關于HVDC電纜絕緣中的空間電荷問題，有限元分析方法用于模擬絕緣材料的非線性特性對極化動態過程的影響。壓直流電纜絕緣中非線性導電性引起的空間電荷去極化。過修改電導的激活能和對電場的依賴系數，可以獲得在極化和去極化過程中空間電荷密度隨時間變化的變化。析結果表明，降低電導的激活能或增加對電場的依賴系數可以減少電纜絕緣中非線性電導率產生的空間電荷。HVDC并消除極化和去極化過程中空間電荷的“過載”和“反轉”。性過沖現象將極化和去極化過程加速到穩定狀態，同時增加電介質中的電流密度。線性電導;高壓直流電纜;空間費用;極化;動態過程中圖分類號：TM 854文檔編號：A產品號：1007-449X（2019）07-0027-11摘要：研究空間電荷問題模式和極化中的非線性負載性能表明，電導率的激活能量的減小或場依賴系數的增加減少了空間電荷的量和極化和去極化期間的“過沖”。均由非線性電導率和極化和去極化誘導，更快地實現穩定性。價格上漲總電纜絕緣。鍵詞：非線性電導率，高壓直流電纜，空間電荷，極化，動態過程引言直流輸電技術比傳輸技術有許多優點高容量，高壓和長距離傳輸中的交流電[1-2]。為直流輸電系統的關鍵部件，高壓聚合物絕緣（HVDC）高壓電纜，如交聯聚乙烯（XLPE）高壓直流電纜，已被廣泛使用[3]。
　　HVDC XLPE電纜中的空間電荷問題受到了很多關注[4-6]。據空間電荷源[7]，它可以分為兩類：一類是在強電場下根據絕緣材料的微觀特征產生的（例如介質中雜質的熱電離）絕緣，極性分子極化，電極）由于注入和陷阱等因素造成的空間電荷，由空間宏觀介電參數引起的慢極化引起的其他類型的空間電荷，其產生絕緣材料的非線性特性，結構參數，溫度梯度與施加電壓等各種因素有關。于第一種類型的空間電荷，許多國內外研究人員進行了廣泛的研究[8-13]。于第二類空間電荷，現有的空間電荷測試技術不區分兩者[14-16]，第二類空間電荷具有相對較低的值[17-]。18]，經常被忽略，因此對它的研究相對較少。而，后者可以存在于任何場級，這也影響在操作期間HVDC電纜的絕緣中的電場分布。證據表明，絕緣材料的非線性特性對空間電荷極化動態過程和HVDC電纜去極化的影響對于新絕緣材料的開發至關重要。文采用Comsol Multiphysics多物理耦合軟件模擬不同非線性電導特性對HVDC電纜絕緣中空間電荷極化和去極化動態過程的影響。真模型建立模型為了研究介質電導的非線性特性對空間電荷極化動力學和電纜HVDC絕緣中的消偏振的影響，參考典型結構320 kV，500 MW直流電纜[19]，簡化了。
　　立了HVDC電纜的仿真模型，如圖1所示：模型的內部電極半徑為26 mm，絕緣支撐的厚度為24 mm，外部電極的半徑52毫米材料特性，邊界條件和加載方法材料特性模型各部分的材料特性如表1所示。度場的確定將導致電纜絕緣層的溫度梯度在實際的HVDC電纜操作中加熱導體芯。了使模擬條件更接近實際情況，模型中的溫度邊界條件定義如表2所示。中：Rin Rout分別是內電極和外電極的半徑; r是絕緣介質中任何點的半徑。該文章中，ΔT= 30K，絕緣介質中相應溫度的分布曲線示于圖3中。1.通過將外電極接地來確定電場的邊界條件，并且通過由以下等式確定的激勵電壓施加內電極。值分辨率方法使用COMSOL Multiphysics軟件中的瞬態解算器，有限元軟件來求解模型，主要是用數值求解泊松方程。數字解決方案過程中，空間網格單元的大小和時間步長是影響解決方案準確性的關鍵因素。在計算區域上執行三角測量時，劃分單元的最大尺寸設置為0.2mm。于極化和去極化達到其穩定狀態的過程，計算時間為1，400，000，其中前400，000是極化過程，最后1，000，000是去極化過程。了保證計算的準確性并減少計算時間，計算步驟由時間的劃分來定義。體參數如表3所示。間電荷的計算COMSOL Multiphysics的有限元軟件可以直接提供空間電荷密度ρ的時空分布，但由于模型誤差（由極限網格的細度決定），電極極限處電荷密度ρ的分布明顯不符合物理事實。