交联聚乙烯电缆热老化与电树枝化相关性研究

热老化过程不但会影响交联聚乙烯（XLPE）电缆绝缘的物理化学性能,还对绝缘内电树的产生与生长有着一定的影响。研究了热老化后XLPE电缆绝缘中的电树行为．探讨XLPE电缆绝缘中电树枝过程与材料热老化的关系。采用带循环通风的热老化箱对XLPE电缆绝缘进行3个温度等级的热老化实验：采用针板结构电极进行电树枝实验,并利用数码显微镜观察电树枝的产生和发展情况;利用差示扫描量热法（DSC）、傅里叶红外光谱分析（FTIR）测试了不同温度热老化下XLPE电缆绝缘的物理化学性能;最后探讨了几种不同结构电树枝的生长机理．认为热老化并没有加速电树枝的生长．反而有一定的抑制作用．     

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。     

修复液抑制XLPE电缆局部放电的有效性研究

针对XLPE电缆中存在水树缺陷引起局部放电导致电缆绝缘迅速劣化的问题,提出了一种通过注入修复液修复电缆水树缺陷抑制电缆局部放电的方法,从XLPE电缆试样局部放电特征及缺陷表面微观形貌结构两方面研究修复液对XLPE电缆局部放电的影响。采用水针电极法加速XLPE电缆绝缘水树老化,并对生成水树缺陷的电缆试样进行注入式修复,测试分析修复前后电缆试样的局部放电特征,并对修复后电缆试样缺陷处的表面形貌特征进行分析。此外,建立XLPE电缆水树缺陷的有限元模型,结合水树缺陷处电场仿真进一步阐述修复液对XLPE电缆局部放电的影响机理。结果表明:修复后XLPE电缆局部放电的放电幅值和放电次数均大幅减小,表明修复液可以抑制电缆局部放电的发展,减缓XLPE电缆绝缘的劣化。     

直流XLPE电缆绝缘中空间电荷的抑制方法综述

交联聚乙烯(XLPE)因其优异的介电、理化性能而被广泛应用于电缆绝缘领域。在电缆的服役过程中,电缆绝缘内部会积聚空间电荷,严重时可引发电场畸变,导致电缆击穿事故发生。对于直流XLPE电缆,空间电荷的积聚及影响更加不容忽视。针对直流XLPE电缆绝缘中产生的空间电荷积聚效应,目前学界主要采用共混改性、聚合物链段接枝极性基团、纳米掺杂改性及制备高纯净绝缘料等方法来进行控制,改性后的直流XLPE电缆绝缘对空间电荷产生的抑制效果均有所提升。文中首先对上述直流XLPE电缆绝缘中空间电荷的抑制方法进行综述,介绍其抑制原理以及相应的抑制效果,然后对比总结不同抑制空间电荷方法的优缺点,最后对未来直流XLPE电缆绝缘中空间电荷抑制方法的研究发展作出展望。     

电力电缆局部放电特征分析及运维检修策略研究

电力电缆局部放电检测是检测电缆绝缘状态的重要故障检测方法。然而,目前对于XLPE直流电缆局部放电的特征与分析相对空白,因此研究XLPE直流电缆局部放电的现象与特征,有助于对XLPE高压直流电缆绝缘状况的有效评估,同时对高压电缆的故障诊断与运维检修工作有着重要意义。首先使用Comsol仿真软件对XLPE电缆中间接头进行了仿真,分析了不同缺陷情况对XLPE电缆的影响;随后对不同类型的电缆绝缘缺陷进行了模拟试验,总结了XLPE直流电缆局部放电过程中的各类现象和特征,提出了XLPE电缆运维与检修工作的参考策略。     

