高壓直流塑料電纜中空間電荷測(cè)量技術(shù)的研究

中國(guó)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(fēng)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(jí)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(xiàng)比較成熟的技術(shù)。電聲脈沖法硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)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(dāng)被測(cè)介質(zhì)擊穿時(shí)能保護(hù)信號(hào)檢測(cè)電路，防止設(shè)備受損，因此其特別適用于研究強(qiáng)直流電場(chǎng)下介質(zhì)的空間電荷行為受到青睞1.曰本學(xué)者在電聲脈沖法空間電荷測(cè)試?yán)碚撗芯?、設(shè)備研制、信號(hào)處理及軟件開發(fā)方面成果顯著，早在上世紀(jì)末已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了硬件及軟件系統(tǒng)M.目前國(guó)內(nèi)的電聲脈沖法的空間電荷測(cè)量設(shè)備均是針對(duì)片狀試樣，針對(duì)同軸結(jié)構(gòu)型的電纜絕緣中的空間電荷測(cè)試系統(tǒng)未見相關(guān)報(bào)導(dǎo)。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(jì)算電纜絕緣中的電場(chǎng)分布，在電纜設(shè)計(jì)中給出電纜工作電場(chǎng)的最直接的評(píng)估值。本文研究開發(fā)了電纜型空間電荷測(cè)試系統(tǒng)，并且用該系統(tǒng)實(shí)際測(cè)量了直流塑料電纜中的空間電荷分布。　　1基于電聲脈沖法的電纜空間電荷測(cè)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(shí)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(hào)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(hào)；a（/），（/）――衰減色散系數(shù)；b――絕緣層外半徑。　　在片狀試樣中，脈沖電場(chǎng)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(chǎng)施加在絕緣層上，其半徑為r處的電場(chǎng)分布為由；如此循環(huán)往復(fù)。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，電纜線芯最高溫度可能會(huì)達(dá)到90°C，采用穿心變壓器的感應(yīng)原理對(duì)閉環(huán)電纜線路進(jìn)行加熱，使電纜線芯溫度逐漸升高為90C.測(cè)試過程使用2根同樣電纜，根電纜用于測(cè)溫，根電纜用于測(cè)量電纜絕緣層空間電荷分布。當(dāng)2根電纜中流過的電流相等時(shí)，溫升效應(yīng)是一致的。整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)見。所測(cè)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(cè)試接線示意圖溫度顯示儀調(diào)壓器3實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(dāng)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(shí)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?yàn)闊嵫h(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(chǎng)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(duì)絕緣層電場(chǎng)分布的影響并不大。、表明：當(dāng)直流塑料電纜長(zhǎng)時(shí)間處于90時(shí)，電纜絕緣層中的空間電荷量維持不變；當(dāng)直流塑料電纜長(zhǎng)時(shí)間處于室溫時(shí)，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(yùn)行溫度范圍內(nèi)具有很好的電場(chǎng)穩(wěn)定性，不會(huì)隨著時(shí)間的增加而變化?！　恼麄€(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果分析表明，研發(fā)的直流塑料電纜空間電荷測(cè)試系統(tǒng)能準(zhǔn)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(dǎo)體線芯溫度穩(wěn)定在90T時(shí)，不同時(shí)間點(diǎn)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(shí)間點(diǎn)上空間電荷分布沖電場(chǎng)耦合方式以及測(cè)量電極系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研發(fā)了同軸型直流塑料電纜空間電荷測(cè)試系統(tǒng)。利用此測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量了直流塑料電纜在24h冷熱循環(huán)周期下不同時(shí)間點(diǎn)處的空間電荷分布，實(shí)驗(yàn)結(jié)果真實(shí)準(zhǔn)確。所研制的同軸型直流塑料電纜空間電荷系統(tǒng)為進(jìn)一步研究直流塑料電纜奠定了基礎(chǔ)。