高壓直流塑料電纜中空間電荷測量技術(shù)的研究

中國注塑網(wǎng)

隨著分布式能源發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，解決其并網(wǎng)輸電問題越來越緊迫?；陲L力發(fā)電、太陽能發(fā)電以及生物能發(fā)電等的分布式能源系統(tǒng)，由于其分散性、輸電電壓等級的多樣性，在其并網(wǎng)過程中，采用柔性直流輸電技術(shù)可以使問題得以很好地解決?！　‰娐暶}沖法研究高壓直流塑料電纜絕緣層中的空間電荷問題是一項比較成熟的技術(shù)。電聲脈沖法硬件結(jié)構(gòu)比較簡單，由于在結(jié)構(gòu)上隔離了外施直流高壓和脈沖電壓，所以當被測介質(zhì)擊穿時能保護信號檢測電路，防止設備受損，因此其特別適用于研究強直流電場下介質(zhì)的空間電荷行為受到青睞1.曰本學者在電聲脈沖法空間電荷測試理論研究、設備研制、信號處理及軟件開發(fā)方面成果顯著，早在上世紀末已經(jīng)成功實現(xiàn)了硬件及軟件系統(tǒng)M.目前國內(nèi)的電聲脈沖法的空間電荷測量設備均是針對片狀試樣，針對同軸結(jié)構(gòu)型的電纜絕緣中的空間電荷測試系統(tǒng)未見相關(guān)報導。為了能夠直接研究塑料絕緣的直流電纜中空間電荷的分布，計算電纜絕緣中的電場分布，在電纜設計中給出電纜工作電場的最直接的評估值。本文研究開發(fā)了電纜型空間電荷測試系統(tǒng)，并且用該系統(tǒng)實際測量了直流塑料電纜中的空間電荷分布?！　?基于電聲脈沖法的電纜空間電荷測試中的關(guān)鍵問題分析電力電纜同軸型的結(jié)構(gòu)使得聲波在絕緣層中傳播時與片狀試樣有著較大的差別。根據(jù)聲波在介質(zhì)中傳播的衰減色散理論，可得由前置放大器輸出電壓信號代表的聲波衰減色散公式（r，）――聲波經(jīng)介質(zhì)衰減和色散后產(chǎn)生的電壓信號；a（/），（/）――衰減色散系數(shù)；b――絕緣層外半徑?！　≡谄瑺钤嚇又校}沖電場分布為E（x）=Udc/d沿厚度（d）方向是相同的。而高壓直流塑料電纜結(jié)構(gòu)為同軸圓柱形，其塑料絕緣層為圓筒形結(jié)構(gòu)，脈沖電場施加在絕緣層上，其半徑為r處的電場分布為由；如此循環(huán)往復。實際運行時，電纜線芯最高溫度可能會達到90°C，采用穿心變壓器的感應原理對閉環(huán)電纜線路進行加熱，使電纜線芯溫度逐漸升高為90C.測試過程使用2根同樣電纜，根電纜用于測溫，根電纜用于測量電纜絕緣層空間電荷分布。當2根電纜中流過的電流相等時，溫升效應是一致的。整個實驗平臺見。所測試的直流電纜的絕緣材料與柔性直流輸電技術(shù)示范工程中所采用的電纜絕緣材料相同?！　≈绷魉芰想娎|空間電荷分布測試接線示意圖溫度顯示儀調(diào)壓器3實驗結(jié)果及分析從~可以看出，在電纜發(fā)熱升溫過程中，絕緣層中集聚的空間電荷量隨著溫度的升高而逐漸增加；電纜線芯溫度穩(wěn)定在90C時，空間電荷分布基本不變；在電纜降溫過程中，隨著溫度的降低積累的空間電荷量也逐漸降低；當電纜冷卻至室溫后，空間電荷量基本不再變化。與比較，冷卻穩(wěn)定時的空間電荷量相比較于熱循環(huán)之前的空間電荷量變化不大，略有增加。分析原因為熱循環(huán)之前直流電纜絕緣層中沒有空間電荷，而經(jīng)過冷熱循環(huán)后，由于電場和溫度的作用在直流電纜絕緣層中集聚了少量的空間電荷，但這對絕緣層電場分布的影響并不大。、表明：當直流塑料電纜長時間處于90時，電纜絕緣層中的空間電荷量維持不變；當直流塑料電纜長時間處于室溫時，電纜絕緣層中空間電荷量也維持不變，從而說明柔性直流輸電技術(shù)示范工程所采用的直流塑料電纜在運行溫度范圍內(nèi)具有很好的電場穩(wěn)定性，不會隨著時間的增加而變化?！　恼麄€實驗測試結(jié)果分析表明，研發(fā)的直流塑料電纜空間電荷測試系統(tǒng)能準確地反映直流塑料電纜絕緣層中的空間電荷分布?！　∩郎剡^程中的空間電荷分布月導體線芯溫度穩(wěn)定在90T時，不同時間點上的空間電荷分布冷卻過程中的空間電荷分布結(jié)語在分析同軸型直流塑料電纜衰減色散特性、脈冷卻至室溫穩(wěn)定后不同時間點上空間電荷分布沖電場耦合方式以及測量電極系統(tǒng)的基礎上，研發(fā)了同軸型直流塑料電纜空間電荷測試系統(tǒng)。利用此測量系統(tǒng)測量了直流塑料電纜在24h冷熱循環(huán)周期下不同時間點處的空間電荷分布，實驗結(jié)果真實準確。所研制的同軸型直流塑料電纜空間電荷系統(tǒng)為進一步研究直流塑料電纜奠定了基礎。