Effect of surfactants on superstructure and dielectric breakdown strength of crosslinked polyethylene insulation

This paper describes the influences of a surfactant on crosslinked polyethylene (XLPE) insulation. Several kinds of additives are mixed into the insulation in order to improve the dielectric breakdown strength of XLPE cables. It has been verified that the interfacial diffusion method, which modifies the interfacial region between the insulation and the semiconducting layer by a surfactant, is effective. The effects of the surfactant on the morphology in the XLPE insulation were studied with two kinds of specimens. In the first kind of specimens, a mill was used to disperse the surfactant throughout the insulation material. Alternating current dielectric breakdown tests were performed on disk specimens. Their average breakdown strengths were improved, but the breakdown strengths were not increased at the low probabilities of the hazard function. In the other specimens, the surfactant was milled into the semiconducting layer, and later allowed to enter the insulation by diffusion during the high-temperature crosslinking process. It was found that the average breakdown strengths were improved further. Moreover, the breakdown strengths were found to increase significantly at the low probabilities of the hazard function. The two kinds of specimens were followed by material analysis using analytical methods, such as TEM, FT-IR, etc. Results from the milled specimen indicated that the improvement in property was probably due to the increase in density of the amorphous portion, the increase in the lamella thickness, and the increase in spherulite radius created by the additive content. Therefore the insulation near the interface where a concentration gradient was established by diffusion from the semiconducting layer is considered to have similar morphological changes caused by the additive. In addition, the diffusion specimen was observed to have an absence of introduced microdefects that existed in the milled specimen.     

电热联合老化对XLPE电缆绝缘特性的影响

为了探究达到设计寿命的高压交联电缆继续运行的可靠性,文中对一回实际运行32 a的110 kV高压交联聚乙烯(XLPE)电缆采用预鉴定试验方法,进行为期180 d的电热循环加速老化试验。通过综合分析比较试验过程中电缆绝缘内、中和外层的电场强度和温度场变化的差异,并将各绝缘层试验条件转化为导体芯表面得到相应的等效试验条件,发现电缆绝缘中层和外层的等效试验条件接近电缆的实际运行情况。通过相关理化实验分析比较试验前后电缆绝缘各层的微观和聚集态状况。结果发现:绝缘内层在严苛的试验条件下热氧化降解占主导;绝缘中层虽然发生一定的氧化降解,但晶体结构仍有所改善;绝缘外层的结晶形态在温度效应的热刺激下趋于完善。因此,可以评估该退役电缆的其余部分在实际运行条件下仍具有长期服役的潜能。     

高压XLPE电力电缆绝缘老化状态评价研究进展

高压交联聚乙烯（XLPE）电力电缆的绝缘老化状态关系到供电可靠性,故电缆绝缘老化状态检测及评价方法的研究意义重大。对于高压电缆的绝缘老化状态检测及评价,国内外已有相关研究成果,文中总结了目前常用的高压电缆绝缘状态离线、在线检测及评价方法。离线检测手段准确性高,但不适于对在役电缆进行大面积取样检测;在线监测的环境干扰因素太多,存在的干扰会对监测结果产生影响,有一定检测局限性,且缺乏大量的实验数据支撑;而对于电缆绝缘老化状态评价方法,尚未有广泛认可的评价标准和体系。文中在总结概述现有方法的基础上,提出了目前电缆老化绝缘状态综合评价方法存在的难点及未来电缆绝缘老化评价研究可提升的方向。     

基于高温介电谱测量的XLPE老化状态评估

核电站中应用的交联聚乙烯(XLPE)电缆受到辐射作用后,其绝缘性能将发生变化。为研究XLPE绝缘经历热老化后在不同温度下介电特性的变化,对其分别进行了热和热-辐射老化实验。对试样进行了80、100、135、155℃下100-800小时的热老化,同时进行相同条件下引入100Gy/h伽马射线的热-辐射老化,并完成了25-200℃下介电谱测量。实验结果发现：引入辐射条件后,试样的活化能与Cole-Cole曲线中β的数值出现了明显减小;老化温度与辐射条件相同时,试样的电导率与松弛峰峰值频率fp随老化时间的增加而增大,能够很好地反映试样老化过程中介电特性的变化;温度不同时,低频下的复介电常数和复介电模量规律更加明显。因此,高温低频下的介电特性可以有效反映XLPE绝缘老化状况。     

