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。     

XLPE电缆中水树区域干湿状态下的电场特性研究

为研究交联聚乙烯(XLPE)电缆中水树区域介电常数与电场特性的关系,采用水针电极、高频高压对交联聚乙烯电缆试样进行加速水树老化实验,通过显微镜观察水树形态,根据观察到的水树形态构建有限元仿真模型,仿真分析水树区域介电常数变化对水树周围电场强度的影响规律。结果表明:当水树区域相对介电常数或电导率增加时,水树末梢的场强增大,而针尖场强减小,水树末梢尖端易成为电树引发的起点;当水树区域相对介电常数或电导率减小时,针尖场强增大,而水树末梢的场强减小,针尖易成为电树引发的起点。     

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。     

交联聚乙烯电缆水树老化离线诊断方法的研究

分析了交联聚乙烯水树老化离线诊断方法,介绍了交联聚乙烯电缆中水树形成原因及其危害。交联聚乙烯电缆水树老化表现出的电气特性变化可以通过多种测试方法来检测和诊断。其中离线诊断方法发挥着主要的作用。电缆水树离线诊断方法主要包括超低频介损法、空间电荷法、残余电荷法和介电响应法。对于电缆的水树缺陷诊断,应提高方法的水树缺陷辨识能力并采用多种离线检测方法综合测量判断。     

XLPE电缆绝缘中水树的形成机理和抑制方法分析

叙述了交联聚乙烯电缆中的水树对中高压XLPE电缆的危害性;介绍了水树的本质、水树生长特性,引发水树的电-机械理论和化学反应理论;分析了影响水树生长的因素和国内外抗水树电缆料的研究情况。     

XLPE电缆水树的影响因素及防范措施

针对交联聚乙烯电缆的绝缘层在潮湿和电场的同时作用下会产生水树老化的问题,分析水树形成的机理和影响因素,并提出应采取的防范措施,认为开发和使用TR-XLPE绝缘电缆是今后电缆行业的主要发展方向.     

水树尺寸对XLPE电缆电场分布的影响分析*

以110 kV交联聚乙烯电缆为研究对象,利用有限元法开展了水树尺寸对电缆电场分布影响的仿真分析。分别对开口型水树中的内导型水树和外导型水树进行建模,将水树的形态等效为椭圆模型,通过仿真结果分析了不同水树类型和不同水树尺寸下的电场分布情况。结果表明,水树末梢电场畸变最严重,且在相同水树尺寸下内导型水树危害大于外导型水树。     

辐照交联聚乙烯结晶形态的研究

通过差示扫描量热法、X射线-衍射试验研究了辐照交联聚乙烯绝缘材料的结晶形态，发现高密度和低密度聚乙烯辐照交联效应有明显差异。高密度聚乙烯本身结晶能力高于低密度聚乙烯，结晶度大于低密度聚乙烯，同样辐照剂量下高密度聚乙烯交联度低于低密度聚乙烯，晶区限制了交联过程发生；另一方面，辐照对低密度聚乙烯结晶形态的影响较小，辐照对高密度聚乙烯结晶形态影响明显、辐照交联有可能促进聚乙烯的同相结晶过程发生。实验表明，辐照剂量过大会增加高低密度聚乙烯绝缘料聚集态结构的复杂性，降低结晶结构的均匀性。     

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。     

实际XPLE电缆模型下升压速度对电树枝生长特性的影响

电树枝化是影响交联聚乙烯(XLPE)电力电缆运行安全与寿命的技术瓶颈。笔者采用金属针缺陷模拟电缆中集中的电场应力,研究了在工频交流电压下(50 Hz),不同实验起始升压速度(0.1 kV/s,1 kV/s)对XLPE电缆中电树枝生长特性的影响。结果表明,在高的升压速度下电树枝起始快,同时电树枝形态会由纯枝状变为稠密枝状,分形维变大。     

