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。     

直流XLPE电缆绝缘中空间电荷的抑制方法综述

交联聚乙烯(XLPE)因其优异的介电、理化性能而被广泛应用于电缆绝缘领域。在电缆的服役过程中,电缆绝缘内部会积聚空间电荷,严重时可引发电场畸变,导致电缆击穿事故发生。对于直流XLPE电缆,空间电荷的积聚及影响更加不容忽视。针对直流XLPE电缆绝缘中产生的空间电荷积聚效应,目前学界主要采用共混改性、聚合物链段接枝极性基团、纳米掺杂改性及制备高纯净绝缘料等方法来进行控制,改性后的直流XLPE电缆绝缘对空间电荷产生的抑制效果均有所提升。文中首先对上述直流XLPE电缆绝缘中空间电荷的抑制方法进行综述,介绍其抑制原理以及相应的抑制效果,然后对比总结不同抑制空间电荷方法的优缺点,最后对未来直流XLPE电缆绝缘中空间电荷抑制方法的研究发展作出展望。     

热老化对挤塑绝缘XLPE直流电缆空间电荷特性的影响

对国产200 k V挤塑绝缘交联聚乙烯直流电缆进行切片热老化研究,通过空间电荷测试分析热老化对电缆空间电荷特性的影响。试验结果表明:未热老化试样表面靠近电极区域出现大量异极性空间电荷,导致试样内部电场发生严重畸变。这些异极性空间电荷主要源于电缆制造过程中的交联副产物,因制造过程中脱气不充分而残留在电缆绝缘内部。热老化初期,试样表面区域的异极性空间电荷快速消失,这可能是由于热老化过程中的高温加速了交联副产物的释放,降低了异极性空间电荷量,试样内部的电场畸变得到有效抑制。热老化后,试样表面区域的空间电荷由异极性电荷转变为同极性电荷,且同极性空间电荷量大致随热老化时间的增加而缓慢增加,表明XLPE材料经历了较缓慢的老化过程。     

直流电场和热处理对XLPE电缆中空间电荷的影响

聚合物电缆绝缘层空间电荷的存在和累积是有害的，然而关于介质中空间电荷的形成和消除的机理等一些重要的问题还未解决。利用电声脉冲法（PEA）研究了直流电场和热处理作用下XLPE电缆中的空间电荷。电缆绝缘中原先由于施加直流电压而形成的空间电荷，经过热处理后消失；如果再施加电场于绝缘层，空间电荷又重新出现。然而电缆在真空状态下加热和脱气较长时间后，无论施加直流电压多长时间，电缆中没有空间电荷产生。同时还讨论了在电场和热应力作用下空间电荷产生和消除的机理。     

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。     

高压直流XLPE电缆冷热循环下的空间电荷特性研究

同轴型电缆空间电荷测试系统是研究塑料电缆空间电荷特性的重要工具。根据国际大电网WG21-01组推荐的高压直流塑料电缆型式试验方法——24 h负荷冷热循环(8 h加热周期和16 h冷却周期),对三种不同绝缘材料所构成模拟小电缆的空间电荷分布进行了实时测量。通过比较三种电缆在24 h冷热循环周期中空间电荷积聚的量化指标——平均电荷密度,得出高压直流XLPE电缆对温度变化应具有良好的"响应"且24 h负荷冷热循环前后空间电荷的积聚量应保持不变,为今后高压直流塑料电缆的研究指明了方向。     

预交联对XLPE直流电缆料空间电荷特性的影响

在交联聚乙烯（XLPE）电缆料的挤出过程中,当局部挤出温度高于交联剂的分解温度时,交联剂会提前热分解,从而导致材料发生低程度的预交联。为研究预交联对XLPE直流电缆料空间电荷特性的影响,本文在对XLPE直流电缆料进行高温交联前,先在不同温度（140、150、160℃）下进行低程度的预交联处理。通过X射线衍射、差示扫描量热分析和交联度测试等手段表征聚集态结构,并开展不同温度下的空间电荷特性研究。结果表明：预交联会阻碍XLPE高温交联过程的正常进行,导致其交联度与结晶度均有不同程度的下降。不完善的交联结构使得预交联XLPE试样内积累了大量由电极注入的同极性电荷,同时试样内残留的较多杂质分子还会随着温度的升高解离产生大量异极性电荷,导致电场畸变严重。结晶度的下降同时还造成试样内部晶区与无定形区界面处陷阱密度和深度的增加,限制了电荷的迁移和脱陷过程。     

