基于等效电容法的电缆附件电场-温度场耦合分析研究

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1、基于等效I乜容法的电缆附件电场．温度场耦合分析研究摘要随着电力电缆在电力系统中得到广泛应用，其供电可靠性受到电力部门和电力用户越来越高的关注。电缆附件作为实现电缆之间连接以及电缆与其他电气设备连接的重要部件，其运行正常与否直接关系到电网安全，然而实际中电缆附件的故障率一直偏高。对电缆附件故障进行统计和分析后发现，由其绝缘老化引发的故障占到70％以上。电场和温度场是影响绝缘材料性能和造成绝缘材料老化的重要因素，为改善电缆附件产品的绝缘设计和延长电缆附件使用寿命，研究电缆附件内部电场和温度场的耦合特性以及这种耦合特性对电缆附件绝

2、缘的影响具有十分重要的意义。本文在综述了电力电缆及附件故障类型和故障原因的基础上，详细阐明了电场和温度场影响交联聚乙烯的绝缘性能的机理。根据现有的电缆附件电场和温度场的有限元计算理论，以介质损耗基本公式出发，建立基于等效电容法的电缆附件电场一温度场耦合分析的数值计算公式，并得到了电缆附件内热源计算方法。在分析电缆附件内部热源的基础上，采用有限元分析软件ANSYS，建立了高压电缆附件电场一温度场耦合分析模型。利用此模型对110kV电缆中间接头和电缆终端进行电场一温度场耦合特性仿真，得到ll0kV电缆中间接头和电缆终端在各自不同

3、情况下的温度场一电场分布特性。另外，还研究了环境温度对电缆中间接头运行温度的影响、电缆中间接头和电缆终端中工作电流对各自温度场的影响以及电缆终端绝缘材料的介质损耗角正切值对其温度场的影响，并利用建立的场域分析方法对110kV电缆终端局部异常发热的故障实例进行仿真。结果表明，由于绝缘材料老化、环境温度和工作电流等因素的影响，可导致电缆附件内部温度升高，从而使得附件内部电场分布发生改变，严重可导致电缆附件发生热击穿或电击穿。关键词：电缆附件；绝缘老化；电场．温度场耦合特性；温度场．电场分布特性ⅡAbstractWithwidel

4、yapplicationsofpowercablesinthepowersystem，thereliabilityofthesedevicesisattractingmoreandmorepowerprovidersandconsumers’attention．Powercableaccessoriesareusedforconnectingcablesaswellasconnectionbetweenotherelectricalequipmentandtheiroperatingstatusaredirectlyrela

5、tedtothesecurityofpowergrid，whereasthefailurerateoftheaccessoriesinpracticehasalwaysbeenhigh．Thestatisticalanalysisforfailuresofcableaccessoriesshowedthatsuchfailurecausedbyinsulationagingaccountedformorethan70％．Electricfieldandthermalfieldcanaffectthepropertiesofi

6、nsulationmaterialandcausetheagingofinsulation．Aimingatimprovingdesignofinsulationforcableaccessoryproductsandprolongingtheirservicelife，itisofgreatimportancetostudythecouplingcharacteristicsofelectricfieldandthermalfieldinsidecableaccessoriesaswellasanalyzeinfluenc

7、esofthecharacteristicsontheinsulation．Basedonthesummaryoffailuretypesandcausesofpowercablesandaccessories，theinfluencemechanismsofelectricfieldandthermalfieldonXLPEinsulationwaselaboratedinthispaper．Accordingtotheexistingfiniteelementtheoryforcalculatingelectricfie

8、ldandthermalfieldofcableaccessories．theformulawhichiSonthebasisofequivalentcapacitancemethodwasdeducedfromthedielectriclOSSbasicformula．Applyingt