水树对XLPE电缆绝缘材料性能和微观结构影响的研究进展

阐述了交联聚乙烯(XLPE)电缆中水树引发、生长理论,讨论了水树枝模型及水树化学反应过程,分析了水树对XLPE电缆绝缘材料电性能(介电常数、击穿电压、损耗因子、电导及电树引发电压)的影响。在此基础上,介绍了水树对XLPE电缆绝缘材料微观结构的影响,包括水树中的氧化降解作用对电缆微观结构以及水树对电缆绝缘中空间电荷分布的影响。     

交联聚乙烯电缆中的水树

水树对交联聚乙烯电缆运行寿命有害。本文通过在交联聚乙烯绝缘料试片和原尺寸交联聚乙烯电缆上进行的加速水树引发试验,观察研究水树枝的生长特性,比较二种不同交联方法对水树生长的影响。最后探讨了形成水树的可能机理。     

XLPE电缆水树老化及其诊断技术的研究进展

交联聚乙烯(XLPE)电缆的水树老化是导致电缆绝缘水平下降和运行寿命缩短的主要诱因之一。本文对交联聚乙烯电缆的水树老化及其诊断技术的研究进展进行了回顾,首先介绍了交联聚乙烯电缆中的水树老化现象及其潜在的危害,对水树的定义、特征、生长机理及其生长过程中的影响因素等方面的研究成果进行了阐述,并指出了水树与电树之间潜在的相互转化关系。其次,分析并比较了水树的各种诊断技术,包括微观表征、传统介电性能测试以及新型诊断测试技术。最后,探讨了电缆的水树老化及其诊断技术未来的研究方向。     

交联聚乙烯水树老化电缆电气性能与水树区域含水量的关系

为了深入了解交联聚乙烯(XLPE)水树电缆电气性能的变化特征,利用极化-去极化电流法测量老化电缆样本不同老化时期的直流电导率和0.1 Hz介损,并使用显微镜和红外光谱仪观测老化电缆样本水树区域含水量,研究不同水树老化时期的电缆电气性能和水树生长之间的关系。研究表明,老化电缆的电气性能和水树长度不呈正相关关系,而和水树区域含水量具有密切关系。     

基于反射系数谱的XLPE电缆水树缺陷定位方法

地下电缆中的水树能够在不改变电缆性能的情况下持续生长数年,并最终导致无法预料的绝缘故障.为解决现有技术对电缆水树缺陷定位诊断时存在的不足,提出基于反射系数谱的水树定位方法.首先利用传输线理论构建了含水树缺陷的电缆反射系数谱的解析模型.然后以分布电容为对象分析了水树缺陷对反射系数谱的影响,并基于广义正交法构建了诊断函数D(x)对水树缺陷定位及评估.接着通过仿真实验研究了多因素对诊断结果的影响,优选出了最佳测试频段,分析了诊断灵敏度.最后在实验室对一根50 m且含有2处人工水树缺陷的电缆进行诊断试验.仿真及试验结果验证了方法的有效性和准确性,该方法能够精确定位电缆中多处水树缺陷,定位误差小于0.4％,同时D(x)峰值能够作为水树老化状态评估的新特征量.     

电缆的机械弯曲对绝缘层中水树生长的影响

为了研究电缆机械弯曲对其绝缘中水树生长的影响,对不同弯曲程度的交联聚乙烯(XLPE)电缆中的水树生长特性进行了对比分析。采用水针电极老化法,分别对不弯曲、弯曲程度较小和弯曲程度较大的3组电缆样本进行加速水树老化实验。经过28天加速老化后,分别对3组电缆样本进行切片,利用显微镜观察水树形态,并对水树尺寸进行测量统计。同时,结合XPLE材料在机械应力作用下的取向行为,对实验结果进行理论分析。结果表明:随着电缆弯曲程度逐渐增加,其绝缘外侧的水树形态逐渐由半圆形变为圆锥形,并且水树长度和宽度之间的差异逐渐增大。且弯曲程度越大,水树宽度超过长度越多。分析认为当电缆达到一定的弯曲程度时,其绝缘外侧的局部机械拉力将超过XLPE的屈服强度,从而导致材料分子链发生力学取向。取向后材料呈现各向异性,沿取向方向的水树生长将得到促进,而垂直于取向方向的水树生长将受到抑制,从而导致圆锥形水树的出现。     

