電纜接頭內(nèi)部缺陷下的電磁-熱-力特性及表征方法研究.pdf

1、隨著全國范圍內(nèi)運(yùn)行超過15年電纜數(shù)量的增多，電纜附件事故頻發(fā)，尤其是電纜終端頭與中間接頭的爆炸事故時(shí)有發(fā)生。電纜接頭爆炸事故除了導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失外，還涉及到人身安全以及電力公司的社會(huì)形象問題。目前，電纜接頭爆炸的機(jī)理和原因一直困擾著相關(guān)電力運(yùn)行與管理部門的相關(guān)工作人員，其難點(diǎn)在于：1）電纜接頭爆炸形式多樣，有在運(yùn)行中直接爆炸起火的，也有在停電檢修后再次通電爆炸的；2）導(dǎo)致爆炸的因素較多，包括制作工藝不合格導(dǎo)致的接觸電阻過大、絕緣偏心、

2、材料缺陷導(dǎo)致的局部放電以及過電壓下的沖擊等。爆炸從本質(zhì)上講是巨大能量在瞬間的釋放，而電纜接頭的爆炸從源頭上分析是由于不同缺陷導(dǎo)致的內(nèi)部電、熱老化加速，最終導(dǎo)致電纜絕緣放電擊穿，從而形成爆炸。
　　為了更好地分析電纜接頭爆炸的機(jī)理過程，預(yù)防電纜接頭爆炸事故的發(fā)生，并為電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行提供支撐，論文將圍繞電纜接頭在內(nèi)部缺陷下的電磁-熱-力特性及其導(dǎo)致爆炸的原因開展研究。論文首先研究了電纜接頭的電磁-熱-力耦合場(chǎng)瞬態(tài)計(jì)算模型，并進(jìn)行了

3、實(shí)例計(jì)算，通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性；進(jìn)而研究了電纜接頭在接頭導(dǎo)體接觸電阻過大、絕緣內(nèi)部氣隙放電以及產(chǎn)生絕緣電弧擊穿缺陷時(shí)的電磁-熱-力特性，得出不同缺陷下的電纜接頭熱-力特性分布規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，研究了不同內(nèi)部缺陷的熱-力表征方法，以及電纜接頭爆炸的閾值表征方法。論文的研究?jī)?nèi)容可以為電纜接頭爆炸機(jī)理分析以及內(nèi)部缺陷的提前診斷提供方法。論文的主要工作包括：
　?。?）研究了電纜接頭的電磁-熱-力瞬態(tài)耦合場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，包括控制方程

4、和邊界條件，重點(diǎn)研究了電纜接頭求解閉區(qū)域大小及有效邊界條件設(shè)置，并分析了電纜接頭運(yùn)行過程中的電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)之間的相互耦合作用機(jī)理，選擇了一種實(shí)現(xiàn)電纜接頭電磁-熱-力瞬態(tài)耦合場(chǎng)計(jì)算的有效方法。同時(shí)，進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算，并通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量驗(yàn)證了計(jì)算模型的準(zhǔn)確性。
　?。?）為了分析電纜接頭在接頭導(dǎo)體接觸電阻過大、絕緣內(nèi)部氣隙放電以及絕緣內(nèi)部電弧擊穿缺陷下的熱-力特性，首先研究了三種不同缺陷下的熱損耗計(jì)算模型，具體包括：基于等效電導(dǎo)率的

5、纜芯導(dǎo)體與連接管接觸電阻過大時(shí)的熱損耗等效模型、基于等離子體-化學(xué)模型的絕緣內(nèi)部氣隙放電的熱損耗模型和基于磁流體動(dòng)力學(xué)的絕緣擊穿電弧下的熱損耗模型。
　?。?）研究了電纜接頭在不同內(nèi)部缺陷下的熱-力特性規(guī)律，即首先對(duì)不同內(nèi)部缺陷下電纜接頭熱-力特性進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，進(jìn)而研究了電纜接頭不同內(nèi)部缺陷程度對(duì)其熱-力特性的影響規(guī)律。
　　（4）根據(jù)計(jì)算得到的內(nèi)部缺陷下電纜接頭的熱-力特性分布規(guī)律，提出了采用溫度、應(yīng)力以及溫度梯度表征電

6、纜接頭內(nèi)部缺陷的方法，基于該方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜接頭內(nèi)部缺陷狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。此外，針對(duì)電纜接頭在爆炸瞬間存在的擊穿過程，從電纜接頭的熱-力特性角度出發(fā)，并結(jié)合材料斷裂的臨界應(yīng)力準(zhǔn)則，研究了導(dǎo)致電纜接頭爆炸的閾值，即電弧電流尺度下發(fā)生爆炸的時(shí)間閾值和時(shí)間尺度下發(fā)生爆炸的電弧電流閾值。
　　（5）搭建了模擬電纜接頭熱-力特性的試驗(yàn)平臺(tái)，并開展了模擬電纜接頭內(nèi)部導(dǎo)體接觸電阻過大以及絕緣電弧擊穿缺陷下的熱-力試驗(yàn)研究，并通過數(shù)值計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)