测量电缆终端绝缘界面压力的方法技术

本发明专利技术提供一种测量电缆终端绝缘界面压力的方法，采用现场测量和数值模拟相结合的方法，通过现场直接测量高压电缆终端弹簧压紧装置的弹簧应变，根据高压电缆终端橡胶应力锥和弹簧压紧装置的受力关系，达到间接测量得到应力锥轴向压力目的；建立高压电缆终端整体数值模拟模型，根据橡胶应力锥轴向压力校核模拟模型可靠性，最后根据力电热载荷条件数值模拟计算出电缆终端绝缘界面压力的分布和变化规律。本方法避免了高压电缆终端结构所决定的无法直接测量界面压力的难题，本方法具有可靠、有效、方便的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属高压电网测试
，可以准确可靠地测出高压电缆终端绝缘界面压力的分布和变化规律。
技术介绍
电网属于输送和分配电能的中间环节，它主要由联结成网的送电线路、变电所、配电所和配电线路组成。目前我国电网主要是以高压和超高压交流输电线路为主， 220kF、500kV交流输电网是目前我国骨干电网。在电网组成部分中，输电系统承担着将电力运输和分配到各个用电部门的任务， 其对电力系统的运行也影响最大。输电系统主要由电缆、电缆附件及线路构筑物三部分组成。电缆附件是指电缆线路中除电缆本体以外的其它部件和设备，包括电缆终端和电缆接头。以往电力系统故障发生的概率表明，电缆附件发生的故障占到电缆运行故障的一半以上。电缆终端是电力输配电系统中的重要组成部分。但是由于电缆终端本身结构、制作和连接及运行条件的复杂性，终端故障总是不能避免。高压电缆终端是用以将高压电缆与高压电网或其它电气设备相连接的电缆附件，安装在电网线路末端，在整个电网线路中起着承载转接的重要作用，因此成为保证高压电网线路安全运行的关键环节。电缆终端内部构件接触界面的紧密度对电缆终端界面稳定性和可靠性是非常重要的，它将直接影响电缆终端的绝缘特性，如局部放电、瞬时击穿强度和长时击穿强度等指标。工程中广泛应用橡胶预制应力锥式高压电缆终端，由橡胶预制应力锥、铜托、环氧树脂套管、底座、瓷套、顶盖、雨罩、出线杆、电缆绝缘以及电缆芯组成，其技术特点是橡胶预制应力锥和环氧树脂套管共同作为绝缘增强元件及电应力控制元件起作用，同时采用弹簧压紧装置对橡胶预制应力锥施压，把橡胶预制应力锥顶在环氧树脂套管内侧，从而使橡胶预制应力锥和环氧树脂套管、电缆绝缘之间的界面紧密接触，并维持长期可靠的界面压力，增加电缆终端的可靠性。橡胶预制应力锥是高压电缆终端的关键部件，橡胶预制应力锥和环氧树脂套管、 电缆绝缘之间应紧密接触，并保持一定的界面应力，界面应力的大小和分布情况直接影响到电缆终端的电场分布，直接影响到电缆终端电气性能。电缆终端击穿电场强度随界面应力的增加而增加，当界面应力到达一定程度后终端的击穿强度达到饱和。界面应力不同的地方，击穿电场强度也不同。在达到饱和以前，界面应力越小的地方、击穿电场强度也越小， 并且当界面应力不均勻时，使得终端电场分布不均勻，出现电场集中现象，有些界面应力小的端面可能会被电场击穿。因此，了解和掌握高压电缆终端界面压力的大小和分布状态对保证电缆终端的稳定性和可靠性是十分重要的。但是由于高压电缆终端是一个由多种材料零部件构成的复杂结构，且结构紧密， 导致直接测量绝缘界面压力，特别是安装过程和运行过程中的绝缘界面压力非常困难，目前尚没有一套成熟有效的测量方法，因此，具有测量高压电缆终端安装以及运行过程中绝缘界面压力的方法是十分必要的。
技术实现思路
为了克服直接测量电缆终端绝缘界面压力的困难，本专利技术提供一种，这是一种间接测量界面压力的方法。该方法采用现场实际测量与数值模拟相结合，最终通过有限元方法计算得出高压电缆终端绝缘界面压力。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种，采用现场测量和数值模拟相结合的方法，通过现场直接测量高压电缆终端弹簧压紧装置的弹簧应变，根据高压电缆终端橡胶应力锥和弹簧压紧装置的受力关系，达到间接测量得到应力锥轴向压力目的；建立高压电缆终端整体数值模拟模型，根据橡胶应力锥轴向压力校核模拟模型可靠性，最后根据力电热载荷条件数值模拟计算出电缆终端绝缘界面压力的分布和变化规律。