交流XLPE电缆改为直流运行时空间电荷积累特性仿真

将交流电缆线路改为直流运行可以充分利用原有输电线路走廊,最大限度地发挥原有输电线路的输送能力。为研究交流交链聚乙烯(XLPE)电缆在直流电压下的电场分布和空间电荷积累特性,应用COMSOL多物理场仿真软件,模拟了温差为25℃及45℃时电缆绝缘层中的温度场,并基于绝缘试片电导率数学模型,研究了66 kV电压等级交流XLPE电缆在直流电压下的电场分布和空间电荷积累特性。计算结果表明:电缆绝缘层的电场分布和空间电荷积累特性会明显受到温差的影响,当温差为45℃、加压时间为8 h时,低温侧空间电荷密度达0.15C/m~3,此时电场分布发生翻转现象,绝缘层外侧电场强度最大值为6.71 MV/m,该数值低于66 kV电压等级交流电缆绝缘层的电场强度设计值。仿真结果为66 kV电压等级电缆线路的交改直运行奠定了基础。     

预鉴定试验对直流电缆中空间电荷特性的影响

为研究预鉴定试验对直流交联聚乙烯(XLPE)电缆的影响,对国内自主研发的200 k V直流XLPE电缆进行了预鉴定试验,并采用傅里叶红外光谱测试(FTIR)、差示扫描量热法(DSC)、空间电荷测试等方法,分析了预鉴定试验前后电缆XLPE绝缘中层绝缘的状态变化。结果表明:预鉴定试验前后,电缆绝缘材料本征基团对应的特征吸收峰基本不变,熔融温度、结晶温度变化不大,电缆材料未发生明显老化。预鉴定试验前后,电缆绝缘中层切片试样均有明显的异极性空间电荷积累,30℃下预鉴定试验后试样短路过程中的平均体电荷密度明显大于预鉴定试验前的试样。预鉴定试验使电缆绝缘层内的交联副产物沿电缆径向由线芯侧向外侧扩散,使电缆绝缘中部的交联副产物含量增多。电缆绝缘中层切片经实验室脱气处理后,异极性空间电荷的积累量大幅下降,表明现有200 k V直流XLPE电缆经脱气处理后,仍留存大量的交联副产物,需要进一步改进生产过程中的脱气工艺。     

振荡波电压下XLPE电缆局部放电模式识别研究

振荡波电压法因其无损检测特性被广泛应用于局部放电检测中,而目前缺乏对振荡波电压下电缆故障类型的模式识别研究。为此,笔者根据常见的电缆缺陷类型,制作了4种10 kV交联聚乙烯电缆中间接头人工缺陷模型,对4种缺陷模型施加振荡波电压并测量局部放电信号;提出以局部放电信号正负半波统计算子作为模式识别的输入特征量,采用支持向量机分类器对4种典型电缆缺陷进行模式识别;并将识别结果与采用人工神经网络的模式识别结果进行对比,验证了该方法的有效性。结果表明:以局部放电信号正负半波统计算子作为特征量能很好地反映电缆局部放电信息;基于支持向量机的模式识别方法能有效识别出振荡波电压下各种缺陷局部放电模式,比传统的人工神经网络模式识别方法识别率更高、运行速度更快,具有很好的实际应用价值。     

交流配电XLPE电缆直流改造的拓扑结构和空间电荷研究综述

对国内外在交流配电XLPE(交联聚乙烯)电缆直流改造方面的研究进行了梳理和介绍。对于在直流电压下运行的交流XLPE电缆,绝缘中的空间电荷积累是其面临的主要问题,将电缆绝缘中的电场强度限制在空间电荷积累阈值场强以下时,可以忽略由于电极注入和杂质电离带来的空间电荷积累的影响。对于单回交流配电线路直流改造的拓扑结构,可考虑采用双极式接线方式;当其供电能力提升较小时,也可考虑采用单极或者三线双极式接线方式。     

热老化对XLPE电缆绝缘空间电荷分布特性的影响研究

对110 k V XLPE电缆绝缘进行100℃和160℃加速热老化实验,通过电声脉冲法(PEA)测量了不同热老化试样的空间电荷分布特性。结果表明:当XLPE试样中有抗氧化剂存在时,氧化反应被抑制,试样中没有出现明显的空间电荷积聚。当抗氧化剂被消耗完毕后,100℃热老化试样内部靠近电极附近出现了明显的异极性电荷积聚,160℃热老化试样内部靠近电极附近出现了大量的同极性电荷积聚,试样中间出现了明显的异极性电荷积聚。热老化试样中的异极性电荷主要来自于热老化产物在电场下电离产生的离子对,而160℃热老化试样内出现的同极性电荷来源于电极的注入。在相同的条件下,未老化试样和100℃热老化试样中并不能观察到明显的同极性电荷的存在,因此,160℃热老化可能会降低XLPE的空间电荷注入阈值场强。     

直流预压对针板电极下XLPE中空间电荷及电树枝的影响

空间电荷是影响高压直流电缆绝缘电树枝特性的主要原因之一.基于双极性载流子输运模型,对±20 kV、±22.5 kV和±25 kV直流预压下3600 s内二维针板电极模型空间电荷分布进行仿真分析,并对比分析空间电荷分布与直流接地电树枝引发特性.结果表明:空间电荷浓度及注入深度随预压幅值及时间的增加而增大;直流接地电树枝引...     

