±160kV高压直流XLPE绝缘电缆终端电场热场仿真研究

作     者：曾彤 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郝艳捧;傅明利

授予年度：2016年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：直流电缆终端 数值仿真 热场 电场 载流量 内置光纤 

摘      要：随着特高压直流输电技术的发展,直流电缆系统作为电能传输的重要载体受到广泛关注。直流电缆终端是电缆系统的重要元件,由于在其安装时需要剥去电缆末端的屏蔽层,屏蔽断口处的场强畸变,所以发生故障的概率较高。直流电缆终端存在多层和多种介质,介质材料间电导率特性存在差异,绝缘层内部空间电荷、绝缘介质界面空间电荷的存在使得直流终端内的电场设计变得更加困难,因此研究直流电缆终端热场和电场基本规律显得十分重要。本文在建立电缆终端数值仿真模型的基础上,提供一种迭代方法仿真求解不同终端载流、外表面温度下线芯最高温度,并提出了热场计算方法,分析了线芯电流与外表面温度对终端稳态热场热分布的影响。在热场求解的基础上,提出直流电缆终端载流量的一种计算方法,将迭代的方法和非迭代的方法作比较,对非迭代方法产生的误差进行分析。本文研究了一种直流电缆终端热场-电场耦合仿真方法,通过研究泄漏电流对热场的影响,发现正常载流范围内、终端绝缘未造成损坏时忽略泄漏电流对热场的影响;通过对直流电缆终端电势、电场的仿真分析,得到不同载流下终端电场的分布规律,并取路径重点分析了终端内电场较为集中的几个位置。在电缆终端电热耦合分析的基础上,本文研究提出光纤内置电缆终端的技术方案,通过仿真分析内置测温光纤的终端主要部位温度、电场数据,证明内置光纤不影响终端热场和电场分布。最后,本文探讨了电缆终端光纤测温系统的实现方法。通过光纤测量部位的温度和监测的线芯电流值,可计算终端线芯最高温度、XLPE绝缘最大温差、应力锥根部最大场强模值等电场、热场重要参数,实现通过光纤测温实时掌握终端内的温度和场强变化情况。上述研究结果可为高压直流电缆终端温升和绝缘设计提供参考,并为电缆终端温度和电场分布在线监测技术提供一种理论方法。