获取XLPE绝缘直流电压耐受指数的步进应力试验参数选取方法研究

交联聚乙烯(XLPE)绝缘的直流电压耐受指数n是材料的重要性能参数,也是直流电缆绝缘厚度设计及出厂试验电压参数选取的重要依据。步进应力法作为一种高效的电寿命试验方法,其试验参数的选取对耐受指数n值的结果影响较大。该文提出一种步进应力试验的参数选取方法,该方法以累积损伤-时间(D-t)曲线、损伤矩阵D方差与n值关系曲线S(n)及S(n)曲线的二阶导数d~2S(n)/dn~2三个指标作为试验参数选取的依据。该方法为绝缘材料的步进应力和恒定应力电寿命试验结果的等效性评价提供了理论支撑。试验数据表明,通过该方法筛选的步进应力试验参数获得的电压耐受指数n值(n=12.0)与恒定应力下的结果(n=12.2)具有较好的一致性。     

基于累积损伤曲线的电寿命模型步进应力试验方法及在XLPE电缆中的应用

交联聚乙烯（XLPE）的反幂函数电寿命模型（IPM）表征了XLPE电缆绝缘的长期耐压特性,包括电压耐受指数（VEC）在内的IPM模型参数是电缆绝缘设计和预鉴定试验电压选取的重要依据。步进应力试验具有耗时短、效率高的优点,适用于求取电缆样品的电寿命模型参数。然而,步进应力试验参数的选择尚无规程可参考,目前主要依靠经验和主观确定,严重影响了试验结果的有效性和可比性。将固体绝缘材料累积损伤“D-t曲线”作为判断绝缘失效机理的主要依据,分析不同试验参数下步进应力与恒定应力试验的等效性,提出适合工程应用的步进应力试验参数选取及现场试验方案。通过该方法设计绝缘厚度分别为2.8 mm和3.5 mm的2种模型电缆的步进应力试验,并获取2种模型电缆的IPM电寿命模型参数,验证该方法的可行性。     

基于累积损伤曲线的电寿命模型步进应力试验方法及在XLPE电缆中的应用

交联聚乙烯（XLPE）的反幂函数电寿命模型（IPM）表征了XLPE电缆绝缘的长期耐压特性,包括电压耐受指数（VEC）在内的IPM模型参数是电缆绝缘设计和预鉴定试验电压选取的重要依据。步进应力试验具有耗时短、效率高的优点,适用于求取电缆样品的电寿命模型参数。然而,步进应力试验参数的选择尚无规程可参考,目前主要依靠经验和主观确定,严重影响了试验结果的有效性和可比性。将固体绝缘材料累积损伤“D-t曲线”作为判断绝缘失效机理的主要依据,分析不同试验参数下步进应力与恒定应力试验的等效性,提出适合工程应用的步进应力试验参数选取及现场试验方案。通过该方法设计绝缘厚度分别为2.8 mm和3.5 mm的2种模型电缆的步进应力试验,并获取2种模型电缆的IPM电寿命模型参数,验证该方法的可行性。     

基于混合应力法的XLPE绝缘电压耐受指数评估研究

考虑序进应力试验和恒定应力试验之间的等效性问题,提出一种按照“序进-恒定-序进”应力顺序对样品施加电压的混合应力试验方法,并结合威布尔（Weibull）统计分析对XLPE薄片样品的电压耐受指数进行评估。结果表明：混合应力试验计算得到的电压耐受指数n为16.11,与恒定应力试验评估的n偏差为5.36%,且总评估时间比后者缩短了98.04%,证明该方法可以有效对XLPE绝缘的电压耐受指数进行评估。     

66 kV交联聚乙烯海底电缆绝缘厚度设计

随着国内外海上风电工程的快速发展,66 kV交联聚乙烯(XLPE)海底电缆以其较低的生产、运维成本受到各方青睐。然而,国内尚无针对66 kV XLPE海缆设计的结构标准。为规范66 kV XLPE海缆的技术要求,有必要对其绝缘厚度进行合理设计。为此选取了66 kV海缆用XLPE试样进行了工频击穿试验和冲击击穿试验,发现XLPE的击穿场强与其厚度的关系符合反幂定律。然后,基于步进应力试验计算得到30℃和90℃下XLPE的寿命指数n分别为13.9和15.1,并进一步通过冲击和交流耐压试验的结果,综合得到66 kV海缆的推荐绝缘厚度为8.9 mm。基于该方法得到的66 kV海缆绝缘厚度与传统依靠经验设计的绝缘厚度相比更薄,为轻型66 kV海缆的绝缘厚度设计提供了理论参考和试验依据。     

