基于介电和理化特性的XLPE水树老化程度分析

为掌握电缆水树老化程度对电缆主绝缘介电特性的影响规律,对交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)开展加速水树老化试验,以低密度聚乙烯为对照组,测量不同老化程度试样的介电常数(ε)、介质损耗因数(tanδ)、结晶度以及熔点等特征参量,并利用显微技术观测XLPE水树的生长特性。结果表明:XLPE材料的ε和低频下tanδ随水树老化程度加深而呈现增大的趋势。水树在发展过程中呈现放射状,且密集度不断增加。建立XLPE材料的tanδ宏观参量与微观水树老化发展的对应关系,可通过低频下电缆主绝缘材料XLPE的tanδ值评估电缆水树老化的严重程度。     

XLPE电缆水树枝老化的介损检测方法分析及试验研究

介绍了介损正切(tanδ)与交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘水树枝老化的关联性,分析了工频电压下电桥法、0.1 Hz超低频电压下、串联谐振条件下现场测量XLPE电缆tanδ的适用性及优缺点。对比发现,0.1 Hz超低频电压下测量tanδ的方法得到广泛研究和认同,但超低频时tanδ值不能表征XLPE电缆工频电压下的绝缘状况;工频电压下用电桥测量tanδ能够反映XLPE电缆真实绝缘状况,电桥容量较小限制了该方法使用范围;串联谐振装置测量tanδ能基本反映XLPE电缆真实绝缘状况,配套设备体积大制约了其应用。给出用工频介损测试仪测量tanδ的结果,初步表明在配电电压下、长度较短时用电桥法测量tanδ,发现XLPE电缆绝缘内部存在严重水树枝老化缺陷。     

XLPE水树老化电缆介电响应下非线性研究

为了准确评估XLPE电缆的绝缘状态,利用极化-去极化电流法对不同水树长度电缆进行测试,并研究XLPE水树电缆介电响应时的非线性特性。通过测得的极化-去极化电流曲线及扩展Debye模型,对XLPE电缆的介质损耗因数(tanδ(0.1 Hz))和直流电导率(σ)进行计算,利用tanδ(0.1 Hz)和σ随电压变化趋势来反映XLPE电缆非线性特征,并分析了其非线性特征与水树电缆老化状态的关系。结果表明:水树电缆在时域的去极化电流和介质损耗因数在频域的低频段都表现出非线性特征,在频域下tanδ(0.1 Hz)的非线性特征比时域下σ的非线性更明显;XLPE水树电缆具有明显的从线性到非线性的转折电压,水树长度越长转折电压越低。上述特性可用于对XLPE老化电缆是否存在水树和水树严重程度进行判断。     

基于0.1Hz下tanδ的XLPE电缆绝缘老化状态评估技术

随着电力电缆行业的持续发展,XLPE电缆绝缘检测技术受到越来越多的关注。对电缆绝缘老化状态的有效评估是当前电气设备管理一个十分重要和必不可少的过程。根据IEEE提出的有关电力电缆绝缘超低频(0.1 Hz)试验标准,提出一种对XLPE电缆绝缘分层取样,测量切片试样在0.1 Hz下的tanδ随外施电压的变化,以电压敏感度来判断绝缘老化程度的方法。通过测量不同运行年限的XLPE电缆绝缘,发现tanδ随外施电压的变化规律可以有效反映出不同运行时间绝缘老化状态的区别,绝缘内、中、外层的tanδ存在差异性。将老化电缆绝缘内层和中层的tanδ以外层tanδ测量值作为基准进行归一化,利用相对值的变化规律作为绝缘老化状态判断依据。实验结果表明,该方法对原始数据缺失的电缆绝缘老化状态评估是一种有效手段。     

运行高压交联聚乙烯电力电缆的介电性能

为探究高压交联聚乙烯(XLPE)电力电缆在运行一段时期后的绝缘性能变化表征及老化程度判别依据,对新电缆、实际运行年限为2 a、5 a、9 a和12 a的220 k V高压XLPE电缆绝缘的介质损耗因数频谱、氧化诱导期和工频击穿电场强度等进行了研究。对实际不同运行年限的电缆样本进行了轴向切片处理,制取了表面平整、厚度为1 mm的片状试样并进行了测试。试验发现:XLPE的低频介质损耗因数与老化程度存在对应关系,当频率在0.1 Hz以下时,介质损耗角正切值(tanδ)随老化程度而呈现明显线性上升趋势;随着运行年限的增长,XLPE电缆的氧化诱导期(OIT)与羰基指数这2项参数均同时增大;当运行年限达到约5 a和12 a时,XLPE电缆的击穿电场强度明显下降,运行年限为12 a电缆的击穿电场强度比新电缆的降幅可达约13%。对以上参数的测量都可以作为评估运行XLPE电缆老化状态的有效手段,其中测试运行XLPE电缆的绝缘击穿电场强度变化情况可以反映其综合老化程度,是适合于实际工程应用的简单有效方法。     

