退役电缆附件微观结构与电荷特性研究

电缆附件是输电线路中最容易出现故障的薄弱环节,从微观结构和电荷特性方面入手,分析和探索退役电缆附件的失效行为和影响规律,是提高电力系统安全稳定运行的关键。该文研究对象取样于退役或故障电缆附件绝缘,通过对其表面化学组成和形貌的观测分析、材料陷阱参数的测量计算以及空间电荷的测试,分析老化作用下三者之间的相互影响关系。结果表明:三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)绝缘的电缆附件,其老化标志除了出现C—O、C=O结构外,还包括因终端填充硅油而引入的含Si基团及其比例的改变;而在硅橡胶(siliconerubber,Si R)绝缘的电缆附件中,Si—O—Si比例的下降是其严重劣化的标志;与EPDM相比,Si R浅陷阱能级和密度占据优势,其表面电位衰减和电荷消散速度明显更快,能够有效避免空间电荷的集聚,但是由于Si R较差的抗撕裂性容易产生裂纹;退役电缆附件长期运行在复杂的环境下,材料的氧化、主链和侧链的断裂及其他杂质的生成,是附件绝缘陷阱参数及电荷特性变化的主要原因。     

硅橡胶绝缘高压电缆附件的老化特性研究

为研究高压电缆附件绝缘在电、热和环境等多因素作用下的老化特性,文中以6种退役硅橡胶绝缘高压电缆附件样品为研究对象开展工作。采用SEM、FTIR和XRD分析了不同运行环境下样品的理化特性和微观分子结构变化,通过介电测试和表面电位衰减测试获得了样品宏观介电性能和微观电荷特性,采用拉伸实验获得了绝缘样品的力学性能数据,最后结合上述表征对电缆附件的绝缘和老化状态进行评估。结果表明硅橡胶附件老化过程中以Si-O主链降解为小分子为主,小分子物质进一步发生氧化和重结晶反应,导致分子的交联度下降和极性增强,同时微粒团簇形成应力集中点和放电通道,外在表现为力学性能下降和介电常数改变;硅橡胶绝缘表面在电、热和应力作用下出现裂纹和孔洞,分子链断裂形成低密度区,影响材料表面的陷阱密度和能级深度,宏观体现为电缆附件绝缘击穿场强和电阻率的变化。     

高压电缆附件绝缘理化性能与电气特性研究

为了研究长期服役对硅橡胶(SIR)和三元乙丙橡胶(EPDM)绝缘高压电缆附件的理化性能和电气特性的影响,对退役110 kV电缆附件绝缘的材料特性、热学性能、介电性能和陷阱分布特性进行了测试和分析.结果表明:附件绝缘的介电性能受材料理化特性影响,老化使SIR绝缘分子主链Si-O-Si和侧链Si-CH3发生断裂,放电事故导...     

基于高能电子逃逸行为的纳秒脉冲放电特性分析

为研究ns脉冲激励下的气体放电现象,近年来基于高能电子逃逸引导放电发展的相关研究受到了广泛关注。利用上升沿15ns,半高宽30～40ns的重复频率ns脉冲激励极不均匀电场下大气压空气放电,将实验测量和理论计算相结合,研究了基于高能电子逃逸击穿的ns脉冲气体放电特性。实验结果表明高重复频率下仍可获得大面积均匀的弥散放电,放电中存在能量范围为10～130keV的X射线。理论计算结果表明施加120kV负极性脉冲条件下电场强度最高可达718kV/cm,高于大气压空气中产生逃逸电子的场强阈值,放电中X射线与逃逸电子有关。进一步对从理论上对ns脉冲气体放电特性进行探索,极不均匀电场下的场致发射为放电提供初始电子,其中能量较高的电子在气隙运动过程中发生逃逸,与气体分子碰撞产生二次电子,并辐射出X射线。逃逸电子与X射线共同作用,有利于获得大面积的弥散放电。     