高压XLPE电缆绝缘V t特性研究综述

交联聚乙烯（cross linked polyethylene,XLPE）绝缘电力电缆是输电线路的重要电 力设备。针对高压交流和直流电缆系统的运行现状,介绍了运用V t特性（击穿电压与击穿时间的关系）曲线描述XLPE电缆绝缘的电老化寿命模型,分析了国内外高压交、直流XLPE电缆绝缘V t特性的研究方法及相关结果。已有的研究结果表明,交流XLPE电缆绝缘的电老化寿命指数n值在9~25之间,直流XLPE电缆绝缘的电老化寿命指数n值在13~20之间。国内目前尚未见有关直流电缆绝缘V t特性研究的文献报道。     

基于加速性能退化数据的XLPE绝缘可靠性评估

传统的基于失效寿命数据的固体电介质绝缘可靠性评估方法,试验时间长、失效数据少且难以获取.针对这一问题,本文研究了基于加速性能退化试验数据的可靠性评估方法.首先,采用平均电荷密度作为性能退化特征量,分别在140、160、180 kV/mm场强条件下进行加速性能退化试验,获取性能退化数据.其次,计算得出各场强条件下交联聚乙烯(XLPE)绝缘材料的伪失效寿命并确定其统计分布.最后,结合虚拟增广理论对伪失效寿命数据进行扩充,利用统计分析方法对扩充后的数据进行分析.结果表明:采用加速性能退化试验方法进行XLPE绝缘可靠性评估,经理论计算得到样本可靠度、失效分布密度函数、平均寿命等性能可靠性指标.结合加速寿命模型理论推导出20 kV/mm稳定场强条件下该XLPE绝缘材料的预期寿命为15.3年,且到达预期寿命时可靠度为0.4451.     

10kV电缆升压至20kV运行的可行性研究

寿命指数n值以及1 h工频耐压水平是电缆绝缘设计的关键指标,对10kV电缆能否升压至20kV运行至关重要.通过绝缘设计理论计算.得出了寿命指数n值、1 h工频耐压水平和升压安全性的关系,并利用逐级击穿、恒定电压、加速老化等试验方法进行了验证.结果表明:现役10kv电缆的绝缘工频1 h击穿强度为10.00～13.30kV/mm、寿命指数为11.表明对于中性点有效接地系统,约90%电缆可以直接或有条件地升压至20kV并正常运行;对于中性点非有效接地系统,约70%可以直接或有条件地升压至20kV运行.     

交流500kV交联聚乙烯海缆绝缘材料的步进工频击穿特性及寿命模型

世界首条500 kV交联聚乙烯(XLPE)海缆已于2018年底在舟山敷设完成。为了研究500 kV XLPE海缆绝缘材料的绝缘与老化特性,对交流500 kV XLPE海缆绝缘材料进行不同温度下的短时工频击穿试验和步进应力工频击穿试验,并运用反幂模型对该材料在电-热应力下的寿命进行计算。结果表明:该500 k V XLPE海缆绝缘材料的短时工频击穿强度在25～85℃内呈现先上升后下降的趋势,工频击穿强度显著下降的阈值温度在70℃左右;相同温度下,步进应力下的工频击穿强度随加压时间步长上升而下降;相同加压时间步长下,步进应力下的工频击穿强度和耐压时间均随温度升高先增大后减小;寿命指数n和常数C随温度的升高也呈现先上升后下降的趋势。最后提出了基于反幂模型的该交流500 kV XLPE海缆材料的寿命计算公式,可为该材料类型海缆的寿命计算以及采用该材料进行电缆结构设计提供参考。     

步进电压下变压器匝间油纸绝缘的电老化

为评估油浸式变压器匝间油纸绝缘的电老化寿命,采用步进电压法对所设计的模型线圈进行加速电老化试验。基于极大似然法对试验数据进行统计分析,求出了反幂模型中的常数A及电压寿命指数N,并与恒定电压下的试验数据进行对比。结果计算寿命与试验数据相吻合,证明了用步进电压法对变压器匝间油纸绝缘进行电老化试验的可行性。求出了老化寿命与电场强度间的反幂模型,计算出模型线圈设计寿命为30年时所允许的最大工作电场强度值,并解释了该场强值远大于实际变压器设计时许用场强值的原因。     

