冷的缺陷形态特征——收缩电缆终端及其局部放电分析基于有限元方法

李南¹,邓小平帮派²,香港必应²

一些,State Grid Chengdu Electric Power Supply Company, Chengdu, Sichuan, China¹
PG的学生,学校的电气工程和信息、西南石油大学、成都,四川,中国²

文摘

35 kV预制硅橡胶电缆接头缺陷模型的建立和模拟静电场利用有限元方法。建立了三角形和等腰梯形模型来模拟切割缺陷和凹缺陷可能发生局部放电。缺陷相同与不同大小和长宽比建立计算最大场强。最大场强的分布与最小二乘插值数据绘制成曲线。结果表明,铜盾的骨折是容易引起的电场畸变和局部放电。切割缺陷的电场强度高于沉在同一个地方。由于应力锥的疏散效果,它不太可能导致骨折局部放电的半导电层。它可能会导致局部放电长期来看如果有微裂缝之间的气隙区域铜盾牌和半导体层。结论有一定指导设计、制造和安装的电缆终端。

关键字

电缆附件;局部放电;有限元法;微差距。

介绍

很容易导致局部放电电缆终端的分段半导电层和铜盾导致局部电场畸变。为了提高当地的场强集中,应力控制管常用于疏散压力和减少当地的磁场强度。它经常引起缺陷,如半导体层绝缘雕饰,应力锥转移和micro-gaps气体或小杂质在电缆终端安装,这可能引起局部放电,导致击穿长跑后[1]。大量数据表明,局部放电的主要原因之一是电缆绝缘损伤和电缆配件是最弱的部分之一。因此,电缆附件局部放电缺陷模型的研究具有重要意义。国内外研究电缆终端包括方面的传感器和检测方法[2],数学建模与仿真(3、4),故障诊断和识别局部放电数据[5]和局部放电实验[6 - 9]。当前主要的信号处理方法包括小波分析和它的导数算法、k - means聚类算法的模式识别方法,支持向量机(SVM)理论、分形、Wei-bull转换,等等。

目前,研究局部放电的关系程度和大小的差距是罕见的。使用叶片电极,t .同做了一些研究的放电特征micro-gaps[10],其范围从1000年50μmμm空气。研究表明,微差距小于1000微米不再满足帕邢定律,以及差距减少,场强显示了增加的趋势。研究了电极之间的气隙,然而,实际的电缆配件或其他电力设备没有被考虑。h . illia这样开发了一个仿真模型为均匀介质材料中的球形腔[11],和模型使用有限元分析(FEA)软件实现的。电场分布和放电特性可以通过研究球形空腔具有不同直径和位置。由于形状的复杂性和实际电缆附件的内部特征,除了与应力锥和铜屏蔽的影响,有必要做一些内部缺陷形态特征之间的关系研究电缆附件局部放电。参考[6]模拟和测试缺陷下的电场分布的轴向气隙不同宽度的主要绝缘10 kv电缆终端。参考[7]模拟了气隙缺陷局部放电点的半导电层220千伏电缆接头。这些模拟或测试只是针对一种气隙缺陷,而不考虑各种可能发生的缺陷根据现实,这是本文的重点。

针对不同类型的高压电缆终端常见缺陷,本文模拟微隙缺陷模型(12 - 14)有不同的大小和形状使用有限元仿真软件基于35 kV电缆终端物理对象,考虑应力锥和铜屏蔽的效果。曲线的最大磁场强度变化与不同大小的缺陷已经通过最小二乘法拟合实验数据。

基于有限元模拟静电场分析

有限元方法是一种基于变分原理和数值计算方法细分插值[15]。首先,解决所需的边值问题转化为相应的变分问题使用变分原理,所谓的泛函极值问题。然后变异的问题是离散成一般通过细分插值多元函数极值问题。最终归结为一组代数方程和边值问题的数值解可以得到解决。在平面域D,边界是c,电荷密度ρ,介电常数ε和电势φ。他们符合第一类边值条件和泊松方程条件下的二维静电场[16]。这是

和

电场能量的函数方程(1)所示,变化下列方程(2)所示。

电场的最低能量的情况描述如下:

δ是变分的象征,E是电场强度的单位,一个¢½是哈密顿算符和D是积分区域。

考虑到已知的边界势,方程(3)将不会被考虑。细分领域D为有限数目的离散多边形子域(三角形或四边形),这个函数一个¤在每个单位可以用适当的插值近似函数U (x, y) [17]。假设你是由形状函数矩阵坐标和节点的势函数矩阵,

