HVDC電纜在溫度梯度效應(yīng)下電場(chǎng)分布特性研究.pdf

1、高壓直流輸電由于其損耗低、可靠性高、載流量大、對(duì)通信和生態(tài)影響小、適用于遠(yuǎn)距離輸電等優(yōu)點(diǎn)，已成為高壓輸電重要發(fā)展方向。而在跨越海峽、穿越隧道和城市時(shí)，HVDC電力電纜線路相比架空線路有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。電場(chǎng)分布是決定電纜絕緣短時(shí)耐壓能力和長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性的關(guān)鍵因素。HVDC電纜穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，絕緣材料的電導(dǎo)率決定電場(chǎng)分布，在較高溫度梯度分布下有可能出現(xiàn)電場(chǎng)分布翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象。
　　由于電纜絕緣材料的非線性電導(dǎo)率是溫度及電場(chǎng)的函數(shù)，在投入運(yùn)行和電壓

2、極性反轉(zhuǎn)時(shí)HVDC電纜暫態(tài)電場(chǎng)分布更為復(fù)雜。為此，本文采用多物理場(chǎng)耦合軟件COMSOL Multiphysics仿真研究了不同溫度梯度、不同施壓方式以及不同非線性電導(dǎo)屬性對(duì)電纜絕緣穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)電場(chǎng)的影響規(guī)律。
　　仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)絕緣材料非線性屬性確定，絕緣內(nèi)溫度梯度越高，穩(wěn)態(tài)時(shí)電場(chǎng)分布翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象越嚴(yán)重；電壓反轉(zhuǎn)過(guò)程暫態(tài)電場(chǎng)最大值與電壓極性反轉(zhuǎn)時(shí)間密切相關(guān)，反轉(zhuǎn)時(shí)間越短暫態(tài)最大電場(chǎng)越高，且暫態(tài)最大電場(chǎng)的位置越靠近導(dǎo)體屏蔽。雷電過(guò)電壓和

3、操作過(guò)電壓會(huì)在電纜絕緣中產(chǎn)生很高的電場(chǎng)，且直流電壓疊加負(fù)極性過(guò)電壓時(shí)最大電場(chǎng)遠(yuǎn)小于疊加正極性過(guò)電壓時(shí)。仿真結(jié)果同時(shí)表明：降低材料電導(dǎo)活化能和提高材料電導(dǎo)率對(duì)電場(chǎng)依賴性有利于在溫度梯度下對(duì)電纜絕緣穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)電場(chǎng)分布的控制。
　　根據(jù)仿真研究結(jié)果，建議在 HVDC電纜料研發(fā)時(shí)應(yīng)采取有效的調(diào)控手段降低材料電導(dǎo)活化能和提高場(chǎng)致增強(qiáng)型電導(dǎo)的場(chǎng)強(qiáng)依賴系數(shù)；而在 HVDC電纜設(shè)計(jì)時(shí)，要特別關(guān)注溫度梯度效應(yīng)和極性反轉(zhuǎn)及過(guò)電壓沖擊過(guò)程中的暫態(tài)電場(chǎng)分