XLPE/SiO2纳米复合材料长期直流老化特征寿命恶化分析

为了研究纳米SiO₂改性后的交联聚乙烯（XLPE）在直流电场下的长期老化规律,该文对纯XLPE和XLPE/SiO₂纳米复合材料的老化性能进行对比研究。首先在不同直流电压下分别对两种材料进行老化实验,发现XLPE/SiO₂纳米复合材料在电场较高时的确具有较纯XLPE更优异的耐电特性,但随着施加直流电场的降低,XLPE/SiO₂纳米复合材料的特征寿命与纯XLPE的越来越接近,直到该文测试的最低直流电场强度115kV/mm（特征寿命1 000h以上）,XLPE/SiO₂纳米复合材料的特征寿命已低于纯XLPE。对比分析XLPE/SiO₂纳米复合材料和纯XLPE老化数据显示,纳米复合材料的寿命指数低于纯XLPE。该文直流老化研究结果表明,尽管XLPE/SiO₂纳米复合材料的短期电性能指标优于纯XLPE,但长期直流老化性能会比纯XLPE差。     

干式空心电抗器匝间绝缘模型电老化特性实验研究

为探索干式空心电抗器匝间绝缘模型的电老化特性,采用步进电压实验对设计的模型进行了电老化实验.基于极大似然估计的理论对实验数据进行统计分析,得到了反幂模型中的常数 C及电压寿命指数n,并与恒定电压实验进行了对比.反幂模型计算得到的数据与实验数据契合度高,证明了用步进电压实验进行干式空心电抗器匝间绝缘电老化的可行性。     

现役交流XLPE电缆绝缘切片试样的交、直流耐压性能对比

为升级输电线路的传输能力,可将现役交流XLPE电缆线路改为直流运行,但仍缺乏改造方案设计的统一标准或规范。因而对1根投运7年的YJV22-8.7/10 kV-3×185 mm~2电缆进行绝缘环切,在相同条件下对切片试样进行交流及直流电压下的连续和逐级升压击穿试验。结果表明:升压速率为2、0.5、0.1 kV/s的连续升压击穿试验中,升压速率对试样的交流平均击穿场强影响很小,而对直流击穿场强影响较大;时间步长为2、6、15 min的逐级升压试验中,随着时间步长的增加,交流击穿场强略有降低,而直流击穿场强显著增大。随着电压施加时间的增加,交流击穿场强下降,而直流击穿场强反而增大,这导致直/交流击穿场强比值持续增大,由1.33增大至3.73。以击穿场强的95%置信下限值为基础,推导可获得XLPE绝缘试样的交、直流1 h击穿场强分别为89.50 kV/mm及247.55 kV/mm,而反幂定律中的电老化寿命指数拟和值为17和-11.51。在高压短时击穿试验范围内,试样的直流耐压性能随时间变化不符合传统电老化寿命定律,这可能与空间电荷效应的时间依赖性有关,需要后续研究进一步确认;同时也说明基于薄试样、高电压、短时间的击穿试验数据无法有效反映直流绝缘的长期电老化性能,不能直接用于XLPE直流电缆的绝缘结构设计。     

66 kV抗水树XLPE绝缘轻型海底电缆研制

介绍一种额定电压66 kV抗水树XLPE绝缘轻型海底电缆的研制方法。通过对模型电缆进行工频电压和雷电冲击电压击穿性能测试,按照CIGRE TB 722:2018规范对研制样品进行500 Hz/3000 h、50 Hz/8750 h、50 Hz/17500 h 3种湿式绝缘质量鉴定试验,按照CIGRE TB 490:2012和CIGRE TB 623:2015规范对研制产品进行型式试验,试验结果完全满足设计规范要求。在未来的深远海、大功率海上风机互联阵列海缆选型中,66 kV抗水树XLPE绝缘轻型海底电缆可以完美替代35 kV XLPE绝缘海底电缆。     

温度对步进电压下油纸绝缘电老化的影响

为了研究温度对变压器匝间油纸绝缘电老化过程的影响,文中设计了变压器匝间油纸绝缘模型线圈及试验系统,用步进升压法进行了模型线圈在常温22℃及运行温度80℃下的电老化试验。采用一种基于极大似然思想的数据处理方法,求取了油纸绝缘反幂模型中的常数A及电压寿命指数N,并用恒定电压法验证了所得反幂模型的正确性。结果表明:步进电压法可以用于变压器匝间油纸绝缘的电老化研究;与常温下相比,在电压低于某一阈值时运行温度下变压器匝间油纸绝缘模型线圈的电老化速度较慢,寿命较长,在电压高于该阈值时恰好相反;电老化不是变压器绝缘材料老化的最主要因素。     