高压直流复合绝缘子空间电荷积聚的仿真

为了研究户外高压直流复合绝缘子空间电荷的积聚情况,笔者以实际运行中的绝缘子为研究对象,采用有限元分析软件COMSOL,对绝缘子空间电荷分布情况进行仿真研究。由于户外复合绝缘子易于受环境影响而导致表面电导率不均匀,文中引入了表面电流密度这一影响因素,从电磁场基本方程组出发,建立了计算模型。从仿真结果可知,在负极性电压作用下,复合绝缘子在伞裙护套交接处一定范围内电荷积聚量最大,且电荷极性与相邻电极极性一致;当阴极端第1个伞裙表面局部粘附污秽时,第1个伞裙上表层处空间电荷密度增大,下表层处空间电荷密度减小。     

型式试验对XLPE直流电缆绝缘性能的影响

取交联聚乙烯（XLPE）高压直流电缆主绝缘在径向内、中、外层3处切片,通过差示扫描量热法（DSC）对试样进行等效热历史建模,通过红外光谱（FTIR）、空间电荷、直流电气强度试验分析型式试验后电缆绝缘径向各处化学性能、电气性能的变化。结果表明：型式试验后,电缆主绝缘各层的等效热处理温度均约为70℃,绝缘中层和外层的等效热...     

直流叠加冲击电压下XLPE中空间电荷特性研究

高压交联聚乙烯（XLPE）直流电缆在工作状态下,会受到电力系统中由投切等操作引起的操作冲击电压的破坏,导致绝缘受到影响,而目前缺乏多次冲击累积效应引起空间电荷累积导致电缆绝缘劣化的相关研究。本文基于实验室已有的直流叠加冲击电压下的PEA法空间电荷测量系统,分别测量了直流电压、冲击电压、直流叠加冲击电压作用下XLPE电缆绝缘中的空间电荷特性。结果表明：正直流电压下XLPE体内以异极性电荷为主,负直流电压下SC电极上出现同极性负电荷的注入;连续的高幅值冲击电压作用会导致双电极上大量的同极性电荷注入,且负极性冲击下电荷注入量略多;当直流叠加冲击电压时,同极性叠加方式比异极性叠加方式更能促进双电极上同极性电荷的注入,而且冲击电压作用时间越长,XLPE试样内部积聚的电荷量越多。     

基于振荡波测试系统的XLPE电缆局部放电检测技术

介绍了一种基于振荡波理论的XLPE电力电缆局部放电测试系统的原理及应用现状,讨论了该测试系统在10kvXLPE电力电缆中的使用方法,并结合实际案例,分析了一起局部放电故障,论述了这种技术的有效性和实用性,为在10kV XLPE电力电缆局部放电检测的广泛应用提供了参考依据.     

基于有限元法对±320 kV直流XLPE电缆中间接头电场与空间电荷的仿真计算

电场、温度场及空间电荷分布是高压直流(HVDC)交联聚乙烯(XLPE)电缆中间接头设计优化的重要参数。为此,利用COMSOL仿真软件计算了组合预制式、整体预制式2种电缆中间接头的电场分布、温度场分布、以及空间电荷分布,并分析了不同类型电缆中间接头各自的特点,提出了选型建议;针对2种类型的电缆中间接头,研究了材料参数、结构尺寸等因素对其性能的影响。结果表明:相较于整体预制式电缆中间接头,组合预制式电缆中间接头拥有更好的应用前景;通过对材料参数以及尺寸的研究发现,当使用硅橡胶(SR)作为电缆附件主要绝缘材料且硅橡胶电导率与电缆本体绝缘XLPE电导率的比值k约为10时,绝缘界面上的电场、温度场和空间电荷分布最优;优化应力锥曲线曲率半径、压接管厚度、内屏蔽层厚度等尺寸均能改善电场分布,且尺寸变化所达到的优化效果不如材料改性的优化效果显著,但却更具针对性。因此高压直流电缆中间接头的设计应以材料研制为主,以尺寸修正为辅。     

谐振技术在XLPE电缆试验中的应用

随着“农网”改造工作的深入开展,XLPE电缆以其线损小,负荷能力强,受自然环境影响小等优点越来越被大量使用．根据新《规程》的要求,XLPE电缆只做交流试验．本文通过对变频技术的介绍,结合国内的应用,阐述在实际操作中应注意并掌握的知识,充分发挥仪器的智能作用,为XLPE电缆试验服务,提高工作效率。