Evaluation of materials for WTR-insulated power cables

In order to improve the resistance to water treeing of standard crosslinked polyethylene (XLPE) insulation used in medium voltage power cables, a number of materials were selected and studied that represent different water tree growth prevention strategies: (a) using materials with crystallinity and morphology different from that of XLPE, or (b) using additives modifying the interaction between water and materials. Two laboratory procedures were adopted that assess the water tree resistance performance of the materials through different criteria: one based on divergent field geometry (CNRS) and another based on uniform field geometry (Pirelli). Both tests are shown to be complementary in their prediction of the performance of the selected water tree resistant materials. The work reveals a specific additive that greatly increases the water tree resistance performance of the insulation in different polymeric matrices     

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。     

Investigation of Water Tree Degradation in Dry‐Cured and Extruded Three‐Layer (E‐E Type) 6.6‐kV Removed XLPE Cables

Dry‐cured and extruded three‐layer (E‐E type) 6.6‐kV cross‐linked polyethylene (XLPE) cables were introduced into electric power systems more than 30 years ago, but they do not experience failures because of water tree degradation. Also, the degradation index of water treeing for these cables has not been established. Therefore, investigating results of residual breakdown voltage and water tree degradation of these cables will help us plan for cable replacement and determine water tree degradation diagnosis scheduling, and will be fundamental data for cable lifetime evaluation. In this study, the authors measured the ac breakdown voltages of dry‐cured and E‐E type 6.6‐kV XLPE cables removed after 18 to 25 years of operation and observed the water trees in their XLPE insulation. As a result, it was observed that breakdown voltages were larger than the maximum operating voltage (6.9 kV) and the ac voltage for the dielectric withstanding test (10.3 kV). Water trees were mainly bow‐tie water trees and their maximum length was approximately 1 mm. Although the number of measured cables was limited, the lifetime of this type of cable was estimated to be approximately 40 years, even experiencing water immersion.     

防水型交联聚乙烯绝缘电力电缆结构分析

交联聚乙烯绝缘电力电缆因其良好的机械、电气性能和便于敷设、免维护等性能在电力系统中得到了广泛的应用。但是在数十年的运行过程中发现,电缆受潮以后性能会大幅下降,特别是容易引发会严重影响电缆使用寿命和可靠性的水树枝。经过各国专业人员努力攻关,近年来已有不少针对电缆受潮的阻水技术问世,有关新型阻水电缆结构的专利不断出现。根据对国内外文献的检索结果,对当前常用的交联聚乙烯电缆阻水技术进行了分析和分类,并针对交联聚乙烯电缆阻水技术的发展提出了自己的观点。     

电发光检测聚合物绝缘起始劣化的方法

电缆聚合物绝缘的劣化 (电树枝 )有两个阶段 :第 1是诱导期或起始期 ;第 2是扩展期。文中论述了劣化初始期聚合物内电场强度增强点会有发光 ( EL )现象 ,它不同于局部放电( PD)引起的发光现象 ,至少比 PD检测灵敏度高两个数量级。文中详细介绍了 EL现象发生的机理 ,以及进行实验和检测 ,最终认为 :EL是一种可在电树枝起始之前检测聚合物劣化的有效方法 ,并成功地用于 50 0 k V XL PE电缆的研究     

A study of treeing phenomena in the development of insulation for500 kV XLPE cables

This review summarizes research on treeing phenomena, i.e. the formation of electrical trees and water trees, that has been undertaken in Japan for the development of 500 kV XLPE cable. Section 1 presents the results of factors affecting XLPE cable insulation breakdown under commercial ac and lightning impulse voltages. Section 2 verifies the phenomena of electrical tree formation in XLPE cable insulation using block samples and model cables, and gives the results of studies to determine the level electrical field stress initiation for such trees. Section 3 summarizes the results of studies on long-term aging characteristics, which is a particular problem under commercial ac voltages, while Section 4 explains how this research influenced the design of 500 kV XLPE cable insulation. All authors were members of `The investigation committee of fundamental process of treeing degradation' under IEEJ     

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。     

交联聚乙烯电力电缆绝缘中电树枝的分析方法

研究交联聚乙烯(XLPE)电力电缆绝缘中电树枝产生后对材料形态的改变具有重要的意义。通过对国内外关于XLPE中电树枝的研究方法的深入分析,并结合实验室得到的电树枝试样具体情况,指出了目前电树枝通道分析方法所存在的问题,提出了进一步分析的方法和研究的目标。