论文摘要
柔性高压直流输电技术由于其灵活多变的运行功率范围、运行的独立性、功率方向控制的简单性以及优越的输电性能而获得广泛的关注。柔性高压直流输电线路采用重量轻、体积小、电气性能优越、环境友好和维护方便的高压直流XLPE电缆。我国风能、太阳能、潮汐能等二次能源资源丰富,而这类能源产出电能的最佳传输方式就是采用柔性高压直流输电,因而研究柔性高压直流输电技术的关键技术之一,柔性高压直流XLPE电缆及其附件,将具有十分重要的价值。本文以理论设计、仿真计算及优化、实验研究为主线,逐步深化分析,从而构成高压直流XLPE电缆及其附件设计的完整体系。理论设计部分给出详细的高压直流XLPE电缆及其附件的设计方案,并给出分析绝缘层电场分布的理论依据。仿真计算及优化部分以±30kV直流XLPE电缆及其附件为设计对象,仿真计算电缆在正常运行状态及“极性反转”状态时的电场分布情况,并对电缆附件应力锥形状和电导参数配合等进行优化分析。最后,实验部分采用电声脉冲法(PEA)研究了电缆主绝缘材料的空间电荷分布特性,在此基础上提出了电缆主绝缘材料选型的依据;从空间电荷特性、拉伸性能以及动态热机械分析研究了热处理温度对电缆附件绝缘材料性能的影响;通过三电极法研究电缆及其附件绝缘材料的电导电流特性以及电声脉冲法研究电缆主绝缘与附件增强绝缘构成的双层绝缘介质的界面空间电荷特性,两种方法互为验证。论文着眼于理论设计、仿真分析与实验相结合的研究思路,成功地完成了柔性高压直流XLPE电缆及其附件的设计。课题研究的成果将给我国柔性高压直流输电技术提供一定的参考。
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摘要ABSTRACT目录第一章 绪论第二章 高压直流塑料电缆及其附件的研究难点与关键技术2.1 高压直流塑料电缆及其附件的发展概况与研究方向2.2 直流塑料电缆及其附件中的关键问题及研究现状2.2.1 绝缘层内部积累的空间电荷2.2.2 随温度及电场而变化的电导率2.2.3 多层绝缘介质的界面空间电荷2.3 本文的主要研究内容2.3.1 关键技术测试方法2.3.2 主要研究内容第三章 高压直流XLPE 电缆及其附件的理论设计3.1 高压直流XLPE 电缆的结构和基本尺寸设计3.1.1 线芯的材料和截面积3.1.2 半导电层的材料和厚度3.1.3 绝缘层的材料和厚度3.1.4 金属屏蔽层的材料和尺寸3.1.5 阻水层结构和材料3.1.6 外护层的材料和厚度3.2 电缆绝缘层的径向电场和温度场分布计算3.2.1 电缆绝缘层径向电场分布的理论分析3.2.2 绝缘层电导率模型3.2.3 电缆绝缘层径向温度场的理论分析3.2.4 直流电缆脉冲击穿计算3.3 高压直流XLPE 电缆附件设计的基本原理3.3.1 交直流塑料电缆附件设计原理的异同3.3.2 双层介质界面空间的抑制原理3.4 电缆附件的绝缘材料及其型式的比较3.4.1 电缆附件的绝缘材料及其性能的比较3.4.2 电缆附件型式的比较及选择3.5 高压直流XLPE 电缆预制型附件结构与尺寸的设计3.5.1 直流XLPE 电缆预制型接头的结构和尺寸设计3.5.2 直流XLPE 电缆预制型终端的结构和尺寸设计3.6 本章小结第四章 高压直流XLPE 电缆及其附件的仿真计算及优化4.1 仿真计算软件COMSOL 简介[46]4.2 仿真计算模型的基本参数4.2.1 ±30kV 直流XLPE 电缆的基本结构尺寸与仿真计算模型4.2.2 ±30kV 直流XLPE 电缆附件的基本结构尺寸与仿真计算模型4.3 高压直流XLPE 电缆绝缘层电场与温度场分布的仿真计算4.3.1 正常运行状态时的绝缘层电场与温度场分布4.3.2 极性反转时电缆绝缘层电场分布4.4 高压直流XLPE 电缆附件的优化仿真分析4.4.1 应力锥形状和高压屏蔽层端部形状的优化分析4.4.2 直流电缆及其附件材料电导参数配合优化计算4.4.3 直流电缆接头内爬距和应力锥长度的优化计算4.4.4 高压直流XLPE 电缆终端电场分布的仿真计算4.5 本章小结第五章 高压直流XLPE 电缆及其附件绝缘材料的实验研究5.1 高压直流XLPE 电缆绝缘材料的选型5.2 热处理温度对电缆附件绝缘材料性能的影响5.2.1 空间电荷特性5.2.2 拉伸机械性能分析5.2.3 动态热机械分析5.3 基于电导电流测量的直流电缆附件绝缘材料的选型5.4 双层绝缘介质界面空间电荷测试5.5 本章小结第六章 结论与展望6.1 研究成果与结论6.2 工作展望附录附录Ⅰ±30kV 直流XLPE 电缆预制型接头设计结构尺寸图附录Ⅱ±30kV 直流XLPE 电缆预制型终端设计结构尺寸图参考文献致谢攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
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柔性高压直流交联聚乙烯(XLPE)电缆及其附件的设计研究
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