高载流量柔性直流电缆绝缘料关键性能研究

为实现高压柔性直流电缆绝缘材料国产化,文中通过添加纳米粒子方法制备了高载流量(工作温度90℃)柔性直流电缆绝缘料试样,开展了空间电荷、电阻率、直流击穿电场强度等关键电气性能指标的试验研究,并与高压交流电缆绝缘料和国外柔直电缆绝缘料这2种材料的相应试验结果进行了对比分析。结果表明,该柔直电缆绝缘料在常温(20℃)和高温(90℃)下具有良好的空间电荷抑制性能,电场畸变率小于5%;与其他2种材料相比,该绝缘料在高温下的电阻率增加约10倍、电阻率温度系数下降约1/3,能够降低柔直电缆的热损耗并有利于整个柔直电缆系统的绝缘设计;该绝缘料在高温下的直流击穿电场强度为其他2种材料的1.27～1.6倍。研究表明,该柔直电缆绝缘料电气性能优异,能够用于工作温度90℃的柔直电缆绝缘。     

直流电缆屏蔽料对XLPE绝缘空间电荷的影响

随着交联聚乙烯（XLPE）绝缘直流电缆电压等级的提高,对半导电屏蔽料的质量及可靠性的要求也越来越高。选用了2种国外高电压等级用直流半导电屏蔽料、一种国产较为优秀的半导电屏蔽料和国内XLPE直流电缆绝缘料作为试验材料,测试了3种屏蔽料的热、电性能,屏蔽与绝缘的复合性能,研究了3种屏蔽料对XLPE绝缘空间电荷的影响。通过对试验结果的综合分析,提出了炭黑填充量、炭黑粒径和基体树脂以及界面结合情况是影响半导电屏蔽料体积电阻率和空间电荷注入的关键因素。     

母料制备环境洁净度对高压直流电缆绝缘材料性能的影响

分别在非超净环境和百级超净环境中制备洁净度不同的两种直流电缆绝缘母料,通过高压电缆绝缘料生产线分别制备非超净直流绝缘料和超净直流电缆绝缘料,对比分析两种直流绝缘料的洁净度、空间电荷、不同温度下的体积电阻率以及直流击穿强度。结果表明:直流电缆绝缘母料制备环境洁净度直接影响着直流电缆绝缘料的洁净度,并对直流电缆绝缘料的空间电荷、不同温度下的体积电阻率和直流击穿强度有较大的负面影响。     

厦门柔直工程±320kV直流电缆绝缘及外护层结构选型与论证

为了验证厦门柔直工程±320 kV直流电缆绝缘结构和外护层设计选型是否合理,对选用的直流电缆绝缘料进行了30、50、70℃下的高场电导特性和室温、70℃下的负极性直流击穿电场强度测试,并利用有限元多场耦合软件分析±320 kV直流电缆在绝缘厚度为26.0 mm时的电场及热场分布情况,最后参照GB/T 18380.35—2008中C类成束燃烧试验方法验证电缆外护层的阻燃特性是否满足工程要求。结果表明,选用的直流电缆绝缘料电导电流在同一电场强度作用下随着温度的升高而逐渐增大,在测试温度下材料的电老化阈值大于允许工作电场强度20 MV/m,室温和70℃下负极性直流击穿电场强度的Weibull分布结果分别为223.38 MV/m和162.81 MV/m。在空载和工程的额定负载下的有限元仿真结果表明,±320 kV直流电缆绝缘层中的最大电场强度均小于绝缘材料的允许工作电场强度,外护套形式为中密度PE+阻燃PE的双层护套电缆与单层阻燃护套电缆的C类成束燃烧试验炭化高度分别为1.4 m和0.8 m。因此±320 kV直流电缆绝缘和外护层结构的选型满足厦门柔直工程要求。     