绝缘屏蔽易剥离的高压交联聚乙烯电缆

<正> 在日本,6千伏交联聚乙烯电缆的绝缘屏蔽通常由半导电布带构成。对从运行中拆换下来的6千伏XLPE电缆进行了调查,发现在绝缘表面生长了许多水树。显然,这些水树影响到电缆的寿命。因此,采用挤出绝缘屏蔽来防止电压为6千伏以上的XLPE电缆发生水树老化;另外,为了使电缆接头制作容易、可靠性又高,住友电气公司研制了绝缘屏蔽易剥离的XLPE电缆。     

碱性溶液中电缆水树的生长特性与预修复效果研究

为了研究碱性溶液对电缆水树生长特性的影响及预先注入修复液对水树的抑制效果,使用pH值为13的氢氧化钠溶液对电缆样本进行加速水树老化,并对其中一个样本预先注入修复液。结果表明:碱性样本比中性样本水树长度更短,且水树孔洞密度小;碱性预修复样本比碱性样本的水树更短,且水树孔洞密度小。说明水树在碱性溶液中的生长速度比在中性溶液中的慢,水树孔洞更少,且预先注入修复液对碱性溶液下电缆中水树的生长有一定的抑制作用。     

交联聚乙烯电缆水树缺陷的修复方法研究

采用硅氧烷修复液修复交联聚乙烯电缆老化试样中的水树,进而分析修复效果及机理。将介质损耗因数为4%～6%,绝缘电阻7 500～10 000 MΩ的短电缆在7.5 kV 450 Hz交流电压下老化至介质损耗因数达到20%左右,绝缘电阻3 500～5 000 MΩ。然后用压力注入式修复装置把修复液注入缆芯对水树缺陷进行修复。以介质损耗因数、绝缘电阻和击穿电压为指标对修复效果进行评判;通过显微镜切片观察修复前后水树微观形态;通过仿真修复前后水树附近电场分布来分析和验证水树的修复机理。实验结果证明,修复液可以充分与电缆水树中的水发生反应生成胶状聚合物填充水树通道;修复后电缆介质损耗因数、绝缘电阻和击穿电压恢复到新电缆水平;改善了绝缘层电场分布;有效地抑制了水树生长。实验表明,该修复液可有效修复电缆中的水树缺陷,提高电缆绝缘水平。     

基于改进回复电压法的XLPE电力电缆绝缘水树老化评估

研究了一种改进的回复电压法评估方法——比率谱法。在传统油纸绝缘Debye模型的基础上,提出了带水树部分的XLPE电力电缆绝缘扩展Debye模型;仿真分析扩展Debye模型得出了不同水树长度和面积的比率谱;提出了运用比率谱最大值分布图分析电缆水树的具体状况;实验室条件下得到不同水树老化程度电缆的极化谱和比率谱。结果表明:比率谱最大值所处的充电时间tc对水树长度更敏感,而比率谱最大值的数值对水树面积更敏感;新电缆比率谱为一条相对平直的线,水树老化电缆比率谱则存在一个峰值;实验室测试得到的比率谱较好的反应了电缆绝缘水树的真实状况。     

检测XLPE电缆绝缘水树老化状态的超低频方波-工频叠加法研究

本文提出了能有效检测ＸＬＰＥ电缆绝缘水树老化状态的超低频方波－工频电压叠加法新技术,对含水树ＸＬＰＥ电缆分别放加单极性方波和正负对称方波电压叠加工频电压所产生的响应电流特性进行了实验研究,找出了最佳叠加工频电压值,最后对产生超低频方波－工频电压叠加电汉响应的机理及其检测的影响因素进行了探讨。     

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。     

35 kV及以下XLPE电力电缆试验方法的研究

通过对交链聚乙烯（ＸＬＰＥ）电力电缆试品的工频、０．１Ｈｚ超低频和振荡３种击穿电压的平行比对试验研究,探讨能够有效发现、判别ＸＬＰＥ电力电缆运行故障隐患的试验方法,试验研究结果表明：振荡波电压试验能够有效地发现电力电缆及其附件的制造和安装质量缺陷,超低频电压试验能够有效地发现电力电缆及其附件绝缘树枝状早期劣化缺陷;工频电压试验是一种较好的方法,需进一步深入研究。     

