热老化对直流XLPE绝缘性能的影响研究

针对直流电缆交联聚乙烯的绝缘热老化,对比了国际商用直流电缆料(LE4253DC)与纳米氧化硅(SiO2)改性直流绝缘料两种材料在热老化前后电导率、击穿强度和空间电荷的特性变化。试验结果表明:随着老化温度的升高,LE4253DC的电导率先下降再升高,击穿强度整体下降,出现大量空间电荷。SiO2改性后,不同温度梯度下的电导率性能均有所提升,低温下的击穿特性较为稳定,异极性空间电荷得到了抑制。     

长期服役XLPE电缆绝缘的空间电荷与热性能

交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)具有良好的电绝缘性能,被广泛用于高压电缆的绝缘材料,但长期服役会使电缆绝缘遭受不同程度的老化,降低绝缘性能,造成供电故障。为了评估不同运行年限XLPE的绝缘老化状态,进行了陷阱参数、空间电荷、表面化学组成、热性能以及介电性能的测试与分析。结果表明,XLPE电缆随运行年限的增加,表面电位衰减速率和电荷陷阱密度逐渐增加;而且新电缆积聚异极性电荷,以深陷阱为主;运行过的电缆积聚同极性电荷,以浅陷阱为主。DSC测试获得的熔融–结晶性能结果显示随着运行年限的增加,XLPE电缆绝缘结晶度降低,使载流子更易在试样内部形成击穿通道;此外,浅陷阱对电荷的捕获能力较弱,导致材料的击穿场强降低。交联副产物的变化和羰基的形成使得电缆老化或故障时绝缘材料的浅陷阱密度增加。总之,随着服役年限的增加,XLPE电缆绝缘出现明显劣化,产生C=C键、C=O以及—OH等极性基团和物理缺陷形成新的陷阱,增加了介质的浅陷阱密度,降低了绝缘的击穿性能。     

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。     

电热作用下聚酰亚胺绝缘的电荷陷阱及微观特性

聚酰亚胺因其良好的热稳定性和电气绝缘性能常被用作变频电机的绝缘材料,但在使用过程中,其构象缺陷产生的电荷陷阱在外部因素影响下容易引发空间电荷效应,从而加速聚酰亚胺的老化。为此基于密度泛函理论和分子动力学模拟了电热作用下聚酰亚胺分子的微观行为,深入分析了聚酰亚胺分子的电荷陷阱参数,并运用过渡态理论和自由能增量讨论了分子微观特性与电老化反应之间的联系。结果表明：电场在0.1×10¹⁰～0.4×10¹⁰ V/m时,聚酰亚胺分子沿电场定向运动,其结构有序排列,当电场为0.5×10¹⁰ V/m时,分子形态不再保持,造成自由体积重排,这是由于电场力超过了聚酰亚胺分子间相互作用力。聚酰亚胺分子的能带在外加电场下发生倾斜,其电荷陷阱深度随场强的增大而逐渐加深。温度作用下聚酰亚胺体系热运动加剧,分子链段运动空间舒张,相较于电场,温度的升高使陷阱能级整体呈现下降趋势,电荷在高温下更容易脱陷。电老化反应遵循过渡态理论,电场改变聚酰亚胺分子微观结构会增加分子振动频率从而引起自由能增量的变化,使得分子体系内部老化反应速率加快,研究发现聚酰亚胺体系...     

高压频域介电谱诊断XLPE电缆局部绝缘老化缺陷的研究

热老化和水树老化是导致交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘性能下降的重要原因,及时发现和处理热老化和水树老化缺陷,对于电缆安全运行具有重要意义.为了解决超低频(0.1Hz)介电损耗检测对电缆局部老化检测灵敏度不高、无法实现老化缺陷类型区分的问题,开展高压频域介电谱诊断XLPE电缆绝缘老化缺陷的研究.通过加速老化,制备了水树老...     

一种城轨供电环网XLPE绝缘的老化评估方法

为准确评估城市轨道供电环网XLPE绝缘的老化状态,提出了一种基于科尔模型及多分类支持向量机的老化评估方法。首先,设计加速老化实验并制备了不同老化阶段的XLPE样品,基于介电测试和拉伸测试获取原始数据,以断裂伸长率为依据提出了用于表征老化状态的评估因子;然后,基于科尔模型提取介电特征参数,使用“一对其余”的多分类SVM方法进行老化状态分类;最终,通过训练集和验证集的分类结果论证了所提方法的准确性,并经现场应用测试证明了其有效性。该方法不需对实测样品进行破坏性加工或取样,就可实现无损的老化状态评估,适用于城轨供电环网XLPE绝缘的老化评估,能为日常运维及现场检修提供可靠参考。     

自由基清除剂对电老化聚乙烯中空间电荷的影响

向低密度聚乙烯中添加自由基清除剂能够有效地抑制电老化,因而改变了电老化过程中聚乙烯的空间电荷的分布。在直流预压和短路过程中,空间电荷量随老化时间呈线性增长。结合自由基清除剂在其它老化形式中的化学反应机理,详细讨论了自由基清除剂对聚乙烯电老化的抑制以及老化过程中空间电荷分布的影响。     

