成规范性、统一性、标准性的检测体系。
基于这种情况下,对该种电缆局部放电特征研究,逐步成为衡量电缆绝缘性能的有效方式。本文通过对 XLPE 高压直流电缆进行研究,选择不同绝缘问题开展仿真试验,明确局部放电特征,制定针对性运维检修策略,有利于对高压直流电缆绝缘使用情况进行评估,更好提升高压电缆故障诊断及运维检修工作效率和质量,更好保障电力电缆安全稳定运行。
2高压电缆绝缘缺陷仿真分析
2.1 仿真模型构建
选在研究电力电缆绝缘缺陷中,利用 comsol 开展仿真分析。在仿真模型搭建中,需要确保不同环境中 XLPE 电缆附属绝缘材料和主绝缘材料间的电导率处于稳定范围区间,从而对空间电荷进行有效控制 。一般情况下,电缆中部位置的接头区域存在双层介质交界面,其中所产生的电导率对空间电荷起到影响作用,这就需要对交界面电导率进行合理管控,有利于保障电缆中部接头区域的绝缘安全。基于这种情况下,将预制式电缆作为研究对象,电缆中部接头位置仿真模型如图1所示,图1中 a、g 是应力锥根部,d、e 是高压屏蔽端部。
图1 仿真模型
2.2 不同参数对电缆附件的影响分析
针对电缆附件性能研究中,主要从电压、气隙尺寸、气隙位置三个方面分析,判断其对电缆附件运行性能的影响大小。
第一,电压试验。本文在仿真试验中选择的电压是电缆正常工作的额定电压,U0=320kV。在这种电压下,由图1可知 XLPE 电缆中部接头位置绝缘 界面电场分布。从图1可知,在额定电压状态下,应力锥根部的电场强度是6.82kV/nm,没有超过绝缘击穿电场强度25kV/nm,这代表中部接头位置的裕度设计合理 。
第二,气隙尺寸试验。在额定电压环境下,为更好分析气隙尺寸对电缆附属部分的影响程度,分别在复合绝缘界面上使用了0.5nm 和1.5nm 气隙尺寸,试验结果如图2所示。由图2可知,电缆接头位置如果有气隙,绝缘复合界面电场强度会产生突变,气隙尺寸持续增大,突变程度更加明显。
第三,气隙位置试验。在额定电压环境下,为更好分析气隙位置对电缆附属部分的影响程度,分别在复合绝缘界面上距离 a 点40nm 和20nm 设置了 2nm 气隙,试验结果如图2所示。从图2可知,电缆接头如果有气隙的环境下,绝缘复合界面电场强度出现突变。但是,20nm 处是大于40nm 位置的,这源于应力锥对突变电场强度进行了改变,导致其呈现集聚趋势。
图2 试验结果
3 XLPE 电缆绝缘缺陷模拟试验分析
3.1 电缆绝缘缺陷种类
在整个模拟试验过程中,主要设置了当前电缆使用中容易出现的五种缺陷,以此分析出电缆局部放电现象及特征。
第一,中间部位存在错误缺陷。将中部位置接 头进行移动,产生错位反应。
第二,主绝缘悬浮电位缺陷。在电缆外部屏蔽层位置中,找出其中存在的断口,并且铺设铜粉。
第三,主绝缘层存在气隙缺陷。在屏蔽层的断口处,设置出凹陷。
第四,外部损坏绝缘。将铁钉打入主绝缘层。
第五,主绝缘外尖端存在缺陷。使用工具在屏蔽层位置的断口处设置出三个锯齿凹陷。
3.2 模拟试验方案
针对 XLPE 电缆绝缘缺陷模拟试验中,需要从加压方法、试验平台、试验步骤三个方面开展工作。从加压方法分析,整个试验过程中,都需要对局部放电过程使用升压法进行加压。而且,这种加压方式是可以进行持续加压,最终可以对电缆击穿。从试验平台而言,整个试验过程需要由两个±320kV XLPE电缆、两个±320kV XLPE 电缆接头和1套 ±320kV中部接头组成,试验系统如图3所示。从试验步骤来说,整个试验过程划分为三个部分。
第一,按照试验明确的电缆缺陷对其进行设置,并且按照系统运行要求对线路进行连接,需要将局部放电测试装备安装,也要采取合理的屏蔽方式。
第二,在整个试验前,应该对所有设备进行校正,并且在回路还没有施加压力的初始情况下对中心频率收集。第三,在加压环境下,对干扰信号、起始电压等进行测量。第四,对电压进行升高,对局部放电进行检测。
3.3 试验过程及结果分析
在 XLPE 电缆绝缘缺陷模拟试验中,主要是对五个缺陷问题进行测试,需要对这五种试验构成分别分析,以此对局部放电特征进行明确。
图3 试验系统
第一,在中部位置接头错位和主绝缘层悬浮点位缺陷分析,在对这两种缺陷设置后,并没有检测到有任何放电信号产生。通过对其分析后,发现这是由两种缺陷影响造成的,因电缆所设计裕度有非常好的抗性,模拟过程所设置的缺陷程度难以产生显著放电信号 。
第二,在主绝缘气隙缺陷中,通过对其进行密切检测,发现整个放 电现象较为稳定,但是 0.1~0.4min 形成了空隙期。
第三,在外部缺陷测试中,整个测试初期因电离影响下,对外部电场进行削弱,造成放电信号消失。经过对电压加大后,形成了局部放电需求大小,促使其重新放电,最后升高到一定强度后造成了绝缘击穿。并且在这种过程中,部分放电现象非常突出,具有集中化、数值大、时间短等特点,能够在更快速度中对绝缘层击穿。
第四,在主绝缘外部尖端缺陷中,整个放电过程会随着电压增大进行升高。因此,在不同绝缘缺陷下,所产生的局部放电现象是不同的,这对整个电力电缆造成的影响程度也是存在差异的,只有将放电现象进行合理确定,才能更好地对缺陷问题进行判断,有效保障电力电缆运行安全。
4结语
为在市场经济发展中,电力行业越来越重要,为国民经济发展和人民群众生活提供了充足的动力支持。而整个电力供应过程,都是依托电缆实现的,一旦电缆存在缺陷问题,会造成故障频繁,直接影响电力供应的安全稳定性。基于这种情况下,应该对电力电缆局部放电研究分析,通过对具体电缆缺陷问题的深度剖析,逐步对局部放电现象及特征进行明确,有利于更好支撑电缆故障检修工作。
参考文献
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