用逐步升压法和Weibull参数估计油纸绝缘寿命

为评估油纸绝缘老化寿命 ,采用逐步升压法加速电老化油纸绝缘模型 ,利用Weibull概率分布对同一电压等级下多次试验得到的击穿寿命统计分析 ,利用反幂函数和指数函数拟合试验数据 ,求得两个模型中的电压耐受系数 ,用以评估油纸绝缘的电老化寿命。同时用恒定电压法试验作对比分析 ,结果表明 ,两种加压方法计算结果吻合 ,而逐步升压法简单 ,数据分散性小     

基于灰色神经网络的小样本纳米TiO2改性聚酰亚胺薄膜寿命评估

在纳米TiO₂改性聚酰亚胺(PI)薄膜寿命评估中，针对失效数据少、寿命分布无法唯一确定、成本高和试验时间长等问题，提出一种基于灰色神经网络的小样本绝缘寿命评估方法。采用原位聚合法制备纳米TiO₂改性PI薄膜，进行加速电老化试验并获取失效数据；构建并训练灰色神经网络，得到与原始数据特征、变化规律相似的扩充数据。采用最小二乘法进行参数估计，分析对比不同失效数据样本量、分布模型和经验累计失效函数的寿命评估结果。通过实际算例，分析扩充前后的最优寿命评估不同方案。结果表明：Weibull分布和数学期望公式的组合更适合原始样本容量的寿命评估。利用扩充后的绝缘失效数据进行寿命评估效果更好，选用反幂函数模型、对数正态分布和中值公式的组合，对扩充样本进行寿命评估最合适。     

线圈绝缘热电综合老化的新电压寿命曲线

引言已存在几种估算多应力条件下绝缘寿命的推荐性方法和模型。Boulter强调多应力功能性试验对绝缘结构评定是绝对必要的,Paloniemi采用等加速各应力的方法完成了高压电机绝缘多应力耐受试验。Fort等通过试验说明:同时施加热电两种应力便可较准确地估算出电和热老化的综合效应。同时他们还提出采用等加速因子进行综合老化的推荐性方法。Simoni提出在温度和电压作用下绝缘寿命的模型,并且强调指出:电应力和热应力都存在着临界值。Simoni和Fort等给出关于温度和电压寿命面积的三维视图。     

高频正弦电应力对气-固绝缘局部放电的影响

为了探索高频正弦电应力对高频电力变压器用气-固绝缘局部放电特性的影响,搭建了高频局部放电实验平台。利用该平台在高频正弦电应力下进行局部放电测试,获得了不同电压幅值下的局部放电谱图、放电幅值、放电次数和绝缘寿命。通过分析其变化规律,结果表明:高频正弦电应力下,绝缘寿命与电压幅值呈现负指数关系;不同寿命阶段,单周波平均放电次数基本不变,约等于整个寿命周期的平均放电次数;同时放电幅值在不同寿命阶段里也没有明显变化;放电次数二维相位分布呈"锥"状,且锥顶的相位随着电压幅值的升高向左移动;高频电应力下气-固绝缘在不同损伤阶段的局部放电及持续时间差异性并不明显。     

局部放电条件下干式空心电抗器匝间绝缘的电老化特性研究

为研究干式空心电抗器匝间绝缘的电老化规律,进行了干式空心电抗器匝间绝缘模型试样的起始局部放电电压及击穿试验。采用恒定电压法及阶梯电压法进行了局部放电发生后干式空心电抗器匝间绝缘的电老化寿命试验,求得两种老化方式下的电老化反幂寿命方程。分析并试验验证了两个寿命方程存在差别的原因,并修正了局部放电发生后恒定电压下干式空心电抗器匝间绝缘模型试样的电老化反幂寿命方程。研究结果表明:发生局部放电时,干式空心电抗器匝间绝缘的电老化规律不符合反幂寿命模型,耐压寿命指数N及常数C随着试验电压的升高而增大;各种过电压下可能出现的局部放电对干式空心电抗器匝间绝缘材料的危害很大,可以通过改进制造工艺提高起始局部放电电压、选用耐局部放电能力强的绝缘材料作为匝间绝缘或者加装过电压抑制装置限制过电压幅值等方法延长干式空心电抗器匝间绝缘的使用寿命。