200kV直流电缆附件电场分布特性研究

摘要

直流输电具有输送灵活、损耗低、载流量大、易于控制、对于通信和生态环境影响小、适用于远距离及智能电网互联等优点，成为了未来高压远距离输电的发展趋势之一。电缆附件作为电力电缆系统中重要的组成部分，由于其结构复杂，电场易畸变，因此电缆附件成为高压直流输电线路中的薄弱环节。直流电缆附件稳态运行时，绝缘中的场强分布与材料电导率成反比，同时在附件内部双层介质交界面处由于电导特性的不连续易于集聚空间电荷，导致电场局部集中。研究绝缘材料电导特性和界面空间特性对直流电缆附件的电场分布的影响，可为直流电缆附件的设计提供指导。
　　本文以200kV预制式直流电缆附件和直流电缆终端为仿真模型，通过COMSOL Multiphysics软件计算了极性反转时间、电导率特性对直流电缆附件电场分布的影响;同时，根据实验数据采用高斯波包来模拟直流电缆附件内介质交界面上的空间电荷，计算界面空间电荷集聚的不同形状和其集聚在界面上不同位置对电缆终端电场分布的影响。
　　结果表明:随着电压极性反转时间的增加，电缆附件中交联聚乙烯内部场强、高压屏蔽管端部和应力锥根部场强均有减少的趋势;采用有效的调控手段降低绝缘材料的电导活化能同时提高绝缘材料电导非线性相关系数可以改善附件内部电场分布;直流电缆终端内交联聚乙烯与非线性硅橡胶交界面的空间电荷量及其在两侧绝缘中的分布影响高压直流电缆终端的电场分布，界面空间电荷在界面两侧绝缘层中径向集聚宽度越大，交联聚乙烯内最大场强越大;在交联聚乙烯与非线性硅橡胶交界面上空间电荷距离应力锥根部距离逐渐增大时，空间电荷对终端内最大场强值影响逐渐减小，而增强绝缘内最大场强的位置由应力锥根部转移到空间电荷包的所在位置，即在距离应力锥根部一定长度的空间电荷对应力锥根部非线性硅橡胶侧的最大电场强度影响很小。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的意义与背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 非线性绝缘材料特性

1．2．2 空间电荷特性

1．2．3 直流电缆附件电场分布特性

1．3 本文研究的主要内容

第2章 非线性硅橡胶的电导特性和空间电荷特性

2．1 试样制备及直流电导测试

2．1．1 实验原料及实验设备

2．1．2 试样制备流程

2．1．3 电导率测试方法

2．1．4 电导率测试结果

2．2 试样空间电荷测试

2．2．1 试样厚度与场强的选择

2．2．2 交联聚乙烯与非线性硅橡胶双层介质的空间电荷分布

2．2．3 交联聚乙烯与硅橡胶双层介质的空间电荷分布

2．3 本章小结

第3章 非线性硅橡胶的电导特性对电缆附件电场分布的影响

3．1．1 电缆附件结构

3．1．2 材料属性设置

3．2 极性反转过程中接头内部电场分布

3．3 绝缘材料非线性特性对电场分布的影响

3．3．1 电导活化能对电场分布的影响

3．3．2 电导非线性相关系数对电场分布的影响

3．4 本章小结

第4章 界面空间电荷对电缆附件电场分布的影响

4．1 空间电荷的形成

4．2 界面空间电荷的分布形态

4．1 仿真模型建立

4．2 界面空间电荷分布形态对电场分布的影响

4．2．1 不考虑空间电荷时的终端电场分布

4．2．2 考虑空间电荷时的终端电场分布

4．2．3 界面空间电荷分布的中心峰值大小对电场分布的影响

4．2．4 界面上不同位置的空间电荷对电场分布的影响

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间的学术成果

致谢