通过联立方程(4)、(5)和(6),插值数值解的问题可以解决。字段长度和每个子域的电能可以通过方程计算(1)与电位分布计算。

模型分析与建立

本文建立ANSYS有限元二维模型根据1:1的比例设计图纸的基础上35 kV电缆终端(图1),真正的终端是图2所示。

两种类型的缺陷已经建立了不同的大小和形状来模拟切口和沉没,可能发生局部放电,如骨折导电layerA¯¼骨折的铜盾和导电层之间的地区这两个骨折。这些缺陷模型之一是图3所示。图是图硅橡胶外套,应力锥、导电层,电缆主绝缘,电缆内半导电层和电缆芯线分别从上到下。切割缺陷模拟三角形,等腰梯形的凹缺陷模拟在半导体层和铜盾骨折。模拟了两种缺陷三角形在导电层骨折。

电位分布和电场强度矢量和可以通过使用有限元方法模拟静电场模型。缺陷模型在不同位置选项卡1中列出。

指令:¢A和A¢£定位在铜盾骨折内半导电层;一个¢¡安达¢¤定位两个骨折内半导电层;一个¢¢位于内半导电层断裂主要绝缘;一个¢¥位于内半导电层断裂应力锥。

相同比例的缺陷模型,并建立了不同尺寸的模拟和验证在上面的表。缺陷发生在电缆终端可能有不同的类型,例如表面放电,导电粒子放电,内部气隙放电和电缆毛刺放电。这些缺陷最终由于微间隙填充空气或其他杂质。这些缺陷有不同的介电系数与周围的领先技术(在大多数情况下,介电常数较低),以便引起电场分布的浓度。因此,所有的缺陷可能发生在电缆终端可以模拟切割缺陷和凹缺陷具有不同的介电系数。不同材料的介电常数和电导率35 kV电缆终端选项卡中可以看到2。在模拟测试中,35千伏电压的电缆芯线和0 kV电压在终端的外表面和铜盾牌。当啮合模型,采用智能大小的统一部门4和5级(最大值)提纯精炼时应用。

LESAT平方拟合的方法和实验结果的分析

4.1最小二乘法拟合

在误差最小化的前提下,最小二乘法可以离散数据转化为线性函数(光滑曲线)根据一定标准。它可以直观地表达的数学表达式,结果可用于进一步的实验数据分析。对于一组给定的数据(xi, yi) (i = 0、1米),一个函数y = S (x)中可以找到函数类,误差平方和达到:

在这

由最小二乘法拟合曲线时,S (x)的类型必须首先确定相关数据的变化趋势。规则探讨最大磁场强度之间的关系和大小的感染模型。奇异点不符合法律由最小二乘法将被忽略,一个平滑的曲线将通过一组二维点,所以拟合数据通过这个方法可以响应的变化规律的研究问题最好。数理统计收集的最大磁场强度后与不同尺寸缺陷模型模拟,然后由最小二乘法数据拟合。

拟合的步骤:

1)选择插值函数和时间可以根据数据特征。

2)计算拟合函数的系数根据曲线拟合最小二乘法的规则。

3)适应和情节。

取得了以下拟合函数:

4.2实验结果分析

以往的研究往往忽视当模拟铜盾的存在。然而,铜盾具有重要意义和薄弱环节引起局部放电。铜盾作为一个通道为电容电流在正常情况下,短路电流流经虽然有短路[18]。与此同时,它也有屏蔽电场的影响。由于微差距的存在缺陷,增加接触电阻的值和短路容量是有限的。雷竞技网页版此外,当前不流沿轴向方向但在螺旋轴,它使电感将增加感生电动势。如图4所示(一个),缺陷存在于铜盾骨折时,磁场强度增加显著,平均电场强度大于空气的击穿(30 kV /厘米)。其中,切割缺陷的磁场强度随着规模的增加和减少的最大场强接近100 kV /毫米很容易导致增加绝缘材料的老化和局部放电时的大小差距小于0.1毫米。因此,铜盾骨折更可能成为局部放电的起源。直流电阻,感应电压和感应电流应认真进行测试。 Replace the aging terminal in time, which helps to avoid the happening of the accidents.

模拟中忽略了铜盾在半导电层断裂、切割缺陷主要绝缘内部引起巨大的磁场强度容易导致局部放电。当考虑到铜盾,大型磁场强度的问题改善是由于铜屏蔽电场的屏蔽效应和应力锥的疏散效果。如图4所示(b),平均电场强度控制在4.5 kV /毫米。因为半导体层和应力锥有良好的接触和类似的介电常数,可以看到他们作为一个整体由有限元法在计算。雷竞技网页版电缆主绝缘的介电常数小于半导体层和应力锥接近空气的介电常数。因此,这种缺陷可能导致局部放电低于此前介绍什么。

铜盾断裂附近的电场应力集中的去除铜盾和电场应力之间的地区铜盾断裂和半导电层断裂也变化。如图4所示(c),切割缺陷的耐电强度高于凹缺陷和雕饰的深度成正比。平均电场强度大于10 kv /毫米,超过的最大空气击穿场强。缺陷区域周围的介电常数会下降。因为反比例的磁场强度和介电常数之间的关系和缺陷有较低的介电常数、较高的耐电强度发生在缺陷,加强一个恶性循环。因此,加速老化,最终导致局部放电。