基于等温松弛电流的110kV电缆绝缘状态评估

为了评估现役电缆的绝缘老化状态及剩余寿命,利用等温松弛电流法测试了8根110kV交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆的去极化电流。通过获得的电流曲线初步判断了电缆绝缘的老化状态,随后基于等温松弛理论引入三阶指数衰减模型对电流曲线进行拟合,并通过拟合参数计算老化因子A。实验结果表明,交联聚乙烯电缆的绝缘状态可大致通过去极化电流曲线来判断,老化因子与交联聚乙烯电缆的实际运行年限呈近似线性关系,经历故障的电缆其老化因子则出现异常变大。由于老化因子综合考虑了电缆绝缘的不同极化过程,因此可较为准确地评价高压电缆的老化状态,但其评价标准有待进一步细化。     

直流电压下尖板电晕放电及其声特性试验分析

为分析特高压输电线路电晕放电产生可听噪声的机理,开展了直流电压作用下单点电晕放电的试验分析,测量并分析了脉冲放电产生的声压信号及其特征。采用尖-板电极研究了单点直流电晕放电的幅频特性,获得了不同电压(0～35kV)、不同间隙(6～8cm)及不同极性下的放电电流波形及放电图片。研究表明,直流电晕放电由一系列单个的放电脉冲组成,脉冲上升沿与脉宽主要分别集中在10ns、30ns附近;单个放电脉冲的幅值、重复率随直流电压的增加而增加,放电重复性随直流电压的增加而变差,且放电有一定的随机性。根据尖板直流电晕放电的特点,搭建脉冲放电回路来模拟不同条件的电晕放电,以实现电晕放电参数的可控性。利用传声器在消声室测量了单次脉冲放电产生的可听噪声,初步获得了放电电压和声压之间的关联特征:随着放电电压增加,声压线性增加。     

硅橡胶绝缘裂纹缺陷的等离子体修复研究

为研究等离子体技术在电力设备绝缘缺陷修复方面的应用效果,本文开展了电缆终端硅橡胶绝缘裂纹缺陷的等离子体修复研究。在硅橡胶绝缘试样表面人工模拟划痕缺陷,以正硅酸乙酯为前驱物,氩气作为载气,通过等离子体射流平台对硅橡胶绝缘表面划痕开展修复实验,研究了等离子体处理时间对附件绝缘缺陷修复效果的影响,测量了等离子体修复前后绝缘样品的体积电阻率和沿面闪络电压。同时采用多针电极对修复前后的绝缘样品开展电晕老化实验,并对老化前后的样品表面特性进行了测量。结果表明：等离子体修复可以有效提高硅橡胶绝缘表面缺陷处的闪络电压和体积电阻率,当修复时间为4 min时,缺陷附近的绝缘特性接近完好试样;电晕老化导致绝缘分子链断裂,使绝缘缺陷处的电气性能进一步下降;经过等离子体修复后的绝缘样品,其体积电阻率、闪络电压和击穿场强在电晕老化后仍高于未修复的缺陷试样,表明等离子体修复硅橡胶绝缘样品的抗电晕老化效果较好。     

高准确度微电流传感器的研制

研制了一种可以测量原边电流下限达1μA,上限达到400μA的单芯穿电流传感器。其输出拟合线性度大于0.99,输入电流大于15μA时,输出角差变化小于0.7%rad。与目前的传感器相比,其测量电流下限、准确度和分辨力都有提高,对于提高电力设备在线监测的范围和准确度具有重要的意义。     

高压电机电缆绕组的电磁特性

为分析高压电机用电缆绕组的异常发热及烧损现象,用有限元法研究了两种常用电缆绕组的电磁特性。研究表明,当带有铜屏蔽层的电缆作为高压电机绕组时,电机运行时将在屏蔽层内感应很大的涡流;不带金属屏蔽层的电缆作为电机绕组时,电机运行时可能在定子槽内及电机端部发生电晕放电。另外,还研究了利用不导磁钢丝铠装电缆作为高压电机绕组的可行性。研究表明:不导磁钢丝铠装电缆不但能实现电气屏蔽和传导接地电流的作用,而且能降低电机运行中屏蔽层内感应的涡流。研究结果对高压电机用电缆绕组的设计和选型有重要的参考价值。