冷热循环条件下不同纯净度XLPE电缆绝缘低频介损变化机理研究

本文提出了一种电缆绝缘杂质含量微观性能的评价方法,可有效避免纯净度评估过程中人工显微观测主观因素的影响.基于宽频介电阻抗谱法,研究35 kV和110 kV电压等级的XLPE电缆绝缘样品在不同程度冷热循环试验条件下介质损耗因数随测试频率的变化规律,仿真计算冷热循环过程中XLPE基体与杂质缺陷的界面应力特性,分析XLPE电缆绝缘的宽频介质损耗宏观物理量参数与材料纯净度等微观性能的相关性.结果表明:35 kV的XLPE电缆绝缘经过-196～50℃下10次冷热循环处理后,0.1～1.0 Hz低频介质损耗因数增大1倍以上,而110 kV的XLPE绝缘试样介质损耗因数未发生明显变化.仿真分析表明,冷热循环过程中聚乙烯绝缘与微观杂质间产生界面应力,界面区机械应力疲劳导致缺陷扩大,加剧低频介质损耗因数增大.     

交联副产物对高压XLPE电缆绝缘介电和力学性能的影响

针对110k V XLPE电缆绝缘交联时过氧化二异丙苯(DCP)分解产生的副产物对电缆的性能会产生影响的问题,对XLPE电缆进行脱气处理,对脱气前后的电缆绝缘进行红外光谱分析,并对脱气前后电缆绝缘的介电性能和力学性能进行比较分析。结果表明:交联产生的两种挥发性交联副产物α-甲基苯乙烯和苯乙酮的含量在脱气过程中显著降低,XLPE绝缘中的极性基团数量减少,低频电导率降低,从而使XLPE绝缘的相对介电常数和低频介质损耗因数下降,拉伸强度和断裂伸长率提高。     

基于交流耐压试验的XLPE电缆绝缘检测要点分析

XLPE电缆绝缘性能直接影响着电力系统的安全性、可靠性和稳定性,在电力运维管理过程中需全面重视。本研究从XLPE电缆绝缘缺陷的主要类型出发,分析不同交流耐压试验技术的适用范围。在某地区220kV变电站主变110kV出线电缆测试需求基础上,设置并联补偿串联谐振方案,确定交流耐压试验中的关键点,旨在保障电力系统中XLPE电缆安全投运。     

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。     

尖端及气隙联合缺陷下XLPE材料电树枝起始特性及其影响因素研究

交联聚乙烯(XLPE)中内部缺陷是导致电缆中电树枝产生的主要诱因,而电树枝的出现将造成电缆绝缘的整体失效,探寻不同绝缘缺陷特征对电树枝起始的影响规律及机理,可为设计、生产环节中改善电缆绝缘提供理论依据。考虑到凸起及气隙的联合缺陷为电树枝引发的主要诱因,本文搭建了针-电极短电缆实验平台以模拟缺陷下电树枝的引发及生长,并建立了缺陷下电应力物理模型,明确了缺陷模型下各缺陷特征对电树枝起始发展的影响规律。研究表明：XLPE电缆中半导体层缺陷的最大电场分布可采用针-板电极下最大场强Mason模型进行描述;由实验及数值化模型结果分析出缺陷的突刺曲率、微孔压强及材料耐受阈值ΔW₀与电树枝起始电压呈正相关,可分别从制造工艺、安装铺设等过程中调控三类缺陷特征,以提高实际工程中XLPE电缆的抗电树枝老化能力。     

交流电场下XLPE绝缘空间电荷研究综述

XLPE电缆目前广泛地应用于电力系统中,如何评估和预测现场运行电缆的老化及早期劣化的程度,是电缆绝缘状态评估的重要内容,然而这项研究在国内仍是空白。XLPE电缆的制造工艺过程、运行中的过电压和温升以及耐压试验过程都可能造成XLPE电缆绝缘特性的改变,导致绝缘性能下降,形成陷阱,特别是空间电荷的形成,畸变原有电场分布,直接影响XLPE电缆的绝缘特性。大量研究表明,在直流电场下空间电荷危害XLPE电缆绝缘,关于交流电压下空间电荷对XLPE电缆绝缘影响的探索较少。综述了交流电场下空间电荷效应对XLPE电缆绝缘影响的相关研究成果,并介绍了测量固体介质空间电荷分布的电声脉冲法,为从空间电荷测量角度研究XLPE电缆绝缘老化程度和状态评估提供了参考。     

