电缆终端应力锥错位缺陷对界面温度及应力分布有怎样的影响?

时间:2024-03-27来源:佚名

电缆终端接头广泛应用于电缆线路中,但在实际安装与运行中因人为或运行环境的影响会造成终端头内部缺陷。其中,应力锥错位缺陷作为电缆终端典型缺陷的一种,会使电缆终端内部电场分布不均、应力分布变化、引发局部放电,易造成绝缘击穿。


东北电力大学输电工程安全技术工程实验研究团队分别建立了应力锥安装不足与安装过盈情况下的电缆终端缺陷模型,对电缆终端电-热-力多物理场运行特性进行仿真分析,分别研究应力锥错位缺陷对电缆界面温度及应力分布的影响,提出电缆终端头的合理安装尺寸范围以避免对其内部应力分布产生不利影响。

研究背景

电缆终端作为电力电缆线路中的薄弱部位,在电缆终端运行中缺陷部位同时受到内部电场、热传导与界面应力的影响,会出现局部电场升高,温度上升与应力集中现象,进而造成一定程度上的绝缘老化和故障问题,影响电缆终端正常运行,众多研究工作者为分析各种缺陷对电缆终端接头运行特性的影响也开展了大量的工作以减少终端接头绝缘老化事故的风险。


论文所解决的问题及意义

目前,电缆终端应力锥错位缺陷的研究大部分集中在缺陷状态下终端的电—热运行特性分析,对于应力锥错位缺陷造成的终端内部应力分布变化研究还不够全面。电缆终端错位缺陷会影响终端内部结构特性,造成缺陷部位应力畸变更为严重,因此分析电缆终端在不同程度应力锥缺陷下的应力分布特性很有必要。本文对电缆终端缺陷模型进行电—热—力多物理场仿真分析,以研究应力锥错位缺陷对电缆终端运行特性影响,为实际终端安装选择合适安装尺寸。


论文方法及创新点

电缆终端在运行过程中由电磁损耗形成热源,导致终端内部温度分布变化,再由材料热膨胀产成终端热应力与形变。本文在计算电缆终端应力锥错位缺陷内部热应力分布中采用电场—温度场—应力场多物理场耦合计算方法,其计算流程见下图。



研究电缆终端不同程度应力锥错位缺陷对终端运行的影响,通过分析应力锥错位缺陷终端内部结构形式,分别建立电缆终端安装不足-2.5、-5.0、-7.5mm与电缆终端安装过盈 2.5、 5.0、 7.5 mm状态的应力锥错位缺陷模型,仿真分析电缆终端安装不足与安装过盈两类终端缺陷,电缆终端安装不足-5.0mm与安装过盈 5.0mm缺陷示意图与模型图如下。



电缆终端应力锥错位缺陷对界面温度及应力分布有怎样的影响?


仿真分析得到安装不足与安装过盈错位缺陷电缆终端界面温度及应力分布变化见下图,其中重点研究终端局部电场升高位置与缺陷产生位置处的应力变化情况,得到错位缺陷对终端界面温度与应力分布的影响。


电缆终端应力锥错位缺陷对界面温度及应力分布有怎样的影响?


应力锥错位缺陷电缆终端相较于正常运行终端,电缆终端绝缘界面温度都会升高,且温度升高趋势类似。电缆终端温度升高会导致绝缘材料老化和性能降低,同时终端温度升高还会导致材料热膨胀变形增大,造成终端热应力的二次畸变。


电缆终端应力锥错位缺陷对界面温度及应力分布有怎样的影响?


应力锥缺陷电缆终端本体绝缘表面承受压力变化增大,绝缘界面压力最大值处于终端半导电层截断处,且界面压力峰值随截断位置变化而发生变化。其中电缆终端安装不足为-2.5mm时电缆绝缘表面压力值最大;终端安装过盈为 5.0mm时电缆绝缘表面压力值最大。



结论

1)电缆终端安装不足会导致界面部分区域电场强度升高,但不会影响应力锥均匀电场的能力,电缆终端安装中若出现安装不足缺陷,应保证应力锥根部超出绝缘屏蔽层截断处至少5.0mm,以避免结构内部出现较大的界面压力。

2)电缆终端安装过盈会影响应力锥均匀电场的能力并产生电场畸变,终端安装过盈运行时绝缘承受压力增加且突变明显,该处压力变化与升高的畸变电场叠加,使终端绝缘更容易发生破坏,因此电缆终端安装中应避免出现安装过盈缺陷。


团队介绍

电缆终端应力锥错位缺陷对界面温度及应力分布有怎样的影响?


吉林省输电工程安全技术工程实验室长期致力于复杂环境下智能电网运行特性监测及运行故障安全控制研究工作。主要涉及超特高压输电线路运行特性、城网电缆线路缺陷诊断及故障测距技术、海底电缆载流量监测及路径探测技术、导地线直流融冰技术、导地线接续技术等研究方向。


依托实验室平台,东北电力大学电网灾变防御与安全运行科研团队先后获吉林省科技攻关重点研发项目,国家电网公司揭榜挂帅项目,中国南方电网公司科技攻关项目等项目资助,具有优异的电网灾变防御与安全运行理论、仿真、试验等条件,拥有丰富的科技攻关经验。


论文第一作者为东北电力大学祝贺教授,研究生导师,吉林省三级教授,东北电力大学建筑工程学院副院长,吉林省高校科研春苗人才,首批东北电力大学优秀青年骨干教师,中国电机工程学会高级会员,中国电工技术学会高级会员,IEEE会员。


近3年,主持吉林省科技厅重大科研项目、重点科研项目各1项、国网吉林省电力有限公司揭榜挂帅项目1项、其他电网科技攻关项目8项;发表高水平期刊论文18篇;出版学术专著6部;带领科研团队攻克学术、技术难关,开展了技术含量高、关联度大、支撑引领作用强的产业创新项目,有效推进了产业关键技术创新和科技成果转化。


本工作成果发表在2024年第1期《电工技术学报》,论文标题为“电缆终端应力锥错位缺陷对界面温度及应力分布的影响”。本课题得到吉林省科技发展计划资助项目的支持。

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