直流预压幅值及时间对XLPE中接地电树枝引发特性的影响

为了研究直流预压对交联聚乙烯中直流接地电树枝引发特性的影响,在不同预压时间下进行了不同电压的直流接地电树枝试验。结果表明:直流接地电树枝的长度随着预压幅值的增加而增大,并且具有明显的极性效应。当直流预压幅值较低时,接地电树枝的长度随预压时间的增加变化较小;当预压幅值远高于接地电树枝的引发电压时,接地电树枝的长度随预压时间增加而显著增加;负极性接地电树枝的长度远大于正极性接地电树枝,且生长分散性更大。     

极性反转条件下基于双极性载流子-离子混合输运模型的XLPE空间电荷特性研究

直流电缆在运行时需承受极性反转的电压,这会使得绝缘内部积累的空间电荷增加,进而可能引起绝缘破坏。同时在绝缘材料实际生产过程中引入的交联副产物等杂质解离产生的离子电荷会加剧电荷的积累。因此本文对传统双极性载流子输运模型进行改进,考虑杂质带电离子的影响,利用改进后的输运模型模拟交联聚乙烯（XLPE）内部空间电荷在电压极性反转期间的分布,研究极性反转时间和电场强度对电荷分布的影响机理。结果表明：在满足电压反转前后空间电荷分布基本呈镜像分布的基础上,引入离子电荷会增大两电极附近稳态时积聚的异极性电荷量;电压反转时间越长,两电极处的界面电荷峰值下降的越多,两电极附近的空间电荷变成相反极性的电荷量也越多,即反转完成时电荷分布更接近于反转稳定后的情况;在相同极性反转时间、不同电场强度下,电荷分布规律基本相同,场强越高,各处积累的电荷量越多。     

直流预压时间对直流叠加冲击电压下XLPE中电树枝引发特性的影响

为探究直流预压时间对直流叠加冲击电压下电树枝引发特性的影响,在幅值为0、±10kV预压时间为1、10、60、180 min的直流偏置电压下分别叠加±50 kV的雷电冲击电压.此外,利用双极性载流子输运模型对复合电压下针尖附近空间电荷及电场分布进行了仿真分析.试验及仿真结果指出,随着直流电压作用时间的增加,复合电压下的电...     

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。     

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。     

交联聚乙烯试样中空间电荷输运特性的数值模拟

挤塑型交联聚乙烯(XLPE)高压直流电缆绝缘中空间电荷的积聚会造成局部场强畸变,导致材料的绝缘性能下降。电缆内导体的热效应在绝缘层产生的温度梯度会进一步影响电荷行为,纳米颗粒改性是抑制空间电荷的一种有效措施,但抑制作用具体如何实现,尤其是对于微观层面载流子输运过程的影响规律还需深入分析。试样内空间电荷的数值仿真可以探究各种微观粒子之间的相互作用和演化过程,因此文中基于载流子抽出受限的双极性电荷输运模型,对温度梯度下的电荷行为,深陷阱与浅陷阱对于载流子迁移过程的影响进行了研究。结果表明：低温侧会因抽出受限而积聚异极性电荷,深陷阱会限制载流子输运且深陷阱作用存在瓶颈,随着迁移率增大,电荷分布由同极性变为异极性分布,当迁移率足够大时,异极性电荷不再增长甚至开始降低。     

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。     

电压稳定剂对XLPE空间电荷特性的影响研究

为研究直流电压下电压稳定剂对交联聚乙烯（XLPE）绝缘特性的影响规律,本文选取蒽醌（EK）作为电压稳定剂,通过物理共混制备含不同质量分数EK的XLPE复合材料。结合差示扫描量热分析（DSC）以及表面电位衰减、空间电荷和电导电流等测试,分析不同含量EK对XLPE直流绝缘特性的影响规律。结果表明：随着EK质量分数的增加,XLPE复合材料空间电荷积聚量、空间电荷注入深度、最大畸变场强和电导率均呈现先减小后增大的趋势。分析认为EK会改变XLPE内部陷阱分布特性,当EK质量分数不超过1%时,引入深陷阱为主。深陷阱的引入有利于均匀化电场,减少空间电荷积聚,抑制载流子迁移,进而减小直流电导率。当EK质量分数为1%时,对XLPE绝缘性能的提升效果最好。     

直流交联聚乙烯绝缘中空间电荷的形成机理

从聚合物绝缘的分子形态结构叙述电荷陷阱的本质,根据聚合物电导特点说明电荷的入陷和脱陷过程,从空间电荷不同来源阐明空间电荷的形成机理。讨论分析了空间电荷对电场分布的影响。     

不同温度下高压直流电缆纳米复合绝缘中的周期性直流接地电树枝特性

该文自主研发了一种以交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)为基体,添加0.5 wt%纳米Mg O颗粒的新型高压直流电缆绝缘材料。为研究不同温度下该材料中直流接地电树枝特性及其影响因素,对该材料和某商用级XLPE高压直流电缆绝缘材料进行了20～80℃下不同极性不同电压幅值的周期性直流接地电树枝实验。结果表明:电子比空穴更易注入,且在材料中拥有更大的平均自由程,因此负极性下电树枝比正极性下更易引发,且生长更为分散;纳米Mg O的添加增加了材料中的陷阱密度,减弱了电荷注入,故纳米Mg O/XLPE绝缘材料表现出更好的抗电树枝化性能;温度升高增强了电荷注入与脱陷,提高了电子平均自由程与电荷分布均匀度,使电树枝更容易引发和生长,且形态更加茂密。由此可见,电压极性与温度的改变,以及纳米Mg O的添加均会对材料中的周期性直流接地电树枝的引发与生长产生影响。     

