复合材料杆塔及材料多因子老化特性

为了探索电力用复合材料的耐环境老化特性,借助多因子老化箱模拟自然环境下复合材料杆塔运行环境,观察杆塔材料模量变化和杆塔、横担表面光纤光栅应变变化,表征加速老化条件下改性聚氨酯(PU)/玻纤复合材料和相应杆塔耐老化特性。经历4 000 h多因子加速老化,PU和相应复合材料弯曲模量保留率都90%,拉挤工艺的PU复合材料样品弯曲模量可高达95.8%;PU复合材料杆塔及横担制品最大位移处应变2‰,且杆塔应变低于横担应变。实验结果表明PU复合材料杆塔及横担具备良好的抗环境老化性。     

热老化条件下LDPE/TiO2纳米复合材料介电特性研究

电力电缆在运行过程中普遍存在的热老化现象容易加速绝缘失效,限制设备使用寿命,甚至引发电力系统故障。纳米粒子掺杂改性可以提高聚乙烯基体材料的热稳定性,开展相关研究可以为提高电缆绝缘寿命提供解决方案。以低密度聚乙烯(LDPE)/二氧化钛(Ti O_2)纳米复合材料为研究对象,分别研究了热老化条件下纳米粒子质量分数、老化时间、老化温度对材料介电特性的影响。实验结果表明,掺杂Ti O_2纳米粒子能够改善LDPE基体材料的介电特性,当Ti O_2纳米粒子填充质量分数为0.5%时,纳米复合材料介电特性最佳。老化时间和老化温度是影响材料介电特性劣化的两个重要因素,随着老化时间推移和老化温度提高,纳米复合材料的介电性能劣化现象越明显。对聚乙烯材料进行纳米改性的同时降低电缆运行环境温度,对提高电缆绝缘寿命具有重要意义。     

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。     

复合材料杆塔及样品的多因子老化性能

复合材料杆塔以其优良的性能及发展前景受到国内外电力部门的密切关注,其长期运行的老化性能成为紧迫的研究内容。为此参考IEC 62217:2005/FDIS推荐的5 000 h多因子老化试验方法,首次进行10 k V复合材料杆塔及电力用复合材料样品的5 000 h多因子老化试验。建立10 k V复合材料杆塔制品的三维模型,采用有限元法对多因子老化室内杆塔各个部件的电位和电场分布进行了仿真,仿真结果与杆塔不同部位在试验结束后表现出的老化性能存在相关性。对进行老化试验后的电力用复合材料样品的弯曲模量和弯曲强度进行测试,测试结果表明大部分样品弯曲模量保留率都在90%以上,耐老化性能良好。综合考虑弯曲模量、弯曲模量保留率和弯曲强度,最终确定复合材料杆塔生产使用改性聚氨酯PU/1:1方格布材料和拉挤工艺。     

复合材料杆塔人工加速老化试验及其长期性能评估

复合材料杆塔在实际运行中受到高湿、高低温、紫外线、雨水和电场等多种因素的侵蚀老化,同时导线在风力作用下的振动也会造成杆塔应力疲劳老化。为全面评估复合材料杆塔的运行可靠性和耐老化特性,结合我国杆塔实际运行环境,在IEC 5 000 h多因子老化试验方法的基础上进行改进,首次对复合材料杆塔开展人工加速老化试验,并通过在杆塔表面植入光纤光栅传感器实时监测杆塔应变。试验前,通过有限元力学仿真确定光纤光栅传感器在杆塔上的植入部位;试验中通过加装振动装置模拟风力对杆塔的影响。对杆塔应变数据进行分析,结果显示:紫外和高热高湿环境对杆塔应变有较大影响;经过5 000 h人工加速老化试验后,杆塔应变变化幅度小,杆塔未出现明显缺陷,表明复合材料杆塔可在户外长期运行。     

聚合物绝缘材料多因子老化的研究现状与发展

聚合物绝缘材料在电、热、机械等多种应力作用下会发生老化而导致绝缘性能下降,研究聚合物绝缘材料在多应力因子老化的理论及试验方法,对于预测剩余寿命和指导绝缘设计具有重要意义。首先对多因子老化的唯象和物理寿命模型进行了梳理和对比,其次对多因子老化的试验方法进行了总结;然后简单讨论了协同效应在多因子老化中的作用;最后对聚合物材料多因子老化研究的发展趋势进行了讨论分析。寿命模型的对比表明,基于化学反应速率理论的电-热寿命模型适用于较低电场下,热应力为主的老化情况,基于失效概率理论的电-热寿命模型适用于较高电场下,电应力为主的老化情况;相比于唯像模型,物理模型考虑了材料的微观结构特性和具体老化机制,在预测剩余寿命和指导绝缘设计方面具有优势。以后的多因子老化研究中,应重点研究不同应力间的协同效应,及其引起的新的老化机制,将材料老化过程中宏观性能的变化和微观结构和物理机制联系起来,建立物理意义明确的寿命模型。     