不同温度下局部气压对XLPE电缆电树枝生长及局放特性的影响

交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆绝缘热老化产生的气体可能会在电树枝发生处产生局部高气压,为了研究不同运行状况下局部气压对XLPE电缆电树枝引发和生长特性的影响,以XLPE电缆制作绝缘层切块为试验样品搭建了试验系统,研究了不同温度下局部气压作用在电树枝通道时的局部放电特性和电树枝的生长规律。结果表明:XLPE处于玻璃态时,局部气压对电树枝的引发无明显作用,在生长过程中通道内流注的发展因高气压受阻,树枝发展被抑制;XLPE处于高弹态时,气隙放电的产生导致电树枝引发时间大大缩短。在生长发展期,高温造成XLPE结构上的缺陷促进了高气压下局放的发展。试验发现:高温高气压下电树枝很容易贯穿电缆绝缘,严重威胁XLPE电缆的安全稳定运行。     

交流电压下基于空间电荷效应的XLPE电缆绝缘老化研究现状

交联聚乙烯(XLPE)电缆以其优良的机械和电气性能广泛应用于现代电力系统。研究表明,在直流电压作用下绝缘中容易形成空间电荷,导致电场畸变,加速绝缘老化。国内外很少关于交流电压下空间电荷对XLPE电缆绝缘影响的研究。本文综述了交流电压下空间电荷对XLPE电缆绝缘老化的影响及其作用机理,并介绍了交流电压下测量空间电荷分布的改进的电声脉冲法。结果表明,交流电压下,空间电荷分布特性影响XLPE电缆绝缘老化。     

高压电缆交联聚乙烯绝缘长期服役后的性能变化研究

为了准确表征电缆交联聚乙烯(XLPE)绝缘在长期服役过程中的性能演变,对比分析了110 k V新电缆XLPE绝缘和退役电缆XLPE绝缘的击穿特性、电荷陷阱特性和空间电荷特性的差异。结果表明:XLPE绝缘经过长期服役后,工频击穿强度变化较小,且绝缘层不同位置处击穿强度的差异性减弱;电荷陷阱能级由约1 eV减小至0.5～0.6 eV,且绝缘层不同位置处的能级差别不大,可以作为表征电缆绝缘在服役中性能演变的特征量;XLPE长期服役后在直流场下表现出明显的异极性电荷积聚,而新电缆XLPE绝缘则表现出少量同极性电荷注入。     

基于太赫兹时域光谱的XLPE不同尺度缺陷研究

交联聚乙烯（XLPE）在生产、敷设、运行过程中会受到多种因素影响,产生不同尺度的结构缺陷,进而影响XLPE的电气性能。本文对XLPE电力电缆中常见的分子缺陷、聚集态结构缺陷与宏观气隙缺陷进行了重构,并结合X射线衍射测试（XRD）与太赫兹时域光谱（THz-TDS）的透射和反射模块对3种尺度的缺陷进行表征。结果表明：太赫兹时域光谱的电压幅值、相位信息分别表现出关于极性分子与聚集态结构变化的敏感特性;通过太赫兹时域光谱透射与反射模块的联用技术,可精准识别并计算出内部气隙缺陷的位置及尺寸,实现对不同尺度缺陷的无损检测。     

电荷陷阱对XLPE绝缘电老化特性的影响

交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)由于良好的电气性能而常被用作高压直流电缆的绝缘材料,但其内部缺陷形成的电荷陷阱会导致空间电荷积聚,从而加速绝缘材料的电老化。文中基于电荷陷阱对XLPE电缆绝缘电老化的影响,研究了电荷陷阱在XLPE电缆绝缘电老化过程的作用机理,并运用自由能增量理论定量地分析了电荷陷阱对电老化的影响。将电缆样品进行热老化预处理,得到具有不同电荷陷阱参数的XLPE样品,对其进行空间电荷测试和步进应力实验,验证了空间电荷陷阱和电老化进程之间的关系。结果表明,在XLPE电老化过程中,浅陷阱密度与材料的电老化速率正相关,而深陷阱对电老化过程起抑制作用。     