高压直流XLPE绝缘材料及电缆关键技术展望

为推动高压直流电缆技术发展,对目前交联聚乙烯高压直流电缆系统发展的关键技术进行了分析和展望,指出了聚乙烯主绝缘材料、电缆工厂接头及附件是制约高压直流电缆发展的主要瓶颈。高压直流电缆绝缘料的研究需要聚焦到交联聚乙烯的微观结构和电气性能之间的关联关系,如何从聚乙烯基料的分子链结构、结晶形态控制等角度出发并结合材料生产过程中的纯净化工艺来实现技术突破是目前面临的主要问题。高压直流电缆本体及工厂接头的电场、老化寿命设计理论要在传统经验设计参数的基础上,同时要基于材料的基本性能、空间电荷以及尺寸和形状效应等进行优化发展。高压直流电缆附件要在附件与电缆本体的匹配技术、关键部件设计及安装工艺方面开展深入研究。该综述可为高压XLPE直流绝缘材料、电缆工厂接头及附件的研制及性能优化提供技术指导。     

基于国产交联聚乙烯绝缘材料的直流模型电缆电性能研究

为更有效模拟电缆的构造及生产过程,针对优选的国产低密度聚乙烯绝缘基料(以下简称LDPE试样),采用热贴合方法将LDPE试样(含交联剂)分别与两种已在直流电缆中应用的屏蔽料试样(均含交联剂)制备成薄片试样,开展在高场强不同温度下的空间电荷特性对比研究,优选一种适于国产基料的屏蔽料。在此基础上,试制了基于国产绝缘料的直流模型电缆,经脱气处理后开展模型电缆空间电荷测量及直流击穿实验,评估国产绝缘料作为直流电缆绝缘料的可行性。结果表明:采用国产绝缘料和与之兼容的半导电屏蔽料可以满足高压直流电缆的绝缘性能要求。     

绝缘母料加工温度对高压直流电缆绝缘料性能的影响研究

为了研究绝缘母料加工温度对高压直流电缆绝缘料性能的影响,选用3种加工温度制备绝缘母料,并对采用3种绝缘母料制备的直流电缆绝缘料性能进行了研究.先开展洁净度检测,再通过全反射红外光谱分析了洁净度检测出的晶点的化学键结构,最后对比了3种直流电缆绝缘料的电气性能和力学性能.结果表明:采用加工温度过高的绝缘母料的直流电缆绝缘料中有更多的晶点,且部分晶点为淡黄色;与半透明的晶点相比,淡黄色晶点的红外光谱上并未出现较强的吸收峰,但过高温对直流电缆绝缘料的电气性能有较大的负面影响,而对力学性能的影响较小.     

新型XLPE高压直流电缆绝缘料的空间电荷特性研究

高压直流电缆运行中的温度梯度效应导致电缆外绝缘层场强严重畸变,降低了绝缘的电气强度和使用寿命。在聚乙烯纳米复合材料的基础上,添加适量的交联剂、抗氧剂等制备了新型高压直流交联聚乙烯料,对其力学性能和电性能进行测试,并将其与国外主流XLPE直流电缆绝缘料的空间电荷积聚与场强畸变特性进行对比分析。结果表明:新型高压直流交联聚乙烯电缆料的性能优于国外主流XLPE直流电缆绝缘料,有望用于国产高压直流电缆。     

绝缘料电阻率对直流电缆电场分布影响及其调控

直流电缆在运行过程中,由于绝缘层中温度梯度的存在和绝缘料电阻率负温度系数特性会造成绝缘层中电场分布反转,从而增加直流电缆绝缘结构设计的困难。基于100 k V直流电缆结构参数并结合理论推导,采用仿真模拟分析了绝缘层温差、绝缘料电阻率温度系数和电场强度系数对直流电缆电场分布的影响。提出了基于纳米复合技术的直流电缆绝缘料电阻率温度系数调控方法。结果表明,降低绝缘料电阻率温度系数能够有效抑制直流电缆绝缘层中的电场分布反转,并降低直流电缆正常运行时的最大场强;通过纳米复合技术在纳米颗粒与绝缘基体的界面区引入深陷阱能有效抑制高温下绝缘料电阻率的下降,从而降低其电阻率温度系数。     