配网用复合材料绝缘横担老化特性研究

采用人工加速老化试验方法对配网用复合材料绝缘横担的老化特性进行研究,开展了5 000 h紫外老化、1 000 h湿热老化、1 000 h氙灯老化、90 d酸碱(5%HCl、10%NaOH)老化等试验,研究不同老化条件对配网用复合材料绝缘横担力学性能和电气性能的影响。同时,对在自然暴露条件下的某试点线路挂网运行4年多(超过35 000 h)的复合材料绝缘横担进行了取样研究。结果表明:在加速老化条件及自然暴露老化条件下,复合材料横担的弯曲模量保留率均在90%以上,雷电冲击耐受电压仍可达350 kV以上,表面电阻率可达1015Ω以上,复合材料绝缘横担表现出良好的耐老化性能。     

输电杆塔用复合材料的多因素老化分析和寿命评估

随着复合材料输电杆塔的推广应用,探究复合材料杆塔材料在运行过程中出现的老化特性具有重要意义。采用老化试验箱模拟户外运行环境,对改性聚氨酯(PU)、环氧树脂(E44)和间苯不饱和聚酯(UP)等不同树脂体系的玻纤增强复合材料试样进行5 000 h多因素老化试验。通过弯曲模量测试、扫描电镜测试及热失重分析等手段,从力学、微观、热稳定性等角度分析玻纤增强复合材料的老化特性。结果表明:5 000 h加速老化后,玻纤增强PU复合材料的弯曲模量保留率保持在90%以上,界面粘结良好,温度指数较高,其微观性能、热稳定性均优于玻纤增强E44复合材料。根据灰色理论建立弯曲模量预测模型,得到弯曲模量降为90%时PU复合材料的老化寿命为9 400 h。     

纳米复合RTV和HTV电晕老化特性对比实验研究

电晕老化可能导致硅橡胶使用寿命和防污闪效果下降,为了研究硅橡胶材料在电晕作用后的老化特性和使用寿命,选取纳米复合室温硫化硅橡胶(RTV)和高温硫化硅橡胶(HTV)两种材料,在实验室模拟交流电晕老化环境,研究了电晕放电对两种硅橡胶综合性能影响,讨论了电晕放电对RTV和HTV的绝缘特性破坏效应。分析了不同硅橡胶在电晕作用下介损、电阻率、耐热性能的变化规律,结合扫描电镜(SEM)和红外光谱技术对RTV和HTV的老化特征进行了比较研究,寻求了新的参数来评估硅橡胶电老化程度,尝试对硅橡胶电老化寿命进行了定量评估。结果表明,典型特征峰红外光谱吸收峰面积结合聚合物电老化寿命公式可以描述硅橡胶电老化程度,纳米复合RTV的电老化寿命约为普通HTV的1.63~1.84倍。     

IGBT薄层电极脱落机理分析与寿命预测方法

芯片表面电极薄层脱落是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)封装模块的一种常见失效现象,因此对其失效机理分析与寿命的有效预测是整体器件可靠性评估中的一个研究要点。首先通过仿真分析了芯片表面电极的应力应变随功率循环载荷的变化情况,发现芯片表面铝电极薄层与引线的键合位置附近区域存在应力集中情况,且应力集中的位置与实验中失效样品的断裂位置一致。此外还发现应力集中区仅在起初的短时间内存在一个逐渐减小的塑性应变幅,随后由于材料硬化,塑性屈服点上移,直至失效塑性应变都不再变化,因此可以推测材料的断裂失效是由于稳定后的塑性应变和循环应力综合导致的,鉴于上述分析,提出了一种同时考虑材料硬化和应力疲劳的寿命预测公式,并采用其他两种条件下的实验寿命值评估了此公式的准确性,总体平均误差为1%。     

变频牵引电机定子绕组电磁线寿命特性的研究

为研究变频调速牵引电机绝缘过早失效的机理,进行了定子绕组电磁线多因子联合作用绝缘寿命试验,利用一元二参数Weibull分布统计分析了不同电压幅值、频率和温度下的绝缘寿命试验数据,并研究了电磁线。提出了高频脉冲条件下多因子联合老化寿命模型,比较3种条件下的寿命模型与实验结果得出其相关系数均>0.89,验证了模型的正确性,可为变频调速牵引电机的设计提供理论依据。     

聚合物绝缘电热联合老化的陷阱理论和实验验证

基于聚合物电老化陷阱理论和自由基反应动力学,推导出聚合物在电热联合老化条件下的寿命公式,并通过对聚丙烯薄膜的电热联合老化寿命数据和聚乙烯不同温度下电树枝起始电压数据的统计分析,理论公式得到了实验验证。     

聚合物绝缘电热聚合老化的陷阱理论和实验验证

基于聚合物电老化陷阱理论和自由基反应动力学,推导出聚合物在电热联合老化条件下的寿命公式,并通过对聚丙烯薄膜的电热联合老化寿命数据和聚乙烯不同温度下电树枝起始电压数据的统计分析,理论公式得到了实验验证。     