抗氧化剂对水树老化XLPE电缆绝缘修复效果的影响研究

为研究抗氧化剂对交联聚乙烯(XLPE)水树老化电缆绝缘修复效果的影响,采用两种不同配方的修复液对水树老化电缆进行修复后,再次进行30天水树老化,分析老化后电缆的微观结构及电气性能变化情况。结果表明:相比未修复水树样本,修复样本水树长度明显减小,且添加了抗氧化剂的修复样本水树长度最小;修复后电缆样本的击穿电压明显提高,且含抗氧化剂修复电缆样本的击穿电压最高。这是因为抗氧化剂能够有效抑制水树生长中的分子链断裂氧化过程,从而抑制水树的进一步生长。     

基于电流积分技术的XLPE绝缘动态电荷行为和高场电导特性

为研究交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘在不同电场下的动态电荷行为以及高场电导特性,介绍了基于电流积分电荷新技术的测试原理和系统搭建方法。测试结果表明,不同场强下的电荷动态(q(t))变化可以揭示XLPE绝缘介质的瞬时充电电流、吸收电流和传导电流特性。根据瞬时充电电荷q0计算获得XLPE绝缘介质的静态相对介电常数为2.2;通过对动态电荷变化微分可获得绝缘高场电导特性。高场电导结果表明XLPE欧姆区电导率为3.79×10–15S/m,高场电导曲线评估的XLPE电荷注入阈值场强约为10k V/mm。这些结果都与文献报道一致,验证了电流积分电荷测试的准确性和有效性。此外,对比了采用PEA的XLPE空间电荷分布测试结果,发现其电荷随电场增加与q(t)方法测试结果趋势一致,且电流积分电荷技术具有测试灵敏度高和测试温度范围宽的优势。最后,采用电流积分电荷技术测试分析了不同水树枝老化整体电缆(6.6 kV)绝缘的电荷积聚特性,通过电荷积聚量变化可评估整体电缆绝缘老化状态。     

高频电老化过程中油纸绝缘表面电荷积聚消散特性

随着电力电子器件朝着高频率、大功率、轻量化发展,高频成为导致高频变压器绝缘失效的重要原因之一。搭建了高频电老化实验系统,采用表面电位衰减法测量了不同电老化程度油纸绝缘表面电荷积聚与消散特性。结果表明,随着施加频率的增加,绝缘纸表面积聚电荷量下降,电荷衰减率呈先上升后下降的趋势。高频老化后,油纸绝缘表面电荷积聚与衰减率随老化程度的增加而下降。频率小于5 kHz时,绝缘纸表面高频致热效应起主导作用,频率大于5 kHz时,高频导致的电荷耗散时间起主导作用,导致表面电荷衰减率呈先上升后下降趋势。随着高频电老化程度的增加,油纸绝缘初始电子产生概率下降。探明表面电荷积聚与消散特性为揭示高频下油纸绝缘电老化机制提供了理论基础。     

XLPE绝缘老化中的单次放电波形统计分析

为了研究绝缘中发生局部放电的物理机制,对交联聚乙烯(XLPE)绝缘试样进行了加速电老化试验,使用超宽频带局部放电检测系统(频带10 MHz～3 GHz)测量了试样的放电信号,并通过统计分析超宽频带放电的单次脉冲信号探讨了XLPE绝缘老化过程中的放电机理。研究表明,XLPE绝缘电老化过程中单次放电波形的下降沿、脉冲幅值都有显著变化:下降沿从老化前的近15 ns上升到老化50 h的约90 ns,单次放电波形幅值在老化前约1 000 mV,老化15 h后维持在约200 mV,老化到30 h时上升到近500 mV,老化50 h时上升到约600 mV。由单次放电信号的波形特征推断XLPE绝缘老化过程中放电从流注型放电转化为汤姆逊放电的变化过程。     

XLPE电缆绝缘老化测试数据库管理系统

采用现代化的管理方法、手段和工具已成为技术发展和技术管理的重要条件。基于绝缘老化数据图片存储的交联聚乙烯 (XLPE)电缆绝缘老化测试数据库管理系统的开发 ,就是对高压交联聚乙烯电缆绝缘老化测试进行技术管理和分析的一种尝试。本文述评了国外在绝缘老化测试和统计方面已取得的成果 ;详细论述了本数据库管理系统的可行性分析、模块设计和主要功能     

热老化对电压稳定剂改善交联聚乙烯绝缘性能的影响

为了进一步提高交联聚乙烯(XLPE)的电气性能,该文选用间氨基苯甲酸作为电压稳定剂,用溶液法制备了质量分数为1％的XLPE共混物试样,并对试样进行加速热老化实验.利用空间电荷、电导率和表面电位衰减测量,研究了添加电压稳定剂和热老化前后材料的电气性能.通过试样在添加电压稳定剂与老化前后的电场和陷阱能级分布,分析了电压稳定...     