交联电缆用低密度聚乙烯树脂QLT17的性能及应用

利用拉伸试验、红外光谱、凝胶渗透色谱、差示扫描量热法、流变表征等方法,对QLT17等几种交联电缆用低密度聚乙烯树脂的性能进行了对比分析,研究了以QLT17为基础树脂分别制备的硅烷交联和过氧化物交联聚乙烯电缆绝缘料的性能及工业化应用。结果表明：QLT17是一种性能优异的交联聚乙烯电缆绝缘料的基础树脂。     

直流电缆试验标准体系分析及±535 kV电缆系统试验中关键问题

直流电缆系统开发过程中材料选型、制造工艺、验证直流电缆系统可靠性的方法等成为国内外关注的焦点问题。在过去10里,高压直流电缆系统的试验方法体系得到全面的发展,已建立的规范或标准包括CIGRE TB 496、GB/T 31489.1和IEC 62895等,均对直流电缆系统在开发过程中的试验鉴定方法做出了明确要求。依据国产化±535kV直流电缆研发试验经验,综述上述3个标准要求制定的背景,着重梳理对比GB/T 31489.1和IEC 62895在条款规定中的差异性,总结研发过程中绝缘材料电性能评价方法和直流电缆系统在低温环境下电性能型式试验经验,提出在标准化工作中的建议,可作为试验方案制定的参考。     

描述高压直流电缆绝缘材料电导率的公式比较

以高压直流交联聚乙烯(cross-linked polymeric,XLPE)电缆为研究对象,研究讨论了现阶段描述直流电压下绝缘材料电导率公式对XLPE材料的适用情况。首先基于两种不同电导率公式推导了稳态下高压直流电缆中电场反转的临界温差、绝缘层温度分布、电场、电导率和距离电缆中心的乘积以及绝缘层电场分布,并通过比较有限元仿真结果和公式计算结果证明了所推公式的可靠性。然后通过对不同电导率公式计算值的比较,以及不同公式在相同条件下引起的绝缘材料热电特性,证明了公式互换的可能性。     

Polymeric HVDC Cable Design and Space Charge Accumulation. Part 1: Insulation/Semicon Interface

From theory and experiments, it can be deduced that materials for DC applications should not accumulate a large amount of space charge if accelerated degradation of the insulation system is to be avoided. Therefore, the characterization of DC insulation must take into account the evaluation of space charge accumulation. This cannot be done exhaustively without taking a system approach considering both the semiconductive material and the insulation, in particular, the properties of the semicon/insulation interface. The latter interface, in fact, plays a major role in space charge injection/accumulation in the insulation bulk. Having analyzed different semiconductive and insulating materials candidate for HVDC cable applications, the best solution to be exploited for HVDC cable design would be the combination showing a high threshold for space charge accumulation, a small rate of charge accumulation as a function of electric field and a small activation energy, i.e., a space charge amount less dependent on temperature. Therefore, space charge measurements will provide important information to cable material manufacturers with the aim of tailoring insulation and semicon specifically for HVDC application and, thus, improving the reliability of polymeric cables.     

挤包绝缘高压直流电缆应用现状与研究展望

挤包绝缘高压直流电缆已成为远距离、大容量输电线路建设的主要装备之一,现阶段广泛应用的挤包绝缘直流电缆以交联聚乙烯(XLPE)绝缘为主。针对XLPE绝缘高压直流电缆研发和应用中的绝缘空间电荷特性、副产物脱气等主要问题进行全面综述,指出在工业化生产方式下,超纯净体系XLPE绝缘材料是目前用来缓解空间电荷问题和实现电缆批量化生产更为可行的技术方案,对于副产物脱气问题的研究需结合小样测试结果,向长距离批量化电缆生产的脱气工艺控制进行扩展。结合现有国内外已投运和正在规划的挤包绝缘高压直流电缆典型工程,指出未来应侧重于在提高绝缘材料电气绝缘水平的基础上,使挤包绝缘直流电缆向更高电压等级发展,并同时通过提高电缆最高允许运行温度实现更大的传输容量。此外,从提高生产效率和利于回收利用的角度考虑,可加强热塑性绝缘材料在挤包绝缘高压直流电缆中的应用研究。     