根据仿真结果的各种类型的电缆接头缺陷,缺陷的最大磁场强度。可能性的放电选项卡3中各种缺陷的预测。

实验数据表明,切割缺陷的最大电强度高于凹缺陷可能导致局部放电。更能终端缺陷模型,更严重的扭曲了电场,这与前人的研究结果是一致的。

实验验证

物理对象的解剖35 kV聚乙烯电缆终端取代从字段与仿真结论是一致的。当检查故障电缆终端,微气隙中发现铜盾骨折(没有抛光,以创建一个微型气隙)。另一方面,半导体层断裂沉没,导致气隙缺陷创建一个步骤。最后,压力控制胶水涂上不均匀的铜盾牌。如图5所示,放电位置定位的铜盾(红圈范围内的)。

结论

切割缺陷和凹缺陷的35 kV电缆终端具有不同大小和形状模拟利用有限元方法,和最大场强分布。拟合与最小二乘法的数据并通过模拟达成以下结论和示范分析:

1)接近铜盾骨折,较弱的压力控制和局部电场强度越大。

2)切割缺陷可能导致局部放电比沉的,因为更高的耐电强度相同的大小在同一位置。

3)有应力集中和高场强的铜盾骨折,很容易产生局部放电,所以更要注意生产和安装时的薄弱环节。

故障电缆终端退出田间试验证实了仿真结果的铜屏蔽电缆接头的薄弱环节。拟合数据提供数据支持的故障定位和测量的缺陷。数据有一定指导意义的严重性评价电动树或水树在电缆终端和剩余使用寿命预测的故障电缆终端。通过比较拟合曲线和现场试验数据,局部放电的位置和大小的缺陷可以大致估计。一个系统的调查正在进行局部放电故障诊断和估计电缆终端的老化。

表乍一看


表1	表2	表3

数据乍一看


图1	图2	图3	图4	图5

引用

j . Tang n . t .锣”,高压聚乙烯电缆附件局部放电的特征分析。重庆大学学报》自然科学版,32卷,没有。5,528 - 529年,2009页。
郑胜耀道,冯y”中的高频传感器应用PD检测现场10 kV电缆终端,“电力、44卷,没有。3,27 - 29,2011页。
y . g . c . Wang刘”,分析断层对电缆终端基于有限元法应力锥,“高电压工程、33卷,没有。5,152 - 153年,2007页。
f . z周,问:l .孟”的典型缺陷的模拟和分析在10 kV电缆配件,绝缘击穿”InsulatingMaterials, 44卷,没有。4、67 - 68年,2011页。
y . p . j . Tang w . Li欧阳,“局部放电模式识别使用离散小波变换和奇异值分解,“高电压工程、36卷,没有。7,1686 - 1687年,2010页。
陈z . j . g . Liu,“实验的主要绝缘气隙10 kv交叉链接的聚乙烯电缆终端,“高电压工程、38卷,没有。3、678 - 682年,2012页。
江y, h . Min,“半导体层的局部放电模式提示缺陷在220千伏电缆接头,“高电压工程、36卷,没有。11日,第2660 - 2657页,2010年。
m . Pompili r . Bartnikas”在液体介质的局部放电测量,IEEE电介质和电气绝缘,19卷,没有。2012年10月5日。
塞达特Adili和基督教m·弗兰克脉冲x射线诱导局部放电测量中的应用。IEEE电介质和电气绝缘,19卷,5号;2012年10月。
t .同t·c·巴拉”Micro-gaps放电行为”,IEEE电介质和电气绝缘,18卷,没有。6,2011年12月。
h . illia这样g . Chen p·l·列文”建模的局部放电活动在球腔内介质材料,“IEEE电气绝缘杂志,27卷,没有。1、2011年2月。
h . illia这样,g·陈,“局部放电行为在一个球形空腔的固体电介质材料的频率和振幅的函数应用电压、“IEEE电介质和电气绝缘,18卷,没有。2。2011年4月。
g h·a . illia这样陈,“局部放电介电材料的球形空腔内腔尺寸和材料温度的函数,“专业科学。量。抛光工艺。,vol. 6, no. 2, pp. 52-62, 2012.
l . h . Germer完成“近电极之间的电击穿空气,”达成。理论物理。,vol. 30, pp. 46-51, 1959.
h·c·李·l·h·张”,由有限元优化设计的压力控制玉米,“高电压工程,没有卷31日。11日,55-58,2005页。
z . w .燕”、ANSYS 10.0电磁分析技术和工程实例解释,“北京:中国水力出版社,20-26,2006页。
l·c·张,“有限元法应用的电磁计算,“北京:中国铁道出版社,67 - 75年,1996页。
h . m . z . y . Liu王”,电力电缆的结构设计原则,“西安:西安交通大学出版社,第135 - 134页,1995年。