此，根據電位移D的全球時空分布，通過線性插值和電荷密度的時空分布來計算受模型誤差影響的電極附近的電位移D.然后計算空間ρ。體關系是空間電荷極化設定過程。導激活能對空間電荷極化過程的影響電導率方程（1）的各種參數在文獻[20]中給出：A = 3.2788 1 V / （Ω·m2），B = 2.77×10-7 m / V.在ΔT= 30 K和U0 = 300 kV的條件下，只有電導的活化能φe變為0.5，分別為0.52，0.54，0.56，0.58和0.6eV，因此在不同的電導率激活能量下模擬介電常數。此過程中電場密度和空間電荷的空間和時間分布，典型結果如圖3和圖4所示。相似的溫度和場條件下，電荷密度值空間與文獻[21-22]中測量的空間大小相同。3和圖4示出了由于在極化過程期間存在溫度梯度，電場在穩態下反轉（電纜絕緣中的電場具有低且高的內部外部分布。久模式）和空間電荷隨時間而變化。淀現象，即空間電荷密度首先隨極化時間增加，然后減小，變成趨于穩定狀態值的非單調現象。

　　
　　化過程中空間電荷的產生是空間中介電常數梯度分布的結果。同位置的電荷密度隨時間變化的變化由下式確定[ 20]：空間電荷的動態行為在很大程度上取決于弛豫時間的時空。布圖5顯示了根據計算的弛豫時間τ（t，r）的典型時空分布。圖5中可以看出，介質的動態弛豫時間在徑向的任何時刻都具有低和高的內部外部分布;施加電壓的初始動態弛豫時間的空間分布梯度大于靜止狀態下動態弛豫的動態時間空間分布梯度。正極性電壓施加到內部電極時，帶正電的載流子從內部電極遷移到外部電極。內部導體的弛豫時間小于內部電極的弛豫時間時 Δr，r處的電荷轉移率大于r Δr。荷轉移率，從而形成正空間電荷累積，而正電荷累積又降低r處的電場，并且電導率降低，載流子遷移率降低這是一個負反饋過程，所以最終達到平衡狀態。間電荷密度“溢出”行為的整體表現[24]。同電導激活能量下相應絕緣介質中穩定空間電荷密度的平均值如圖4所示。
　　圖6中可知，隨著電導的激活能量增加，絕緣介質中靜止狀態下的空間電荷累積量線性增加。了清楚地反映不同電導激活能量對電介質中空間電荷極化過程的影響，在絕緣介質水平上提取空間電荷密度r = 26.2 ，38，49.8毫米，空間電荷密度隨時間變化。圖7和7所示，圖6和圖7顯示激活能量越高，“空間電荷”溢出現象越慢，“峰值”峰值越大。“溢出”很重要，穩定的空間電荷密度越重要。自跳躍電導模型的電導率公式（1）的活化能φe直接影響μ載流子的遷移率[25]。相同的激發條件下，活化能越高，遷移率和外界越低。發響應越慢，空間電荷“溢出負載”越慢，激活能越大，電導率受溫度影響越大，電導率梯度越高。相同的溫度梯度下形成。過等式（5）獲得的極化空間電荷的大和平衡值：從等式（7），穩態下的空間電荷密度與時間梯度成比例放松，電導率梯度越高，弛豫時間梯度越重要。
　　此，活化能越高，電介質中的空間電荷密度越高。極化過程中提取絕緣介質的每單位長度的吸收電流（總極化電流減去導電電流），并獲得作為時間和半衰期（所需時間）的函數的吸收電流曲線這樣吸收電流減小了初始值的一半，如圖4所示。8.顯示。前的半衰期可以反映極化過程（去極化）達到平衡的速率。在圖7中可以看到的，激活能量增加，吸收電流減小并且極化達到穩定狀態所需的時間增加。也是由于以下事實：電導的活化能增加以降低佩戴者的移動性，在相同外部條件下的導電性降低，電流密度降低并且佩戴者的移動性是也減少了，所以極化達到穩定狀態所需的時間增加了。ΔT= 30 K，U0 = 300 kV，A = 3，278的前提下，電場依賴系數對空間電荷極化過程的影響由電場依賴系數B修正。1 V /（Ω·m2），e = 0.56 eV。擬在以下條件下進行：1.27×10-7，1.77×10-7，2.27×10-7，2.77×10-7，3.27×10-7和3.77×10-7（單位：m / V）。獲得不同的電場依賴系數時，獲得電場的空間和時間分布以及相應絕緣介質中的空間電荷密度（典型結果顯示在圖9和10中）。