一起220 kV XLPE高压电缆故障的绝缘老化状态分析

为了掌握运行多年的220 kV交联聚乙烯电缆绝缘劣化状况,文中通过对多根220 kV-1×2 500 mm²高压交联聚乙烯电缆做切片处理,并进行直流空间电荷测量、凝胶含量测试和断裂伸长率及抗张强度试验。研究发现故障电缆绝缘层的空间电荷较其他电缆存在明显的积聚现象,在表征电缆绝缘的老化程度方面,交联度、断裂伸长率和抗张强度三者具有很好的一致性。     

水树老化XLPE电缆绝缘修复技术应用及展望

电力电缆的水树修复技术为电网企业解决老旧电缆问题提供了一条新思路.为此,对水树老化交联聚乙烯（XLPE）电缆绝缘修复技术的国内外现状、在我国的应用及发展前景进行了介绍.重点对修复液成分、注入技术及相关监测手段的发展和现状做了归纳总结,提出了当前需要解决的问题,并结合实际运行电缆的修复实例,对修复效果进行了分析.实例分析显示,修复后电缆的绝缘水平在短时间内有了明显提高,因此,也说明该修复方法对老化电缆绝缘有很好的修复作用.     

XLPE电缆水树老化的防止对策

该文指出交联聚乙电缆的水树老化会使电绝缘击穿,影响系统运行。防止平树老化的对策是：设计时,在地下水位较高及多雨地不宜采用直埋敷设,电缆数量较多区域采用电缆隧道或电缆沟,距变电所远的用户采用阻水电缆或架空敷设。     

XLPE绝缘电老化中局放特性试验研究

利用TE571局放检测仪和超宽频带局放(PD)检测系统研究了XLPE电缆绝缘试样加速电老化过程中判断试样老化状态的局放统计参量和单次放电波形特性。结果表明,电老化过程中单次放电时域波形的上升沿变陡,从老化前50 ns降低为老化50 h的8 ns;脉冲幅值从老化前的2 mV增加到老化50 h的17 mV;放电频谱中特征峰的位置随着老化程度的加剧向高频方向移动,从老化前<15 MHz增加到老化50 h的<50 MHz和125~200MHz。该研究为放电单次波形检测技术评估XLPE电力电缆绝缘状态的基础研究。     

XLPE电缆状态监测与绝缘诊断研究进展

交联聚乙烯电缆的绝缘状态关系到输配电系统的安全可靠运行,因此,研究电缆状态监测和绝缘诊断方法工程意义重大。依据电缆不同服役阶段的缺陷特征、故障原因以及绝缘检测方法的特点,总结了适合电缆不同老化阶段的状态监测和绝缘检测方法的研究现状。介绍了针对电缆服役早期由于制造及安装原因引起的缺陷(气泡、划痕)从而导致电缆故障的局部放电检测方法,包括局部放电测试所用各种传感器的原理、特点,并指出放电图谱与缺陷类型的关系是局部放电方法后续研究的重点。总结了适用于电缆运行期间的护套电流及温度的在线状态监测研究现状。综述了适合电缆运行中后期整体老化的基于陷阱参数的绝缘检测方法,包括Qt、空间电荷、极化/去极化电流法,同时指出了基于陷阱特性评估绝缘性能方法存在的不足,认为后续的研究需要进一步制定陷阱参数测试相关标准,积累数据,建立普适的陷阱参数与聚合物老化程度之间的关联,并给出每种方法评估绝缘状态的判据。     

直流预压幅值及时间对XLPE中接地电树枝引发特性的影响

为了研究直流预压对交联聚乙烯中直流接地电树枝引发特性的影响,在不同预压时间下进行了不同电压的直流接地电树枝试验。结果表明:直流接地电树枝的长度随着预压幅值的增加而增大,并且具有明显的极性效应。当直流预压幅值较低时,接地电树枝的长度随预压时间的增加变化较小;当预压幅值远高于接地电树枝的引发电压时,接地电树枝的长度随预压时间增加而显著增加;负极性接地电树枝的长度远大于正极性接地电树枝,且生长分散性更大。     

热老化对纤维素绝缘纸的空间电荷及陷阱特性的影响

为理解变压器用纤维素绝缘纸在其热老化过程中的空间电荷特性演变规律及其影响机制,采用电声脉冲法研究不同老化程度绝缘纸在不同电压等级(30、15和5kV/mm)下的加压和去压后的电荷密度分布规律,分析了绝缘纸热老化程度与其空间电荷特性演变规律间的联系。结果表明:纤维素绝缘纸体内电荷注入量及注入速率与外施电场等级成正比关系。热老化能够降低纤维素绝缘纸空间电荷注入的起始阈值,并减缓绝缘纸体内电荷注入和迁移的速率,从而削弱了体内电荷的复合现象。随着热老化程度的增加,纤维素绝缘纸体内陷阱的分布密度和陷阱能级的深度都将增大,致使材料体内残留电荷不仅总量逐渐增大,而且衰减速率逐渐降低。研究成果为理解热老化对纤维素绝缘纸空间电荷积聚和消散的影响机制提供了理论支撑。