基于GARCH模型的IGBT寿命预测

绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)在新能源并网、电力传输等领域中得到了广泛应用,其可靠性引起了人们关注和重视。针对IGBT模块的可靠性分析和剩余使用寿命问题,文中提出一种利用加速老化数据对IGBT模块老化模型建立方法,并利用建立的老化模型对IGBT模块的剩余使用寿命进行预测。首先介绍IGBT的失效机理,结合现有的加速老化数据,确定的以集电极-发射极通态压降作为剩余使用寿命预测依据。建立基于GARCH模型的IGBT老化寿命模型,通过3组IGBT模块加速老化数据对剩余寿命预测,验证所提方法的有效性。     

P91钢蠕变-疲劳交互作用应变特征与寿命预测

对电厂用关键材料P91钢在546℃下进行应力控制的蠕变疲劳交互作用研究,分别对滞回线,全应变范围,平均应变和非弹性应变进行分析和讨论。基于应力控制蠕变-疲劳交互实验特点,考虑了上下保载时间对寿命的影响,采用改进型的频率修正法对P91钢进行寿命预测。研究结果表明:应力控制下的蠕变-疲劳交互作用,使P91钢呈现兼有循环蠕变与静蠕变的失效形式,随着循环数的增加,滞回线向右移动:非弹性应变影响了蠕变-疲劳交互寿命,其增长速率随着材料寿命的减小而增大。寿命预测结果与试验结果吻合较好,95%的数据点落于2倍误差带范围之内。研究结果为P91钢蠕变疲劳寿命预测提供了理论和实验基础。     

风力发电机用云母带和复合材料高频电老化性能研究

本文对复合材料在不同影响因素下进行高频电老化试验研究,探讨不同影响因素对高频电老化寿命的影响;并对不同风电用云母带及复合材料在重复脉电压下进行电老化寿命评估。结果表明:高频电老化寿命受不同因素的影响较大;相同试验条件下,耐电晕聚酰亚胺薄膜少胶粉云母带、聚酰亚胺薄膜少胶粉云母带、聚酯薄膜少胶粉云母带的耐高频电老化寿命顺序降低,复合材料浸胶NHN、浸胶NMN、浸胶TFT、NHN、NMN、TFT的耐高频电老化寿命也顺序降低。     

不同绝缘材料制作的高压电缆附件的寿命评估

介绍了一种基于材料电热老化试验后电气绝缘强度劣化程度的测定来评估利用该种绝缘材料制造的电缆附件的设计使用寿命的评估方法,介绍了目前电缆附件寿命评估的现状、电缆附件老化的主要因素、老化条件的确定和试验设备及结果计算等内容。     

基于Crine模型和逐步升压法的交联聚乙烯及其纳米复合材料老化寿命研究

本文利用逐步升压法系统测量了交联聚乙烯(XLPE)及其纳米复合材料在不同温度下的耐压特性.提出了一种计算Crine模型关键参数的新方法,并基于逐步升压法的试验结果,计算了XLPE及其纳米复合材料在不同温度下老化的活化能和电荷加速距离.结果表明:随着温度的升高,两种材料的特征击穿时间均降低.在相同温度和时间步长下,XLPE纳米复合材料的特征击穿电压和特征击穿时间均高于XLPE,在高压下XLPE纳米复合材料比XLPE拥有更长的老化寿命.两种材料的老化活化能和电荷加速距离均随温度的升高而增大;在相同温度下XLPE纳米复合材料的老化活化能和电荷加速距离均小于XLPE.利用Crine模型的活化能和电荷加速距离比反幂模型或指数模型的老化寿命指数能更加直观地反映出绝缘材料的耐老化性能.     

石墨烯/金属氧化物复合电极材料最佳制备条件选取研究

以金属氧化物和氧化石墨烯为原料,采用水热法,通过正交实验选取不同的金属氧化物在不同的实验条件下制备复合电极材料。通过对复合材料的恒流充放电测试和交流阻抗测试以及对电化学数据进行Origin拟合分析,以电极比电容和Nyquist图中低频直线的斜率为实验评价指标,对实验数据进行对比分析,确定石墨烯/金属氧化物复合材料的最佳制备条件为:金属氧化物MnO2,金属氧化物与氧化石墨烯质量比1:1,水热温度160 ℃,水热时间10 h。该研究为水热法制备石墨烯/金属氧化物复合电极材料提供一条参考路径。     

大型发电机定子线棒主绝缘复合材料多工况老化特性研究

针对发电机定子线棒主绝缘复合材料的热/氧老化行为,本文分别开展了纯热与热氧环境下的人工加速模拟老化实验及测试分析研究.研究表明,老化过程中氧气的参与加速了由高温引起的自由基反应机理的老化降解反应,在老化过程中产生大量自由基,破坏分子链网络结构,且氧气的参与加速了热氧老化中自由基含量的快速下降,加重了材料的老化程度.随老化的进行,不同相态结构之间的相互作用力下降,在表层产生大量的碎片化错层结构.本研究对大型发电机绝缘系统的寿命评估提供了材料演变的基础数据,促进了评估精确性的提高.