大型发电机主绝缘多因子老化过程中介损温谱的研究

本文通过大型发电机定子主绝缘的联合三因子加速老化试验,研究了主绝缘的介质损耗角正切tanδ的温谱随老化时间的变化规律,提出0 2Un下tanδ T曲线峰值对应的温度Tm可作为表征绝缘老化状态的特征参量,并对其随老化时间的变化规律进行了研究。结果表明,0 2Un下tanδ T曲线峰值对应的温度Tm随老化时间的增加而逐渐升高。     

基于超低频介损的XLPE电缆绝缘受潮检测判据研究

电缆超低频介损测试技术在国内刚刚起步,所采用的IEEE Std 400.2-2013超低频介损判据并不完全适用于我国本土化XLPE电缆,开展电缆超低频介损检测的研究迫在眉睫。因此,本文通过加速水树老化实验验证超低频介损检测对于水树劣化检测的有效性,并开展现场测量,对所测252组数据进行状态分级,发现介损变化率为负的电缆线路处于注意或异常状态,多处于异常状态；且介损的波动值可更加清晰直观反映电缆运行状态。因此,在现有的电缆超低频介损三大判据之外,提出了新的特征量反向介损变化率和介损极差,吸纳韩国Skirt介损判据,最终形成更为完善的超低频介损检测判据体系,为我国配网电缆超低频介损老化状态评价规程的制定提供了参考。#$NL关键词：XLPE电缆；超低频介损；电缆水树；检测判据；反向介损变化率；介损极差#$NL中图分类号：TM854     

基于振荡波局部放电检测的电力电缆绝缘老化状态评价与故障定位

随着我国社会发展进步,电缆线路的铺设速度愈发加快.交联聚乙烯电缆凭借其优良的运行性能,在国内广泛铺设,但囿于复杂的运行环境,电缆常因此受到不同程度的绝缘老化.目前,在高压交联电缆线路现场试验和状态检测中,阻尼振荡波电压下的局部放电实验还未有重大突破,缺乏相关的实验数据.文中介绍了振荡波局部放电实验的原理及其实验装置,并...     

基于介电特征参量分析的变频电机匝间绝缘老化特性研究

连续高压双极性脉冲方波电压幅值、频率和工作温度与变频调速牵引电机匝间绝缘的寿命有着密切关系.本文对模拟变频电机匝间绝缘的绞线对试样在不同电压幅值、频率、温度下进行加速老化试验,测试其介质损耗角正切值和试样电容随电压的变化特性.通过介质损耗产生机理分析和方波脉冲作用机理研究,结果表明:老化初期,局部放电起始放电电压随电压升高而升高,基本上不受频率的影响,其与空间电荷积累有关.温度在稍微变化(变大)的情况下对绝缘的影响都是很大的.脉冲方波幅值、频率和外界温度具有协同效应,一种因素的增强和减弱都会改变其他因素对绝缘影响的趋势.     

热历史过程对XLPE电缆热历史温度的影响研究

文中采用差式量热扫描(DSC)法对实际服役的交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘的热历史过程进行研究,发现不同XLPE试样的DSC一次升温曲线存在着明显差异,具体表现为不同试样热历史峰的位置、大小及形状存在着较大差异,甚至有些试样观察不到热历史峰。为了研究上述差异产生的原因,对不同温度不同热老化时间的XLPE试样进行了DSC测试,当XLPE电缆绝缘所经历的热历史温度高于熔融温度时,DSC一次升温曲线上不会有热历史峰出现,此时DSC曲线的变化主要由热氧降解对XLPE晶体结构的破坏所引发。当XLPE电缆绝缘所经历的热历史温度低于熔融温度时,在DSC一次升温曲线上就会观察到热历史峰,XLPE电缆绝缘处于该热历史温度的时间越长,则热历史峰的面积越大,热历史峰的峰值温度越高,甚至有可能高于实际的热历史温度。     

不同涂覆条件对XLPE/硅橡胶界面击穿强度的影响

针对电缆接头安装过程中涂覆硅脂种类、制作工艺差异引起的界面粗糙和划痕等缺陷以及运行过程中水分侵入等因素对界面击穿特性的影响,测量分析了XLPE/硅橡胶界面涂覆普通和氟化两种不同硅脂,在不同粗糙度、潮湿处理及刀痕条件下的交流及冲击电压下的击穿特性。结果表明：在施加交流和冲击电压下,随着界面压力的增加,击穿电压均升高,冲击电压下普通硅脂试样比氟化硅脂试样有更高的击穿电压;涂覆氟化硅脂对改善界面防潮性及稳定性优于涂覆普通硅脂;XLPE/硅橡胶界面的光滑程度越高,界面的击穿电压值较高。     