服役时间对110 kV交联聚乙烯电缆绝缘性能和超分子结构的影响

交联聚乙烯(XLPE)具有优异的电绝缘性能和力学性能,但XLPE电缆绝缘在长期服役过程中会发生老化,造成供电故障及服役寿命缩短。为研究服役时间对XLPE电缆绝缘性能的影响,本文研究了XLPE电缆绝缘性能和超分子结构随服役时间增加的变化规律,讨论了退役电缆再利用的可能性。结果表明:当服役时间增加到30年时,电缆绝缘的拉伸强度和断裂伸长率分别从23.7 MPa和929%下降到19.0 MPa和832%,但断裂伸长率仍高于国家标准规定,即大于新电缆绝缘的50%;新电缆绝缘的熔点高于服役后的电缆绝缘,服役后XLPE电缆绝缘的熔程变宽,结晶度先升高后下降;随着服役时间的增加,XLPE电缆绝缘的球晶尺寸增大,服役30年的电缆绝缘球晶平均尺寸约为41μm,是新电缆绝缘的4～5倍;经过30年服役,XLPE电缆绝缘的耐击穿性能仍然优异,室温交流击穿强度约为140 kV/mm。     

交联聚乙烯绝缘高压直流电缆电场分布计算

为设计交联聚乙烯(XLPE)绝缘高压直流电缆的结构,在实验基础上总结出进口高压直流电缆XLPE绝缘材料的电导特性方程,利用COMSOL Multiphysics软件通过电场和热场耦合仿真计算了电缆在不同负荷下的电场分布。研究表明,在电场强度较低和较高时,进口高压直流电缆XLPE绝缘材料的电导率随温度变化明显,电场强度变化几乎不对其产生影响;在某一电场强度范围内,温度和电场强度的改变均会使XLPE的电导率发生明显变化,该场强范围随温度而变化;所设计高压直流电缆在两种敷设环境下100%负荷时电场分布均匀;在电缆传输电流较大时,电缆XLPE绝缘内的温度梯度增大,电缆绝缘外表面处电场强度最大。基于有限元法的多物理场耦合仿真计算是研究XLPE绝缘高压直流电缆电场分布的有效手段。     

电场作用下含电压稳定剂修复液的扩散及对热氧老化电缆绝缘性能的影响EI北大核心CSCD

为了研究含不同类型电压稳定剂的修复液在电场作用下的扩散行为,以及它们对热氧老化电缆绝缘性能的影响。选取安息香、抗氧剂300和UV-P 3种电压稳定剂,配置13组不同含量修复液,进行热氧老化电缆压力注入式修复。对修复前后电缆样本进行红外光谱分析、电树引发和生长实验以及介电性能测试。研究结果表明:修复液注入后,短期内依靠压力和浓度差在绝缘中分层扩散;电场作用使得交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)分子链发生取向、修复液中极性分子受正介电泳力朝电场最强处定向运动,二者促使修复液向绝缘缺陷处加速扩散并聚集,电缆绝缘性能明显提升。不同成分修复液均能提高电缆绝缘的电树引发电压,其中质量分数为1.0%的抗氧剂300修复液对热氧老化电缆的电树抑制效果最好。此外,修复后电缆的直流电导率和介质损耗因数增大,修复液极性对XLPE电缆的绝缘性能和介电性能具有双向作用。     

轨道交通高压电缆绝缘性能的影响因素分析及研究

随着轨道交通高压电缆使用年限的增加,其绝缘能力会降低,易发生绝缘故障,严重影响轨道交通系统的供电稳定性。对交联聚乙烯（XLPE）电缆进行了绝缘性能试验,研究了不同外部环境及电缆不同受损情况对电缆外护套绝缘性能的影响,并根据试验结果提出了预防措施,对于提升轨道交通高压电缆绝缘能力、预防电缆绝缘故障、维护轨道交通系统供电稳定性有着显著意义。