绝缘纸中空间电荷效应的模拟研究

为明晰空间电荷对油纸绝缘纸板中电场强度的畸变效应、纸板老化状态与空间电荷的作用机制,采用双极性载流子输运模型,对不同老化状态的绝缘纸板中的空间电荷特性进行数值模拟。对于同一老化状态下的绝缘纸板施加直流电压时,纸板中会出现同极性电荷积聚现象,且正极性电荷的分布范围较负极性显著变窄;随着加压时间的增加,纸板中的电场畸变率呈增大趋势。当绝缘纸板老化程度加深时,其陷阱密度和深度均会增加,致使空间电荷在纸板的近电极侧大量积聚,进而削弱纸板和电极边界处的电场强度,加剧纸板内部的场强畸变;且绝缘纸板老化愈严重,空间电荷对电场的畸变作用愈突出,使得绝缘纸板加速老化,容易诱发绝缘击穿故障。研究结果可为变压器油纸绝缘设计提供参考。     

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处理时间差距不大,而内层的等效热处理时间约为中层的581倍;电缆主绝缘各层的直流电气强度和化学性能变化不大;由于各层等效热处理时间不同,绝缘内层的杂质、极性小分子等物质持续不断地从内层扩散到中层,使中层异极性空间电荷显著聚集。     

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。     

30 kV直流XLPE电缆电场及温度场的仿真计算

根据电流场和静电场理论,分析了在计算电缆绝缘层电场分布时必须同时考虑电导率和空间电荷的影响。为计算直流交联聚乙烯（XLPE）电缆绝缘层径向电场及温度场分布,应用多物理场有限元仿真软件COMSOL模拟实际运行工况,解决了电热耦合场场量的计算。仿真计算时,电导率模型采用的是最适合XLPE绝缘材料的经验公式;设计阶段的空间电荷数据是采用电声脉冲（PEA）技术测量绝缘样品而得到。仿真计算结果表明,设计的30kV直流XLPE电缆是满足设计和实际运行要求的。     

320kV交联聚乙烯直流电缆用国产基料选型研究

目前,320 kV交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)直流电缆是已投运的最高电压等级的柔性直流电缆。XLPE高压直流电缆是柔性直流输电系统的核心设备,将XLPE高压直流电缆绝缘基料国产化具有重要意义。该文测量与评估了多种国内知名厂家生产的绝缘基料的直流击穿电场强度、空间电荷特性与直流电导率,对比国外超净基料、绝缘材料(超净基料+2%交联剂)对应电性能指标,优选出了两种国产基料,确定了320kV XLPE直流电缆绝缘料用基料国产化的可行性。最后,详细研究了国产基料直流电导率参数,确定了适合于国产基料的电导率拟合函数。     

我国发展直流海底电力电缆的前景

例举世界重要的海底电缆工程,表明其中大部分为直流海底电缆工程.叙述直流输电特点,着重以不同类型的直流和交流海缆载流量计算,证明直流海底电缆在输电容量、输电损耗和电缆线路长度限制方面显著优于交流海底电缆.肯定了我国发展直流海底电缆的必要性.有些运行条件下直流海底电缆会是优先的方案,甚至是唯一的选择.提出以发展直流交联聚乙烯(XLPE)海底电缆作为主要目标,并在比较不同类型海缆绝缘中的空间电荷对电场分布和电气绝缘性能影响和深入研究空间电荷积聚、抑制和移去机理基础上,积极研发抑制空间电荷积聚的XLPE绝缘料,作为关键技术突破,用于开发直流XLPE绝缘海底电缆,推进我国直流海底电力电缆的技术发展.     

直流电场下聚合物空间电荷分布的极性效应

挤压型高压电缆用聚合物材料在直流电场作用下,空间电荷的分布具有极性效应。为了揭示引起极性效应的物理机制,该文引入双极电荷传输模型,考虑了双极性电荷的复合、俘获、脱陷等传输过程以及电极表面电荷的注入。通过参数化分析,辨别影响阴极和阳极空间电荷与电场非对称分布的主要物理参数。然后利用该模型仿真了均匀直流电场下聚丙烯空间电荷和电场分布,并与实验结果进行了比较。结果表明:聚丙烯空间电荷的非对称分布主要由迁移率和脱阱势垒决定,聚丙烯电场的非对称分布主要由迁移率和注入势垒决定,可为聚合物材料的调控提供理论依据。     

高压直流交联聚乙烯电缆应用与研究进展

电树枝是交联聚乙烯(XLPE)高压直流电缆的典型缺陷,有效检测电树枝对电缆绝缘状态评估至关重要。为此对含有电树枝的XLPE针-板绝缘试样进行直流局部放电实验,分析不同阶段下的局部放电特性以及电压参数对放电特性的影响。实验发现：含电树枝的试样在降压过程中会出现局部放电现象,不含电树枝的试样则不会放电;降压过程中的放电具有良好的重复性,对电树枝尺寸无明显影响,且放电脉冲极性与恒压阶段的相反。该实验现象表明利用降压阶段的局部放电检测,可为高压直流电缆电树枝的评估提供一种有益的尝试。此外,实验表明多次局部放电可能导致通道电导率增加,放电熄灭电压增大。不同电压参数下的降压阶段实验结果表明：更高的直流电压,合适的降压速率可以增加放电次数;针电极为负极性时平均放电量更高;恒压时长对放电特性没有显著影响。采用数值仿真分析了降压前后绝缘区域的电场分布,结果表明降压前期,泊松电场的衰减速率低于外施电场的衰减速率,使得针尖附近形成场强较高的反向电场,从而导致降压过程中的局部放电。