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  • 頭條高頻諧波對電纜終端表面熱點(diǎn)的形成有何影響?
    2022-09-21 作者:趙慶杰、史磊 等  |  來源:《電氣技術(shù)》  |  點(diǎn)擊率:
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    導(dǎo)語對于非線性應(yīng)力控制型電纜,高頻諧波會(huì)導(dǎo)致電纜半導(dǎo)電層截?cái)辔恢锰幍木植侩妶鰪?qiáng)度增大、總功率損耗密度增加,從而在電纜終端表面形成過熱點(diǎn);對于應(yīng)力錐型電纜終端,由于材料的電導(dǎo)率受諧波頻率變化的影響不大,總功率損耗密度也很小,因而其發(fā)熱并不嚴(yán)重,沒有熱點(diǎn)出現(xiàn)。

    目前,隨著城市電力電纜使用量的快速增加,與之配合使用的電纜終端應(yīng)用越來越普遍,但是電纜終端卻是電力電纜線路中的相對薄弱環(huán)節(jié),電纜終端擊穿甚至終端炸頭的事件時(shí)有發(fā)生,電纜終端的運(yùn)行和維護(hù)成為困擾電力運(yùn)行單位的一大難題。

    伴隨著最近幾年的發(fā)展,交-直-交供電系統(tǒng)的應(yīng)用,尤其是一些高壓、大功率等非線性電力電子器件的廣泛應(yīng)用,加之接受端系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜性的增加,特別是一些大容量和非線性負(fù)載的使用,加劇了電網(wǎng)系統(tǒng)中的高頻諧波等一系列問題。諧波電壓中含有眾多的高次諧波成分,高頻諧波使設(shè)備的絕緣問題變得嚴(yán)重,導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)熱故障、擊穿故障和過早損壞等一系列問題。

    為理清高頻諧波對電纜終端表面熱點(diǎn)形成的影響,國網(wǎng)寧夏電力有限公司超高壓公司、國網(wǎng)寧夏電力有限公司的研究人員趙慶杰、史磊、柴斌,在2022年第5期《電氣技術(shù)》上撰文,對兩種不同類型的電纜終端建立其電-熱耦合場有限元仿真模型,并利用COMSOL仿真軟件對電纜終端表面熱點(diǎn)現(xiàn)象進(jìn)行電-熱耦合場有限元仿真,從而深入理解電纜終端表面熱點(diǎn)受高頻諧波變化影響而出現(xiàn)的特征,理清諧波頻率對電纜終端內(nèi)部瞬態(tài)電場及表面熱點(diǎn)的具體影響。

    研究人員指出,本課題所使用的電纜終端為SG型電纜終端和GEO型電纜終端。其中SG型電纜終端的非線性應(yīng)力控制層材料主要成分是半導(dǎo)電材料,其主要作用是疏散外半導(dǎo)電層截?cái)嗵幖械碾妶觯?dāng)外半導(dǎo)電層截?cái)嗵幍木植侩妶鰪?qiáng)度增大時(shí),其所對應(yīng)的電導(dǎo)率成指數(shù)規(guī)律增加,有助于電場能量的釋放。GEO型電纜終端利用應(yīng)力錐的幾何結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將電場分散到整個(gè)錐形結(jié)構(gòu)上,能夠有效控制電場強(qiáng)度。兩種電纜終端簡化模型如圖1所示。

    圖1 兩種電纜終端簡化模型

    研究人員表示,通過在不同諧波頻率作用下對兩種類型電纜終端的電場強(qiáng)度及總功率損耗密度的仿真分析可以得出,對于SG型電纜終端,電場強(qiáng)度最強(qiáng)處在其半導(dǎo)電層截?cái)嗵幐浇?,同時(shí),在此處的電場畸變比較嚴(yán)重,總功率損耗密度最大,發(fā)熱也比較嚴(yán)重,因此,此處極易形成局部熱點(diǎn)。

    隨著諧波頻率的增大,SG型電纜終端處的局部功率損耗密度不斷升高,特別是總功率損耗密度成指數(shù)關(guān)系升高。而對于GEO型電纜終端,由于其材料的不同,電導(dǎo)率受諧波頻率變化的影響并不大,因而總功率損耗密度也不大。

    另外,隨著諧波頻率的增加,SG型和GEO型電纜終端的電場強(qiáng)度及總功率損耗密度均在增加,并且SG型電纜終端的總功率損耗密度在增長率和數(shù)值上要明顯高于GEO型電纜終端,使SG型電纜終端具有明顯的熱效應(yīng)。

    本文編自2022年第5期《電氣技術(shù)》,論文標(biāo)題為“變電站不同類型電纜終端在諧波頻率作用下的電-熱耦合場仿真分析”,作者為趙慶杰、史磊 等。