电缆安全技术论文提纲

论文题目：高压直流电缆运维检修关键技术研究

摘要：高压直流电缆是直流输电系统的重要组成部分,对高压直流电缆运维检修关键技术进行研究,以期降低运维检修成本,提高安全可靠性、直流输电经济性,对普及直流输电有重要意义。高压直流电缆运行时导体的温度影响着电缆的电场分布,直接关系电缆安全运行。研究带缺陷电缆电场的分布有助于我们在电缆设计、制造和安装过程中,采取相应的预防措施,避免缺陷的产生。对电缆绝缘材料进行热老化试验可以计算电缆寿命评估电缆状态以便制定维护检修策略。本文以±500kV高压直流交联聚乙烯（XLPE）电缆为研究对象,对该电缆运维检修关键技术进行研究。首先对电缆的运行温度进行研究,基于Comsol有限元软件建立了二维模型对±500kV高压直流XLPE电缆的温度场进行稳态仿真,计算出稳态载流量,根据适合电缆长期运行的导体温度计算出电缆正常工作下的载流量;绘制三维图得出载流量对导体温度和绝缘层温差影响较大的结论;规划电缆正常运行的安全工作范围,环境温度小于15℃时运行温度受绝缘层温差影响,环境温度大于15℃时运行温度受载流量影响。其次开展负荷循环试验,测量电缆的外护套温度、绝缘屏蔽层温度以及导体温度,导体温度和绝缘屏蔽层温度平滑上升,外护套温度上升曲折;对电缆温度场进行暂态仿真,仿真结果和试验数据的误差小于5%,验证了暂态仿真的正确性,再将暂、稳态结果进行对比,验证了稳态仿真的正确性。再次建立该电缆的电场仿真模型,仿真结果显示:随着载流量的增大,电场分布逐渐发生反转,绝缘层内的电场分布绕着绝缘层中点呈现逆时针旋转现象;模拟线芯处存在金属毛刺、绝缘中残留气隙、绝缘层被划伤这三种常见电缆缺陷,结果显示第一种缺陷对电缆影响最大,第三种缺陷造成的影响最小。最后对绝缘材料XLPE样品进行热老化试验,热老化后样品变黄变脆,绝缘性能下降严重;随着老化时间和老化温度的增加,样品的断裂伸长率下降严重,力学性能严重退化;设置电缆寿命终止条件,用处理后的数据建立XLPE电缆的热老化模型;测量样品体积电阻率、介电常数和介质损耗tanδ,测量结果显示:体积电阻率在老化过程中减小,介电常数和tanδ则在老化过程中变大且频率的变化对二者影响不大。

关键词：高压直流电缆;运维检修;温度场;热老化

学科专业：电气工程（专业学位）

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 电缆运行温度分布及载流量

1.2.2 高压直流电缆电场分布

1.2.3 绝缘材料热老化研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 ±500kV高压直流电缆运行温度研究

2.1 等效热路模型

2.2 稳态载流量计算

2.2.1 第一个约束条件

2.2.2 第二个约束条件

2.3 有限元仿真

2.3.1 有限元法

2.3.2 传热模块

2.3.3 仿真模型

2.3.4 边界条件设定

2.3.5 网格分布设定

2.4 仿真结果

2.4.1 稳态载流量求解

2.4.2 适合电缆长期运行载流量求解

2.5 影响因素分析

2.6 本章小结

第三章 ±500kV高压直流电缆温度试验

3.1 电缆试验

3.2 型式试验

3.2.1 负荷循环试验

3.2.2 冲击电压试验

3.3 试验设备

3.3.1 直流加压模块

3.3.2 大电流穿心变压器

3.3.3 电流互感器

3.3.4 K型热电偶

3.4 试验方案

3.4.1 试验步骤

3.4.2 测温点的选定

3.4.3 加载电流步骤

3.5 试验结果与仿真结果分析

3.5.1 试验结果

3.5.2 仿真结果

3.6 本章小结

第四章 缺陷下±500kV高压直流电缆电场仿真研究

4.1 直流电缆常见故障

4.2 有限元仿真

4.2.1 有限元法计算电场的必要性

4.2.2 控制方程

4.2.3 材料参数定义

4.2.4 边界条件设定

4.2.5 无缺陷电缆仿真结果

4.3 缺陷电缆电场仿真

4.3.1 缺陷电缆仿真模型设计

4.3.2 缺陷电缆仿真结果分析

4.4 本章小结

第五章 电缆绝缘材料老化试验

5.1 老化模型

5.1.1 热老化模型

5.1.2 电老化模型

5.2 热老化试验方案

5.2.1 方案确定依据

5.2.2 方案确定

5.3 试验结果

5.3.1 热老化对XLPE机械性能的影响

5.3.2 电缆使用寿命计算

5.3.3 电缆老化前后电阻率的变化

5.3.4 电缆老化后介质损耗的变化

5.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