用有限元分析交联聚乙烯电缆中水树成长行为的研究

水树是电缆主绝缘的主要劣化现象之一,严重影响电缆的使用寿命。正确评价长有水树的材料的电场分布,对于理解水树的生长机理以及水树引起的介质击穿是非常重要的。采用具有不同物理化学性能的热老化XLPE电缆绝缘和与外加电场梯度方向成一定角度的非常规的水针电极结构进行水树枝加速老化实验,用有限元方法对水树加速老化实验中采用的结构模型进行数值电场分析,研究了水树尖端处电场增强对水树枝老化发展的影响。     

硫化工艺对抗水树交联聚乙烯绝缘电力电缆工频击穿性能的影响

为了研究不同硫化工艺对抗水树枝交联聚乙烯绝缘电缆击穿性能的影响,建立了相应的试验手段和评价程序。将使用相同导体屏蔽料、抗水树绝缘料、绝缘屏蔽料,并采用5种不同硫化工艺(A、B、C、D、E)生产的电压等级、型号规格相同且结构相似的电缆作为研究对象,每种电缆取6段作样品,共30段。分别对老化前和老化180d后的5种样品进行工频击穿试验,并观察击穿后样品切片的水树枝、界面微孔、突起和绝缘中的微孔、杂质。试验结果表明:经过180d的加速老化后,5种样品中均无微孔、界面光滑、有少量尺寸较小的杂质,不会导致击穿性能下降;不同硫化工艺生产的电缆工频击穿性能表现出明显差异,其中,A硫化工艺生产的电缆工频击穿强度下降了53.53%,击穿后的样品中观察到了水树枝,B、C硫化工艺生产的电缆工频击穿强度也有不同程度的下降,而D、E硫化工艺生产的电缆的工频击穿强度没有降低,说明硫化工艺对工频击穿强度有直接的影响,并建议实际生产中确定硫化工艺时,各区温度设定应逐渐降低,且初始硫化温度不应过低,生产线速度应适当。     

高温下交联聚乙烯电缆绝缘中电树枝测试系统设计

设计了高温下交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘中电树枝化的实验系统,在外施工频电压有效值为13 kV下,对不同温度下高压XLPE电缆绝缘中电树枝生长及其局部放电特性进行研究,结果表明,温度对电树枝的生长具有重要影响,整个系统可以用于高温下电树枝生长过程的实时观测与局部放电连续测量,为研究高温下XLPE电缆绝缘中电树枝引发与生长机理及其局部放电特性分析提供了实验研究平台。     

交联聚乙烯电力电缆水树产生机理、检测及预防

分析交联聚乙烯电力电缆绝缘中水树产生的机理及检测方法,并对如何防止绝缘中水树产生提出了解决措施。     

含水树枝XLPE电缆的超低频谐波响应电流特性实验研究

本文对含水树枝XLPE电缆在0．1Hz超低频正弦高电压和在50Hz工频电压下的非线性漏导电流特性进行了对比实验研究,发现含水树枝电缆样品的漏导电流波形畸变出现的电位与电压对时间的积分有关。分析认为,在电场激励下水分进入连接水树枝微孔的微裂纹是造成电漏导电流含有谐波电流的原因,这种超低频正弦电压激励下的漏导电流检测诃用来XLPE电缆绝缘的水树枝老化状态进行了现场离线检测。     

交联聚乙烯电力电缆的电树枝化试验及其局部放电特征

电树枝化是影响交联聚乙烯（cross—linked polyethylene,XLPE）绝缘电力电缆长期安全运行的瓶颈,需要深入研究XLPE电缆绝缘的老化机制,尤其是电树枝化的规律,为XLPE电缆的设计制造和现场的运行管理,特别是在线诊断提供理论支撑。设计了交联聚乙烯电缆样品和相应的试验电极装置,并搭建基于实际XLPE电缆的电树枝化试验平台进行试验。结果表明该试验系统能满足XLPE电缆电树枝化试验研究的要求。以15kV的XLPE电缆作为试验样品,开展常温下工频12～21kV和50～90℃下的电树枝化试验,分析了电压和温度对电树枝形态的影响,得到电树枝局部放电的统计图谱,并将电树枝的生长发展分成4个阶段,分析了电树枝在不同生长阶段局部放电的最大放电量相位和平均放电量相位的分布,提取了其偏斜度等统计特征量,结果表明电压和温度对实际XLPE电缆中电树枝形态的影响与针一板电极得到的结果趋势相同,但是电树枝生长过程存在着一定的差异,同时最大放电量相位分布和平均放电量相位分布的3阶矩随着电树枝的生长发展而减小,可作为诊断电树枝生长发展阶段的参考量。