XLPE电缆绝缘老化临界时间现象及其动力学仿真

为深入探究交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆绝缘的老化特性,评判XLPE电缆绝缘的老化程度,文中对110kV XLPE电缆绝缘在135℃进行加速老化实验,采用拉伸试验表征XLPE断裂伸长率的变化规律,采用傅里叶变换红外光谱表征XLPE中羰基浓度与抗氧剂含量的变化规律。结果表明,XLPE电缆绝缘老化存在临界时间现象,即随着老化时间的增长,XLPE断裂伸长率由缓慢下降转变为快速下降,羰基浓度由缓慢增大转变为快速增大,临界时间均为2016h;而抗氧剂含量则随老化时间逐渐下降,不存在拐点。基于链式自由基理论,建立考虑抗氧剂反应过程的XLPE热老化动力学模型,进一步仿真计算XLPE电缆绝缘热老化过程中抗氧剂含量和羰基浓度的变化过程,仿真计算结果能够很好地吻合实验结果。研究结果表明抗氧剂含量可用于表征XLPE电缆绝缘的老化程度。     

某110kV变压器油介质损耗增大原因分析

针对1台110 kV变压器油介质损耗因数增大问题,通过调查分析,确定其原因是绝缘油老化引起的设备缺陷。为此,制定变压器油处理的工艺及验证试验方案,并付诸实施。结果表明:使用绝缘油的再生—净化处理工艺降低了绝缘油的介损指标,高压试验介质损耗合格,绝缘恢复正常。     

热老化对交联聚乙烯电缆绝缘中水树的影响研究

热老化过程不但会影响交联聚乙烯电缆绝缘的电磁学和物理化学性能,还对绝缘内水树的产生与生长有着一定的影响。通过研究热老化过程对XLPE电缆绝缘中的水树现象的影响,以及在几个有可能的影响因素当中,哪个因素对水树现象的影响最大。实验结果表明,在与XLPE电缆绝缘的热老化有关的各种因素对水树现象的影响中,热氧化对XLPE电缆绝缘表层水树的产生和生长的影响最大。尽管热氧化所引起的缺陷有可能就是XLPE电缆绝缘中水树生长过程中的起始点,但是它在一定程度上抑制着水树的成长,甚至有着"水树延迟效果"的美称。     

基于Havriliak-Negami介电模型的油纸绝缘老化参数提取

电力变压器是电能传输中最重要的设备之一,检测变压器老化状态具有重要意义。为了对变压器内油纸绝缘的老化状态进行有效评估,文中通过频域介电谱法(FDS)研究了不同老化程度下油纸绝缘的介电特性,并通过引入Havriliak-Negami(H-N)模型建立了特征参量与老化时间之间的关系,最后将此方法应用于现场变压器的测试,进行了验证。结果表明:随着老化程度的加深,FDS曲线在高、低频段变化不明显,中频段显著增大,总体曲线呈“枣核”状;依据H-N模型提取的特征参量与老化程度具有良好的对应关系;对现场变压器的应用验证了此方法对于评估变压器老化状态的可行性。     

XLPE电缆外半导电层电特性的试验研究

以XLPE电缆为绕组的新型变压器和电机所用交联聚乙烯电缆没有金属回流层,其外部只有一层半导电层,为了解其电特性,测量了长351和103cm的两段XLPE电缆从0(直流)至2MHz交流下的电阻率、阻抗、电容,结果表明:外半导电层电阻率约0.095Ωm,单位长电容40pF/m,在试验频率(<20MHz)范围内变化不大。     

运行高压交联聚乙烯电力电缆的介电性能

为探究高压交联聚乙烯(XLPE)电力电缆在运行一段时期后的绝缘性能变化表征及老化程度判别依据,对新电缆、实际运行年限为2 a、5 a、9 a和12 a的220 k V高压XLPE电缆绝缘的介质损耗因数频谱、氧化诱导期和工频击穿电场强度等进行了研究。对实际不同运行年限的电缆样本进行了轴向切片处理,制取了表面平整、厚度为1 mm的片状试样并进行了测试。试验发现:XLPE的低频介质损耗因数与老化程度存在对应关系,当频率在0.1 Hz以下时,介质损耗角正切值(tanδ)随老化程度而呈现明显线性上升趋势;随着运行年限的增长,XLPE电缆的氧化诱导期(OIT)与羰基指数这2项参数均同时增大;当运行年限达到约5 a和12 a时,XLPE电缆的击穿电场强度明显下降,运行年限为12 a电缆的击穿电场强度比新电缆的降幅可达约13%。对以上参数的测量都可以作为评估运行XLPE电缆老化状态的有效手段,其中测试运行XLPE电缆的绝缘击穿电场强度变化情况可以反映其综合老化程度,是适合于实际工程应用的简单有效方法。     