Recyclable insulation material for HVDC cables in Global Energy Interconnection

With the development of modern power systems, especially that of the global energy internet, high-voltage, direct current(HVDC) cable power transmission will play an important role in the future. The key problem of HVDC cable power transmission is the need for novel cable insulation materials that have high performance, recyclability, and higher working temperature to replace traditional crosslinked polyethylene. This paper investigates the thermal and electrical properties of polypropylene(PP)/Al2 O3 nanocomposites as a potential recyclable HVDC cable insulation material. The developed nanocomposites exhibit excellent thermal and electrical properties with the introduction of Al2 O3 nanoparticles. Particularly, the space charge accumulation is greatly suppressed.     

电缆终端内绝缘带与绝缘油相容性试验研究

为解决电缆终端内绝缘带溶胀导致的渗漏油问题,以退运充油终端内以及未使用的同型号绝缘带、绝缘油为研究对象,基于运行要求设计了相容性试验,并进行了红外光谱、失重率、击穿电压等对比测试,分析了溶胀发生的原因以及防治措施。测试结果表明硫化不充分会导致橡胶材料更容易与聚异丁烯绝缘油反应,绝缘带与绝缘油加速热老化后绝缘带质量、绝缘油击穿性能均有明显降低。使用该批次橡胶绝缘带的电缆终端投运后,浸泡在绝缘油中的绝缘带溶胀甚至软化开裂,会导致密封失效发生渗漏油,同时绝缘油击穿性能下降,需尽快更换相应电缆终端。目前并无适用的电缆附件内材料相容性试验和高黏度绝缘油击穿电压测试方法标准,基于已开展的多组对比试验结果,明确了电缆终端内绝缘带与绝缘油相容性试验的关键参数和评价指标,提出适用于高黏度绝缘油的击穿电压测试方法,为同型号充油终端的检查和更换措施提供技术支持,避免了批次性故障的发生。     

挤出绝缘高压直流电缆系统试验技术规范综述及建议

高压直流电缆系统的试验标准和技术方法直接决定了对产品可靠性评估的准确性,也间接对电缆结构及运行设计产生影响。概述了国内外针对挤出绝缘直流电缆系统试验的相关技术规范及标准,重点介绍了CIGRE发布的技术手册TB 496中推荐的型式试验和预鉴定试验的方案及要求,以及我国国家电线电缆质量监督检验中心推出的TICW 71-74系列技术规范;还介绍了若干发达国家针对直流电缆系统试验技术所进行的研究及应用,并对有待深入研究的相关课题提出了建议。     

预处理温度对高压直流电缆附件绝缘材料空间电荷的影响

采用电声脉冲法(pulsed electro-acoustic method,PEA)研究了经过不同预处理温度处理后的高压直流电缆附件绝缘材料——硅橡胶(silicone rubber,SIR)及三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)绝缘层的空间电荷分布。为分析导致此空间电荷积累不同的原因,采用拉伸性能测试和动态热机械分析(dynamic thermal mechanical analysis,DMA)研究了高压直流电缆附件绝缘材料化学分子结构的变化。实验结果表明,SIR材料经过150℃预处理后,硫化更充分、交联密度增加,从而使得绝缘层中的空间电荷量减少,因此SIR的预处理以150℃为宜;EDPM材料经过150℃预处理后,综合表现为解聚反应,从而使得绝缘层中的空间电荷量增加,因此EDPM预处理温度以80℃为宜。     

环保型生物可降解绝缘材料的研究

由石油化工原料生产的绝缘材料很难自然降解,废弃后造成环境的严重污染.为解决此类问题,有人提出将生物可降解材料用作电气绝缘材料的设想,并对其可行性进行了理论和实验上的探索.文章综合论述了生物可降解材料聚乳酸(PLA)的可降解性能、电气性能,探讨了其用作绝缘材料的可行性,并预测了今后绝缘材料的发展方向.