高压直流塑料电缆中空间电荷测量技术的研究

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随着分布式能源发电技术的不断发展，解决其并网输电问题越来越紧迫。基于风力发电、太阳能发电以及生物能发电等的分布式能源系统，由于其分散性、输电电压等级的多样性，在其并网过程中，采用柔性直流输电技术可以使问题得以很好地解决。　　电声脉冲法研究高压直流塑料电缆绝缘层中的空间电荷问题是一项比较成熟的技术。电声脉冲法硬件结构比较简单，由于在结构上隔离了外施直流高压和脉冲电压，所以当被测介质击穿时能保护信号检测电路，防止设备受损，因此其特别适用于研究强直流电场下介质的空间电荷行为受到青睐1.曰本学者在电声脉冲法空间电荷测试理论研究、设备研制、信号处理及软件开发方面成果显著，早在上世纪末已经成功实现了硬件及软件系统M.目前国内的电声脉冲法的空间电荷测量设备均是针对片状试样，针对同轴结构型的电缆绝缘中的空间电荷测试系统未见相关报导。为了能够直接研究塑料绝缘的直流电缆中空间电荷的分布，计算电缆绝缘中的电场分布，在电缆设计中给出电缆工作电场的最直接的评估值。本文研究开发了电缆型空间电荷测试系统，并且用该系统实际测量了直流塑料电缆中的空间电荷分布。　　1基于电声脉冲法的电缆空间电荷测试中的关键问题分析电力电缆同轴型的结构使得声波在绝缘层中传播时与片状试样有着较大的差别。根据声波在介质中传播的衰减色散理论，可得由前置放大器输出电压信号代表的声波衰减色散公式（r，）――声波经介质衰减和色散后产生的电压信号；a（/），（/）――衰减色散系数；b――绝缘层外半径。　　在片状试样中，脉冲电场分布为E（x）=Udc/d沿厚度（d）方向是相同的。而高压直流塑料电缆结构为同轴圆柱形，其塑料绝缘层为圆筒形结构，脉冲电场施加在绝缘层上，其半径为r处的电场分布为由；如此循环往复。实际运行时，电缆线芯最高温度可能会达到90°C，采用穿心变压器的感应原理对闭环电缆线路进行加热，使电缆线芯温度逐渐升高为90C.测试过程使用2根同样电缆，根电缆用于测温，根电缆用于测量电缆绝缘层空间电荷分布。当2根电缆中流过的电流相等时，温升效应是一致的。整个实验平台见。所测试的直流电缆的绝缘材料与柔性直流输电技术示范工程中所采用的电缆绝缘材料相同。　　直流塑料电缆空间电荷分布测试接线示意图温度显示仪调压器3实验结果及分析从~可以看出，在电缆发热升温过程中，绝缘层中集聚的空间电荷量随着温度的升高而逐渐增加；电缆线芯温度稳定在90C时，空间电荷分布基本不变；在电缆降温过程中，随着温度的降低积累的空间电荷量也逐渐降低；当电缆冷却至室温后，空间电荷量基本不再变化。与比较，冷却稳定时的空间电荷量相比较于热循环之前的空间电荷量变化不大，略有增加。分析原因为热循环之前直流电缆绝缘层中没有空间电荷，而经过冷热循环后，由于电场和温度的作用在直流电缆绝缘层中集聚了少量的空间电荷，但这对绝缘层电场分布的影响并不大。、表明：当直流塑料电缆长时间处于90时，电缆绝缘层中的空间电荷量维持不变；当直流塑料电缆长时间处于室温时，电缆绝缘层中空间电荷量也维持不变，从而说明柔性直流输电技术示范工程所采用的直流塑料电缆在运行温度范围内具有很好的电场稳定性，不会随着时间的增加而变化。　　从整个实验测试结果分析表明，研发的直流塑料电缆空间电荷测试系统能准确地反映直流塑料电缆绝缘层中的空间电荷分布。　　升温过程中的空间电荷分布月导体线芯温度稳定在90T时，不同时间点上的空间电荷分布冷却过程中的空间电荷分布结语在分析同轴型直流塑料电缆衰减色散特性、脉冷却至室温稳定后不同时间点上空间电荷分布冲电场耦合方式以及测量电极系统的基础上，研发了同轴型直流塑料电缆空间电荷测试系统。利用此测量系统测量了直流塑料电缆在24h冷热循环周期下不同时间点处的空间电荷分布，实验结果真实准确。所研制的同轴型直流塑料电缆空间电荷系统为进一步研究直流塑料电缆奠定了基础。