較圖9與圖3，圖10和圖4，可以看出，電場依賴系數B的增加緩和了由溫度梯度引起的電場反轉程度。緣介質并降低絕緣中的總空間電荷密度。可以通過圖2的穩態平均空間電荷密度和電場依賴系數之間的關系更清楚地反映出來。12是當空間電荷密度在r = 26.2mm，r = 38mm和r = 49時被提取時空間電荷密度與時間的關系圖， 8毫米。圖12中可以看出，電場依賴系數的增加抑制了空間電荷的“溢出”行為，減少了絕緣介質中的總空間電荷累積并減少了極化達到穩定狀態所需的時間。依賴系數的電場的增加有助于電場在絕緣介質[26-27]的均勻分布，從而在絕緣介質中的電場模式的斜率在徑向方向上，這允許減小緩和空間電荷密度的動態變化。

　　13是表示在不同的電場依賴性系數下，礦用電纜絕緣介質中吸收電流隨時間的變化及其半衰期的曲線圖。圖13中可以看出，電場依賴系數越大，相應的偏置電流越大，并且極化達到穩態所需的時間越短。際上，當對電場的依賴系數增加時，對應于絕緣介質的電導率在相同的外部條件下增加[26-27]。間電荷去極化耗散過程電導激活能量對空間電荷去極化過程的影響將腳趾電導的激活能量改變為0，分別為5，0.52，0.54，0.56，0.58和0.6eV，其他條件與極化過程相同。不同的電導激活能量下，在絕緣介質的去極化過程中獲得電場的時空分布和空間電荷密度（圖14和15中所示的典型結果）。

　　去極化過程中，發生空間電荷現象“反極性超限”，即內部電極附近的空間電荷不隨時間單調減小到零，但反極性的峰值出現然后降低到零。極化過程的“反極性??超限”回應極化過程的“溢出”，并且“反極性超限”總是由動態弛豫時間的時空分布決定。于去極化過程中電極附近的反向電場，發生“反極性超限”。16顯示了不同激活能量對不同位置的空間電荷去極化動態特性的影響。圖中可以看出，在去極化過程中，電導率的激活能對空間電荷中“反極性超限”現象的影響與極化過程相容;也就是說，激活能越高，空間電荷現象就越反轉。速越大，“反極性超限”的峰值越大。極化電流密度曲線與時間的關系以及去極化電流半衰期和激活能量也可從圖17中得知。間電荷的去極化過程的激活與極化過程的激活相同。場依賴系數對空間電荷去極化過程的影響改變了電場B的依賴系數，即1.27×10-7，1.77×10-7 ，分別為2.27×10-7，2.77×10-7，3.27×10-。
　　圖7和3.77×10-7（單位：m / V）中，其他條件對應于相同的極化過程。這些條件下，模擬顯示電場密度和空間電荷的典型的時空分布在圖4中示出。照圖18和圖18。圖顯示了20個不同的電場依賴系數對不同位置的空間電荷去極化的動態特性的影響。圖20中可以看出，改變電場依賴系數對空間電荷的“反極性??超限”現象的影響與極化過程兼容，即，也就是說，電場依賴系數的增加抑制了空間電荷的“反極性??超限”行為，并且縮短了去極化達到穩定狀態所需的時間。圖21中不同電場依賴系數的去極化電流及其半衰期曲線可以看出，電場依賴系數對電場的極化和去極化具有相同的影響。間費用。論利用COMSOL軟件模擬給定結構下HVDC電纜中電纜絕緣空間電荷的極化和消極化動力學，應用激勵形狀和絕緣溫度梯度，得出以下結論：降低絕緣材料電導率的激活能量可以減少極化期間介質介質中非線性電導引起的空間電荷累積，并抑制其行為在極化和去極化期間超過“和”反轉空間電荷的極性“。少去極化達到平衡所需的時間;）增加電場依賴系數也可以減少空間電荷累積并抑制“溢出”和“反極性” “在空間電荷的極化和去極化過程中。“打孔”，縮短極化和去極化達到穩定狀態所需的時間。考文獻：[1]在中國電機工程學報，2012，32中國[J]論文集直流電網（13）的應用前景的文佳良吳瑞鵬昌等人分析：7.WEN佳良武瑞，在中國電機工程學報，2012，32中國分析[J]論文集彭長DC網絡前景（13）：7。2]張煒，茶君威汪司朕和其他材料的發展直流高壓絕緣透視[J]。