交联聚乙烯热老化与绝缘性能的关联关系

为研究交联聚乙烯（cross-linked polyethylene,XLPE）绝缘材料的热分解活化能、电气特性和力学特性随热老化程度变化的规律,对交流电力电缆绝缘用XLPE材料在110 ℃下开展加速热老化实验。采用热失重（thermogravimtric analyzer, TGA）测试手段,对XLPE在20~600 ℃的热分解行为进行研究;采用交流击穿测试、宽频介电谱测试及体积电阻率测试,研究老化后XLPE试样的电气特性;采用拉伸实验测试,研究老化后XLPE试样的力学特性。结果表明：热老化使得XLPE的交联结构和结晶状态被破坏,XLPE活化能呈减小趋势。由于氧化反应快速进行,使得XLPE分子链发生断裂,交联结构变弱,导致XLPE绝缘材料严重劣化,其活化能、击穿强度、体积电阻率、弹性模量和断裂伸长率随老化时间增长呈下降趋势,而介电常数、介电损耗和电导率呈增加趋势。     

水分对10 kV电缆XLPE片状试样超低频介质损耗因数的影响

交联聚乙烯(XLPE)电缆在运行过程中接头部分极易受潮,导致绝缘性能下降,影响其正常运行。为了探究交联聚乙烯受潮对其相对介电常数(ε_r)和介质损耗因数(tanδ)的影响,以片状XLPE试样为研究对象,测量其在不同浸水时间的ε_r和tanδ随频率的变化,并对试样的超低频介质损耗因数tanδ_(0.1 Hz)和工频介质损耗因数tanδ_(50 Hz)进行Pearson相关分析,最后对浸水前后的XLPE试样进行红外光谱分析。结果表明:不同浸水时间XLPE试样的tanδ_(0.1 Hz)比tanδ_(50 Hz)大2.36～3.28倍,tanδ_(0.1 Hz)、tanδ_(50 Hz)及ε_r均随浸水时间的增加而增大,其中tanδ_(0.1 Hz)的增大趋势更显著;tanδ_(0.1 Hz)与tanδ_(50 Hz)具有强相关性;红外光谱测试结果表明,XLPE分子结构中部分亚甲基变为H-C-OH基团,有水分以结构水的形式存在于浸水后的试样中。     

交联聚乙烯热老化与绝缘性能的关联关系

为研究交联聚乙烯（cross-linked polyethylene,XLPE）绝缘材料的热分解活化能、电气特性和力学特性随热老化程度变化的规律,对交流电力电缆绝缘用XLPE材料在110 ℃下开展加速热老化实验。采用热失重（thermogravimtric analyzer, TGA）测试手段,对XLPE在20~600 ℃的热分解行为进行研究;采用交流击穿测试、宽频介电谱测试及体积电阻率测试,研究老化后XLPE试样的电气特性;采用拉伸实验测试,研究老化后XLPE试样的力学特性。结果表明：热老化使得XLPE的交联结构和结晶状态被破坏,XLPE活化能呈减小趋势。由于氧化反应快速进行,使得XLPE分子链发生断裂,交联结构变弱,导致XLPE绝缘材料严重劣化,其活化能、击穿强度、体积电阻率、弹性模量和断裂伸长率随老化时间增长呈下降趋势,而介电常数、介电损耗和电导率呈增加趋势。     

基于PDC的多应力老化乙丙橡胶电缆绝缘状态评估

为了能准确地评估乙丙橡胶电缆的绝缘老化状态,搭建了多应力加速老化试验系统。测量了不同老化周期后电缆试样绝缘的极化与去极化电流,通过等温松弛理论和扩展德拜模型分别提取了老化因子A和低频介质损耗因数(tanδ_(0.1 Hz))来评估电缆绝缘的老化状态。结果表明:老化因子A与tanδ_(0.1 Hz)对表征乙丙橡胶电缆绝缘的劣化状况具有很好的一致性。随着老化程度的加深,老化因子A呈指数增长规律,tanδ_(0.1 Hz)也逐渐增大。由PDC法得到的老化因子A和tanδ_(0.1 Hz)都能较好地评估乙丙橡胶电缆的绝缘状态。     