在初始安装工况下，所述现场测量弹簧应变具体步骤如下1)安装静态数字电阻应变仪；2)应变片以半桥接法连接到静态数字电阻应变仪，为消除温度等因素对测试的影响， 实验中使用温度补偿应变片；3)将应变仪通入接地良好的交流电源预热，预热完成后对静态应变仪进行标定；4)拧紧弹簧内部螺杆螺母的同时，进行数据采集工作；5)根据高压电缆终端橡胶应力锥受到轴向压力与测量所得应变之间的关系，得到初始安装工况下橡胶应力锥受到的轴向压力。在运行工况下，所述现场测量应变具体步骤如下 1)安装动态应变测试仪；2)应变片以半桥接法连接到动态应变测试仪，为消除温度等因素对测试的影响， 实验中使用温度补偿应变片；3)将应变仪通入接地良好的交流电源预热，预热完成后对动态应变测试系统进行平衡和清零；4)每种电压工况的电缆终端运行时间和数据采集时间相同；5)根据高压电缆终端橡胶应力锥受到轴向压力与测量所得应变之间的关系，得到运行工况下橡胶应力锥受到的轴向压力。上述数值模拟方法为有限元方法，其具体步骤如下1)根据高压电缆终端实际结构尺寸，建立高压电缆终端整体非线性有限元模拟模型；2)根据间接测量得到的橡胶应力锥轴向压力结果，验证有限元模型的可靠性；3)施加力电热载荷条件进行非线性有限元数值模拟计算，得到高压电缆终端绝缘界面压力的分布和变化规律。本专利技术的有益效果是，采用现场测量和数值模拟相结合的方法，利用简单可行的现场测试实验手段进行测量，通过数值计算得到最终结果，从而避免了高压电缆终端结构所决定的无法直接测量界面压力的难题，本方法具有可靠、有效、方便的特点。附图说明图1是本专利技术的高压电缆终端应力锥部分结构图。图2是本专利技术方法的操作流程图。图3是本专利技术的电缆终端整体数值模拟模型。图4是计算得到的高压电缆终端应力锥和电缆绝缘之间界面压力分布曲线。 具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。一种，采用现场测量和数值模拟相结合的方法，通过现场直接测量高压电缆终端弹簧压紧装置的弹簧应变，根据高压电缆终端橡胶应力锥和弹簧压紧装置的受力关系，达到间接测量得到应力锥轴向压力目的；建立高压电缆终端整体数值模拟模型，根据橡胶应力锥轴向压力校核模拟模型可靠性，最后根据力电热载荷条件数值模拟计算出电缆终端绝缘界面压力的分布和变化规律。如图1所示，高压电缆终端应力锥，包括绝缘油1、环氧树脂套管2、橡胶预制应力锥3、磁套4、屏蔽层5和弹簧支撑装置6。在弹簧支撑装置6上贴应变片，利用动、静态应变仪分别测出安装和运行过程中的弹簧应变。如图2所示，在初始安装工况下，所述现场测量弹簧应变具体步骤如下1)安装静态数字电阻应变仪；2)应变片以半桥接法连接到静态数字电阻应变仪，为消除温度等因素对测试的影响， 实验中使用温度补偿应变片；3)将应变仪通入接地良好的交流电源预热，预热完成后对静态应变仪进行标定；4)拧紧弹簧内部螺杆螺母的同时，进行数据采集工作；5)根据高压电缆终端橡胶应力锥受到轴向压力与测量所得应变之间的关系，得到初始安装工况下橡胶应力锥受到的轴向压力。在运行工况下，所述现场测量应变具体步骤如下 1)安装动态应变测试仪；2)应变片以半桥接法连接到动态应变测试仪，为消除温度等因素对测试的影响， 实验中使用温度补偿应变片；3)将应变仪通入接地良好的交流电源预热，预热完成后对动态应变测试系统进行平衡和清零；4)每种电压工况的电缆终端运行时间和数据采集时间相同；5)根据高压电缆终端橡胶应力锥受到轴向压力与测量所得应变之间的关系，得到运行工况下橡胶应力锥受到的轴向压力。实施原理为高压电缆终端橡胶应力锥受到压力与测量所得应变之间的关系为F =(a)2(2β - d)其中，F为应力锥受到的压力，ε为测量应变W力弹簧丝直径 力弹簧直径和弹本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种测量电缆终端绝缘界面压力的方法，其特征在于，采用现场测量和数值模拟相结合的方法，通过现场直接测量高压电缆终端弹簧压紧装置的弹簧应变，根据高压电缆终端橡胶应力锥和弹簧压紧装置的受力关系，达到间接测量得到应力锥轴向压力目的；建立高压电缆终端整体数值模拟模型，根据橡胶应力锥轴向压力校核模拟模型可靠性，最后根据力电热载荷条件数值模拟计算出电缆终端绝缘界面压力的分布和变化规律。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马永其，吴凤琳，董轶，郑平，宁寅，杨森森，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31