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有發(fā)生。電纜接頭爆炸事故除了導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟損失外，還涉及到人身安全以及電力公司的社會形象問題。目前，電纜接頭爆炸的機理和原因一直困擾著相關(guān)電力運行與管理部門的相關(guān)工作人員，其難點在于：1）電纜接頭爆炸形式多樣，有在運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-力耦合場瞬態(tài)計算模型，并進行了

3、實例計算，通過現(xiàn)場測量驗證了模型的準(zhǔn)確性；進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。論文的研究內(nèi)容可以為電纜接頭爆炸機理分析以及內(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)耦合場數(shù)學(xué)模型，包括控制方程

4、和邊界條件，重點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行過程中的電磁場、溫度場和應(yīng)力場之間的相互耦合作用機理，選擇了一種實現(xiàn)電纜接頭電磁-熱-力瞬態(tài)耦合場計算的有效方法。同時，進行了實例計算，并通過現(xiàn)場測量驗證了計算模型的準(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，即首先對不同內(nèi)部缺陷下電纜接頭熱-力特性進行了數(shù)值計算，進而研究了電纜接頭不同內(nèi)部缺陷程度對其熱-力特性的影響規(guī)律。
　?。?）根據(jù)計算得到的內(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，基于該方法可以實現(xiàn)對電纜接頭內(nèi)部缺陷狀態(tài)的監(jiān)測。此外，針對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)生爆炸的時間閾值和時間尺度下發(fā)生爆炸的電弧電流閾值。
　?。?）搭建了模擬電纜接頭熱-力特性的試驗平臺，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-力試驗研究，并通過數(shù)值計算結(jié)果和實驗結(jié)