基于0.1Hz超低频的XLPE电缆介质损耗老化评估

解析了交联聚乙烯(XLPE)电缆水树引起的绝缘劣化机理及其介损(tanδ)特性,提出了基于超低频(0.1 Hz)介损检测技术的电缆老化评估方法。并利用现场6段典型电缆进行了实际测试,通过该方法准确检测出其中一根电缆某相受潮老化严重,需要立即更换;而另外一根电缆的三相介损均超标,需要进一步测试,以确保其绝缘完好。结果表明,该方法适用于10 kV配电网XLPE电缆的受潮绝缘老化评估工作。     

基于极化–去极化电流法的变压器油纸绝缘低频介质损耗特性分析

目前极化-去极化电流(polarization and depolarization current,PDC)法被用来替代频域介电谱(frequency domain spectroscopy, FDS)法获取变压器油纸绝缘在低频下的诊断信息,以实现有效的频域诊断并节省测试时间。为了研究基于PDC法对油纸绝缘的频域诊断,制作了不同热老化程度和不同含水量的油纸绝缘模型,并基于PDC的时频变换分析了其低频损耗特性。油纸绝缘的低频介质损耗因数被分为电导损耗因数(tanδ_(conductance))和总极化损耗因数(tanδ_(total-pol))两部分,其中总极化损耗因数包括偶极子极化损耗因数(tanδ_(dipole-pol))和界面极化损耗因数(tanδ_(interface-pol))。结果表明:随着热老化时间的增加,油纸绝缘模型的tanδ_(conductance)曲线和tanδ_(total-pol)曲线均有所上移;而随着含水量的增加,油纸绝缘模型的tanδ_(conductance)曲线大幅上移,tanδ_(total-pol)也有所增加且tanδ_(interface-pol)增加相比于tanδ_(dipole-pol)增加更为明显。这说明热老化同时影响了油纸绝缘的电导损耗和极化损耗;而水分则大幅增强油纸绝缘的电导损耗并使得界面极化损耗也有所增加。最后,通过对比实际变压器低频损耗的分析结果和预防性试验结果证明了利用PDC对油纸绝缘低频损耗特性进行分析的有效性。     

XLPE电缆的热–振动联合老化试验测试与分析

在桥梁、桥架等振动条件下运行的交联聚乙烯(XLPE)电缆线路,击穿故障多发生在支架附近的XLPE绝缘上,这可能是由于振动导致的XLPE绝缘劣化进一步加剧所导致。而目前没有对XLPE电缆绝缘在热–振动条件下的老化失效机理和运行状态评价的研究。因此,在分析电缆线路运行特点及电缆故障的基础上,通过构建XLPE电缆的热–振动联合老化试验平台,在试验平台上对XLPE电缆施加负荷电流和机械振动,同步开展热–振动联合老化和单一热老化试验。通过对1 440 h老化时间下的XLPE电缆绝缘取样分析,获得热–振动联合老化、单一热老化及未老化电缆的XLPE绝缘材料的力学性能、介电性能及微观结构的差异性,以分析振动对XLPE绝缘性能及电缆运行特性的影响。试验结果表明:热–振动联合作用下XLPE材料的氧化速率和程度均大于单一热老化条件下的数值,机械振动加速了XLPE绝缘层的老化。该研究成果可为振动运行条件下XLPE电缆线路的运行状态评估提供技术支持,具有实际工程应用价值。     

XLPE电缆绝缘介损正切检测方法研究

分析了工频电压、0.1 Hz超低频电压、串联谐振条件下现场测量XLPE电缆tanδ的适用性及优缺点。对比发现,工频电压下用电桥测量tanδ能准确反映XLPE电缆的绝缘状况,但电桥容量较小限制了其使用范围;0.1 Hz超低频电压下测量tanδ的方法得到了广泛研究和认同,但tanδ值不能表征XLPE电缆工频电压下的绝缘状况;串联谐振装置测量tanδ能基本反映XLPE电缆的绝缘状况,但配套设备体积制约了其应用。     

