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目前，隨著城市電力電纜使用量的快速增加，與之配合使用的電纜終端應(yīng)用越來越普遍，但是電纜終端卻是電力電纜線路中的相對(duì)薄弱環(huán)節(jié)，電纜終端擊穿甚至終端炸頭的事件時(shí)有發(fā)生，電纜終端的運(yùn)行和維護(hù)成為困擾電力運(yùn)行單位的一大難題。

伴隨著最近幾年的發(fā)展，交-直-交供電系統(tǒng)的應(yīng)用，尤其是一些高壓、大功率等非線性電力電子器件的廣泛應(yīng)用，加之接受端系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜性的增加，特別是一些大容量和非線性負(fù)載的使用，加劇了電網(wǎng)系統(tǒng)中的高頻諧波等一系列問題。諧波電壓中含有眾多的高次諧波成分，高頻諧波使設(shè)備的絕緣問題變得嚴(yán)重，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)熱故障、擊穿故障和過早損壞等一系列問題。

為理清高頻諧波對(duì)電纜終端表面熱點(diǎn)形成的影響，國網(wǎng)寧夏電力有限公司超高壓公司、國網(wǎng)寧夏電力有限公司的研究人員趙慶杰、史磊、柴斌，在2022年第5期《電氣技術(shù)》上撰文，對(duì)兩種不同類型的電纜終端建立其電-熱耦合場(chǎng)有限元仿真模型，并利用COMSOL仿真軟件對(duì)電纜終端表面熱點(diǎn)現(xiàn)象進(jìn)行電-熱耦合場(chǎng)有限元仿真，從而深入理解電纜終端表面熱點(diǎn)受高頻諧波變化影響而出現(xiàn)的特征，理清諧波頻率對(duì)電纜終端內(nèi)部瞬態(tài)電場(chǎng)及表面熱點(diǎn)的具體影響。

研究人員指出，本課題所使用的電纜終端為SG型電纜終端和GEO型電纜終端。其中SG型電纜終端的非線性應(yīng)力控制層材料主要成分是半導(dǎo)電材料，其主要作用是疏散外半導(dǎo)電層截?cái)嗵幖械碾妶?chǎng)，當(dāng)外半導(dǎo)電層截?cái)嗵幍木植侩妶?chǎng)強(qiáng)度增大時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)率成指數(shù)規(guī)律增加，有助于電場(chǎng)能量的釋放。GEO型電纜終端利用應(yīng)力錐的幾何結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將電場(chǎng)分散到整個(gè)錐形結(jié)構(gòu)上，能夠有效控制電場(chǎng)強(qiáng)度。兩種電纜終端簡化模型如圖1所示。

圖1 兩種電纜終端簡化模型

研究人員表示，通過在不同諧波頻率作用下對(duì)兩種類型電纜終端的電場(chǎng)強(qiáng)度及總功率損耗密度的仿真分析可以得出，對(duì)于SG型電纜終端，電場(chǎng)強(qiáng)度最強(qiáng)處在其半導(dǎo)電層截?cái)嗵幐浇瑫r(shí)，在此處的電場(chǎng)畸變比較嚴(yán)重，總功率損耗密度最大，發(fā)熱也比較嚴(yán)重，因此，此處極易形成局部熱點(diǎn)。

隨著諧波頻率的增大，SG型電纜終端處的局部功率損耗密度不斷升高，特別是總功率損耗密度成指數(shù)關(guān)系升高。而對(duì)于GEO型電纜終端，由于其材料的不同，電導(dǎo)率受諧波頻率變化的影響并不大，因而總功率損耗密度也不大。

另外，隨著諧波頻率的增加，SG型和GEO型電纜終端的電場(chǎng)強(qiáng)度及總功率損耗密度均在增加，并且SG型電纜終端的總功率損耗密度在增長率和數(shù)值上要明顯高于GEO型電纜終端，使SG型電纜終端具有明顯的熱效應(yīng)。

本文編自2022年第5期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“變電站不同類型電纜終端在諧波頻率作用下的電-熱耦合場(chǎng)仿真分析”，作者為趙慶杰、史磊 等。