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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

秦艳军  
【摘要】:近年来,基于电压源换流器的新型直流输电技术发展迅速,交联聚乙烯直流电缆系统在电力输运工程中有着巨大的发展前景。已有运行经验表明,电缆与附件间的复合界面最易发生击穿故障。为解决该问题,目前的研究主要集中在对附件复合绝缘材料进行纳米改性,使得两种材料的电导率能够很好地匹配,从而降低界面空间电荷的积聚,而直流电压作用下界面压力、温度、界面自由电荷以及附件安装缺陷对界面击穿的影响目前尚无报道。首先,本文仿真分析了温度梯度及安装缺陷存在时接头内的电场分布情况。仿真结果表明,随着线芯温度的升高,高压屏蔽端部场强不断降低,而应力锥根部场强不断增大,且接头绝缘内的电场分布发生反转;XLPE绝缘表面的半导电微粒及气隙有削弱高压屏蔽端部电场的趋势,但缺陷处的电场强度却会有较大幅度升高,且缺陷距离应力锥根部越近,缺陷处的场强越高。其次,本文研究了压力、温度及空间电荷对XLPE/SR复合介质界面直流击穿电压的影响。实验结果表明:不同温度下界面击穿电压随着压力的增大呈现先减小后增大的趋势;当压力较小时,界面击穿电压随着温度的升高逐渐降低,而当压力较大时,界面击穿电压随着温度的升高有逐渐增大的趋势;空间电荷能够显著降低复合介质界面击穿电压。最后,研究了电缆附件用硅橡胶材料在热-机械协同老化作用下的应力松弛特性。实验表明:老化前后硅橡胶的弹性模量与测试温度基本无关;老化后试样的弹性模量与变形率会有较大幅度升高,且随着老化时间的增加,二者都呈线性规律变化。在假设老化前后圆筒绝缘模型高度不变、体积不变、中径与试样变形率相等的基础上推导得出了老化后圆筒内、外径的变化率,从而得以对绝缘筒内的压力分布进行仿真分析。


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