緣材料，2016，49（2）：1。沖，朱俊偉，王思嬌等，高壓直流電纜絕緣子的發展與展望[J]。緣子，2016，49（2）：1。3]何金良，黨斌，周偉等，高壓擠壓直流電纜的研究進展與關鍵技術[J]。電壓技術，2015年，41（5）：1417 SE金良，黨斌，周堯和研究，并在高壓直流輸電[J]擠壓電纜關鍵技術進展等研究。壓工程，2015，41（5）：1417。4]吳浩，陳浩，王霞及其同事，梯度下電纜絕緣空間電荷特性研究現狀溫度[J]。緣材料，2012，礦用電纜45（3）：Kai 60.WU，Xi CHEN，WANG X Ia，et al。溫度梯度下電纜絕緣中空間電荷特性的搜索情況[J] ]。緣材料，2012，45（3）：60。5] MONTANARI G C.帶絕緣失效：空間負荷的作用[J]。電介質產品和電絕緣性，2001年在IEEE Transactions 18（2）：339。6] MAZZANTI G，從空間電荷的測量提取作為絕緣老化的標記物?MONTANARI C.量[J]。絕緣，2003，10（2）：198。7]直流交聯聚乙烯絕緣中的空間電荷形成機理[J]。緣材料，2010，43（6）：[7]邱斌，何軍，涂德民。39.邱斌，何軍，涂德民。流交聯聚乙烯絕緣中空間電荷形成機理[J]。
　　緣材料，2010.43（6）：39 [8]穗積N，H SUZUKI，T. OKAMOTO直接觀察獨立空間電荷的時間在XLPE電纜在高電場[J]型材，IEEE TRANSACTIONS ON電介質和電絕緣，1994，1（6）：1068。9]陳偉，王霞，吳昊等。直流電壓下梯度場對聚乙烯空間電荷和場畸變的影響[J]。國電機工程學報，2011，26（3）：13。曦，王霞，吳凱等。連續電壓聚乙烯的應力變形和高溫梯度[J.]中國電工學會學報，2011，26（3）：13。10]吳偉，朱慶東，陳偉等溫度梯度對油紙絕緣的影響空間電荷分布特性的影響[J]。壓技術，2011，37（4）：823。

　　凱，朱慶東，陳曦其他，溫度梯度對浸油紙中空間電荷分布的影響[J]。壓工程，2011，37（4）：823。11]傅一峰，陳俊熙，趙紅等交聯聚乙烯接枝氯乙酸烯丙酯的介電性能[J]。壓電子技術，2011，37（4）：823。一峰，陳俊琦，趙宏等聚乙烯與氯乙酸接枝烯丙基酯交聯的介電性能[J]。2018，33（18）：4372。國電工學會，2018的交易，33（18）：4372 [12]栗壓沙，戴亞平，華需，對電場的負載分布和XLPE電纜的空間[雜質等的影響J]電氣工程，2018年，33（18）：。365.LI夜叉，DAI亞平，華旭雜質對電場和空間電荷的在XLPE電纜[J]的分布的影響，中國電工學會學報，2018，33（18）：4365。13]顏志宇，趙紅，韓寶忠等。
　　米復合CB / LDPE [J]的空間電荷特性放松的分析，期刊電機與控制，2017年，21（06）：50.YAN知遇，趙虹，韓保忠等人，分析從弛豫α的角度看CB空間電荷特性納米復合材料LDPE / LDPE [J]。機和控制，2017年，21（06）：50 [14] XU曉曉，LEI志鵬SONG建成等開發用于測量HVDC電力電纜脈沖電聲空間電荷的方法[C ] // IEEE高壓工程與應用國際會議，2016年，2016年9月19 - 22日，中國成都，IEEE，2016：1-4。15] AHMED NH，SRINIVAS N N. Review介電空間電荷的測量[J]，IEEE電介質絕緣材料，1997，4（5）：644。16]王亞林，吳建東，易玉輝等。步測量及充放電電流的應用[J]。ETUCE，2017論文集，37（3）：931.WANG雅琳武建東，YI蜀恢和其他測量和空間電荷和松弛電流與固體電介質[J]同時施加。ETUCE，2017論文集，37（3）：931。17]空間電荷的麥卡利斯特IW克萊頓GC PEDERSEN A.