内部气压下电缆电树枝不同生长阶段的局部放电统计参量研究

交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘电热老化产生的气体会在绝缘层或绝缘材料微孔内产生局部高气压,为了研究内部气压作用下XLPE电缆绝缘的老化特征,分别以XLPE短电缆和电缆绝缘层切片为试验样品,搭建了试验系统,研究了局部气压作用在绝缘层或绝缘材料微孔内时的局部放电及其绝缘老化特征,并采用局部放电矩特征分析局部气压作用下XLPE电缆局部放电特征参量与绝缘老化程度之间的关系,探讨将其应用于交联聚乙烯电缆绝缘老化评估的可能性。结果表明:局部高气压使电树枝通道内局部放电加剧,绝缘老化加速;微孔内的气压相较于绝缘层气压对电树枝内局部放电的促进作用更加明显;最大放电量相位分布H_(qmax)(φ)谱图的偏斜度Sk、峭度K_u和放电次数相位分布H_n(φ)谱图的放电相位分布可作为评估XLPE中电树枝发展阶段的标准。     

基于电致发光相位谱对电缆绝缘交流空间电荷特性的研究

为研究交联聚乙烯(XLPE)电缆的绝缘性能,针对电热老化后的电缆绝缘试样开展电致发光测试,获得不同电压等级下的电致发光光谱和相位谱,分析电致发光光谱相位超前于交流电压相位的原因。结果表明:电缆绝缘在电热老化过程中发生氧化产生羰基;由于电缆绝缘制造过程中的残余交联副产物老化后分解形成杂质,使得电缆绝缘材料在交流电压作用下承受强烈的空间电荷作用,从而导致电缆绝缘交联聚乙烯的电致发光相位超前量远大于低密度聚乙烯。     

基于电介质响应理论的10kV交联聚乙烯(XLPE)电力电缆绝缘诊断

电力电缆的绝缘诊断是评估电缆老化程度的重要途径。近年来,最新发展形成的极化/去极化电流(polarization/depolarization current, PDC)方法,能有效反映电介质整体老化状态。本文研究了不同老化状态下电缆的极化/去极化电流特性,并分析电流特性与老化程度的关系。首先论述了极化/去极化的电介质响应理论,建立了电缆老化和极化/去极化电流测试方案。基于测量结果,建立了电缆三支路电路等效模型,进一步对电缆的频率响应特性进行分析。研究表明,老化电缆和新电缆的tanδ(ω)值在低频范围具有明显区分度,可用于表征电缆绝缘老化程度。     

XLPE电缆绝缘老化临界时间现象及其动力学仿真

为深入探究交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆绝缘的老化特性,评判XLPE电缆绝缘的老化程度,文中对110kV XLPE电缆绝缘在135℃进行加速老化实验,采用拉伸试验表征XLPE断裂伸长率的变化规律,采用傅里叶变换红外光谱表征XLPE中羰基浓度与抗氧剂含量的变化规律。结果表明,XLPE电缆绝缘老化存在临界时间现象,即随着老化时间的增长,XLPE断裂伸长率由缓慢下降转变为快速下降,羰基浓度由缓慢增大转变为快速增大,临界时间均为2016h;而抗氧剂含量则随老化时间逐渐下降,不存在拐点。基于链式自由基理论,建立考虑抗氧剂反应过程的XLPE热老化动力学模型,进一步仿真计算XLPE电缆绝缘热老化过程中抗氧剂含量和羰基浓度的变化过程,仿真计算结果能够很好地吻合实验结果。研究结果表明抗氧剂含量可用于表征XLPE电缆绝缘的老化程度。     

基于PDC法的核电站XLPE电缆辐照老化研究

为了对辐照老化后的核电站用中压交联聚乙烯(XLPE)电缆的绝缘状态进行评估,首先对电缆进行不同程度的辐照老化,研究不同辐照剂量下电缆的极化去极化电流,分析0.1 Hz介质损耗因数、直流电导率等老化参数的变化规律。然后使用改进的3支路Debye模型对电缆绝缘进行拟合,得到不同辐照剂量下的支路电阻与支路电容,对电缆的老化情况进行评估。结果表明:核电站用XLPE电缆在低辐照剂量(小于216 k Gy)下的支路电容与支路电阻变化较小,随着辐照剂量的增加,支路电阻大幅下降,支路电容大幅上升,电缆直流电导率、介质损耗因数不断上升,并与断裂伸长率、氧化诱导时间的测试结果相符,验证了PDC方法可以有效地检测辐照老化电缆的绝缘情况。     

船用低压电力电缆绝缘材料老化状态研究与寿命评估

通过在不同老化温度和不同老化时间下对电缆试样进行加速热老化,测试研究电缆绝缘材料的老化状态,并从介质损耗因数和断裂伸长率两个指标对其寿命进行评估。结果表明:使用介质损耗因数tanδ评估法与采用断裂伸长率计算寿命的方法结果基本一致,为电缆的绝缘状态评估与寿命检测提供了一种无损快速的检测方法。     

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。