采用改进Davidson-Cole介电模型的变压器油纸绝缘状态分析

为利用频域介电谱准确分析变压器油纸绝缘状态,引入考虑直流电导率与跳跃电导率的改进DavidsonCole介电模型。运用测量的频域介电谱数据参数化改进Davidson-Cole介电模型,将其转化为非线性优化问题。选用混合蛙跳优化算法对改进Davidson-Cole介电模型参数进行辨识,得到了弛豫时间τ、圆弧不对称度β和直流电导率σ_(dc)等特征参数。研究了老化与受潮对油纸绝缘试样的改进Davidson-Cole模型参数的影响特性,结果表明β与糠醛含量、σ_(dc)与水分含量有着良好的指数关系;τ与糠醛含量、水分含量有着良好的对数关系。通过线性拟合获得了糠醛含量、水分含量与模型参数的量化关系式,其拟合优度较高,因此可利用改进Davidson-Cole模型定量评估变压器油纸绝缘状态。     

热处理前后非脱气交联聚乙烯的介电性能和机械性能分析

In order to investigate the influence of cross-linking byproducts on dielectric and mechanical properties of 110k V cross-linked polyethylene(XLPE)cable insulation,we selected the undegassed XLPE cable insulation which is heated at 70℃in laboratory for different duration in terms of heating time,to prepare XLPE samples with different mass loss ratio.We carried out Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR)test,electric breakdown test at 50 Hz,pulsed electro-acoustic(PEA)measurement and tensile test for XLPE samples.In FTIR spectrogram,the characteristic absorption peaks were observed to appear at 1 680 cm-1 and 1 600 cm-1,which can be related to two kinds of cross-linking byproducts includingα-methylstyrene and acetophenone.The intensity of these absorption peaks decreases with the increase of mass loss ratio.It can be proposed that the mass loss of XLPE samples in the process of thermal treatment is caused by volatiliztion ofα-methylstyrene and acetophenone.Therefore,the change of mass loss ratio can reflect the change of content ofα-methylstyrene and acetophenone in the process of thermal treatment.The results of electric breakdown test showed that the reduction ofα-methylstyrene and acetophenone leads to the enhancement of electric breakdown strength at 50 Hz.PEA measurement results showed that heterocharge is produced and accumulated when cross-linking byproducts are present,whereas no heterocharge is found whenα-methylstyrene and acetophenone are absent.The formation of heterocharge is attributed to ionization of cross-linking byproducts under electric stress.Based on these results,it can be suggested that when AC electric field is applied on XLPE samples,the occurrence of ionization of cross-linking byproducts results in the increase of free carriers in XLPE insulation,leading to a lower electric breakdown strength.The results of tensile test showed that tensile strength is proportional to the mass loss ratio of XLPE samples,which suggests that cross-linking byproducts can reduce the tensile strength of XLPE insulation.     

Temperature dependence of superstructure and electrical tree initiation voltage of polyethylene

Below the melting point, polyethylene forms a structure in which the crystalline and the amorphous regions exist together. Therefore, polyethylene is not homogeneous. It is thought that generation of a crack by Maxwell stress is one of the tree initiation causes. The crack is generated easier in an unhomogeneous than in a homogeneous structure. Above the melting point, the homogeneity may increase because all crystalline regions melt into the amorphous region. To examine the homogeneity of polyethylene and the relationship to the generation of electrical trees, polyethylene was heated up to 180 °C. The relationship between the superstructure and the electrical tree initiation voltage at various temperatures was examined. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 128(3): 24–30, 1999     

XLPE电缆绕组芯线与外半导电层间的暂态耦合特性

为了解XLPE电缆外半导电层与芯线的暂态电压耦合特性,测取了冲击电压下外半导电层及芯线的电压分布;给出了单匝电缆的等效电路模型。结果表明,冲击电压下芯线与外半导电层间为电容耦合。试验和计算结果吻合。