字段在DC電纜[C] // 1996國際的IEEE的研討會電絕緣，1996年6月16-19日，魁北克省蒙特利爾，加拿大，2002年IEEE：661至665 [18] FABIANI d GC塔納，對空間電荷的溫度梯度的BODEGA R.效應和HVDC電場分布模型[C] //第八屆國際IEEE 2006年電介質材料特性和應用會議，印度尼西亞巴厘島，2006年6月26 - 30日.IEEE，2007：65-6 8. [ 19]楊加明，汪微，韓胞螽等電導特性CC納米復合材料介質LDPE和效果上的電場在高壓直流電纜[J]，在ETUCE，2014，34論文集分布（9）：1454。家明，王選，韓寶忠等，LDPE納米復合材料導電特性直流電流及其對高壓高壓電纜電場分布的影響[J]。]博格斯S.，DAMON DH，Hjerrild J.，等人，在用固體介質直流[J]。電力配送，2001年IEEE交易電纜的場的灰度的絕緣性能的影響， 16（4）：456。21] HOLBOLL JT，HENRIKSEN男，與溫度梯度[℃] //上電絕緣性和介電現象年度報告會議的交聯電纜的空間電荷的Hjerrild J.積累，Victoria，Canada，2000：157-160。[22] KR Bambery，在含有介電常數/電導率的梯度[J]低密度聚乙烯的樣品FLEMING RJ HOBOLL的J T.空間電荷型材，物理雜志d :.應用物理，2001年，34（20）。：3071-3077。[23] McAllister的IW克萊頓GC PEDERSEN甲在DC電纜電荷累積：宏觀方法[C] //的IEEE國際上的電絕緣1994研討會5的會議論文集至8 1994年6月Pittsburgh，USA，IEEE，2002：212-21。24] Sun，Yunlong，Li Zhonghua，Suo，Changyou，et al。

　　非線性電導率引起的空間電荷分布模擬在HVDC電纜絕緣[C] // 2017年電氣絕緣材料國際研討會，日本豐橋，2017年9月11日至15日，IEEE，2017：126-129。
　　[25]陳繼丹，劉子玉，介電物理[M]，北京：機械工業出版社，1982：209-213。[26]李中華，劉樂樂，鄭歡等，高壓直流電場分布影響因素的模擬研究[J.] ETUCE Proceedings，2016，36（9）：2563。LI Zhonghua， LIU Lele， ZHENG Huan， et Al. Simulation sur les facteurs dinfluence de la distribution du champ électrique dans un cable HVDC [J.] Actes de la CSEE， 2016， 36 (9): 2563. [27] Zheng Huan， Liu Lele， Li Zhonghua. Sous tension de surintensité superposée en courant continu étude sur les caractéristiques de distribution de champ électrique transitoire dun cable HVDC [J]. Actes de la Société chinoise de génie électrique， 2016， 36 (24): 6682， ZHENG Huan， LIU Lele， LI Zhonghua. Recherche sur la distribution de champ électrique transitoire dans un cable HVDC sous tension continue superposée Voltages [J]. Actes de la CSEE， 2016， 36 (24): 6682.
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