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。     

高压直流电缆用交联聚乙烯绝缘材料交联特性及机理

高压直流电缆绝缘材料的交联特性直接影响电缆的运行温度和空间电荷特性,因而主要通过凝胶质量分数、流变行为和热延伸测试分别分析了北欧化工(试样1)和陶氏化学(试样2)生产的2种新型高压直流电缆用XLPE材料交联特性的差异,并研究了交联效应对材料空间电荷性能和热力学性能的影响。结果表明:试样2在低交联剂添加量的情况下保证了较高的交联度,耐热性较好。对比2种材料的空间电荷特性,发现试样1两电极附近的同极性注入较明显,而试样2内部的电荷注入较深。在低场强下,试样2内部积累的电荷量较少;而随着场强的增加,试样2内部积累的正电荷量变大,且电荷衰减速率较慢。此外,从XLPE的分子结构和结晶形态对2种材料的交联机理进行了探讨,研究结果为未来如何通过降低交联剂含量开发国产化高压直流电缆XLPE材料提供了新思路。     

直流下交联聚乙烯电缆局部放电的试验特性研究

为研究直流电压下交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)电缆绝缘局部放电特性,搭建了一套XLPE电缆直流局部放电试验及检测系统,使用直流局放仪和高频电流法(high frequency current method,HFCT)检测。使用YJV 120mm2单芯电缆设计并制作了绝缘内部气隙、主绝缘表面划伤、高压端毛刺电晕、半导电层爬电4类绝缘缺陷模型,并使用Comsol Multi-physics软件仿真了不同缺陷模型的电场分布特性。使用恒压法试验,绘制了时间分辨局放图谱(time-resolved partial discharge,TRPD)记录放电发展过程,并基于统计特征绘制了H(Q,Δt)图谱和4类典型指纹图谱。综合分析试验和仿真研究结果表明:1)电晕缺陷模型电场畸变最严重,气隙缺陷次之;2)划伤缺陷和爬电缺陷的放电起始电压明显高于另外两者;3)4类缺陷模型的起始放电阶段和稳定发展阶段均存在差异,划伤缺陷起始放电量很大,并存在两个较明显的放电水平,气隙和电晕缺陷起始阶段放电量和放电重率均随时间递增;4)不同类型放电的H(Q,Δt)图谱差异较明显,指纹图谱随机性较大,其中电晕缺陷的指纹图谱线性规律最明显。     

交联聚乙烯直流电缆料高温空间电荷行为特性

为研究进口交联聚乙烯(XLPE)直流电缆料高温空间电荷行为,开展了XLPE试样脱气前后的直流电导、介电和高温下空间电荷稳态暂态过程试验。结果表明:未脱气XLPE的电导电流和介质损耗均大于脱气XLPE;在-30 MV/m下脱气前后XLPE内部均为负极性电荷积聚,且在30℃和70℃下电场畸变率不超过25%;70℃、-100 MV/m下极化初始2 s的快速测量发现,脱气XLPE出现正空间电荷包的快速迁移,而-150 MV/m下则出现了负空间电荷包的注入与迁移,正、负空间电荷包的运动过程均遵循负微分迁移率。分析认为:脱气处理降低了XLPE交联副产物的含量,减少了离子电离,从而减小了低频区的电导率;在-30 k V/mm时,试样内部积聚的少量负电荷主要由交联副产物及杂质电离所产生,随着场强的提高,开始出现由电极注入的正电荷且杂质离子产生的速率要高于正电荷的注入速率;70℃、-150 MV/m下极化初始阶段,正电荷快速迁移至阴极附近,致使阴极附近电场严重畸变(畸变率最大达61.5%),导致阴极大量注入负电荷并在试样内部形成负空间电荷包。     

直流交联聚乙烯电缆泄漏电流试验特性研究

为研究直流电压下交联聚乙烯(XLPE)电缆出现绝缘缺陷时的泄漏电流特性,模拟高压XLPE电缆常见缺陷,设计并制作了主绝缘外表面划伤、高压端导体毛刺、绝缘内部气隙和外半导电层残留四类典型绝缘缺陷模型,仿真研究了不同缺陷下的电场与电导率分布特性。采用阶梯升压法在直流电压下进行泄漏电流试验,讨论了稳态泄漏电流与电压关系,并对泄漏电流-时间曲线进行波形分析。仿真及试验结果表明:导体毛刺缺陷电场与电导率畸变最严重,绝缘表面划伤缺陷与绝缘内部气隙缺陷畸变程度次之;导体毛刺缺陷泄漏电流增长速度随电压升高明显加快;泄漏电流波动程度随电压升高而增大,但电压升至一定程度后绝缘表面划伤缺陷和导体毛刺缺陷的泄漏电流波动有所减小;不同类型缺陷的各频带小波包系数能量存在差异。     

脱气对525kV交联聚乙烯绝缘直流电缆空间电荷特性的影响

为研究脱气对525 kV高压直流交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘中空间电荷分布的影响,分别从脱气和未脱气的XLPE电缆绝缘外、中、内层切取样品,基于电声脉冲法测试了样品内空间电荷的分布情况,并计算了样品内电场畸变率和电荷体密度衰减率.结果表明,电缆绝缘内交联副产物残留量随着脱气时间的增长,由内层向外层依次降低,脱气30 ...     

温度梯度影响高压直流电缆用交联聚乙烯中空间电荷分布的作用机理

实验结果显示温度梯度会加剧交联聚乙烯(XLPE)低温侧的异极性电荷积聚,而在高温侧仅形成少量的同极性电荷。针对这一问题,分别基于杂质电离和注入载流子抽出受限这2种理论,探讨了温度梯度影响XLPE中空间电荷分布的机理,并指出介质内部存在的温度梯度可以通过影响载流子的迁移率来影响空间电荷分布,而两侧电极上的温度差会通过影响两侧载流子的注入和抽出来影响整体空间电荷的分布。为了验证以上推论,测量了不同厚度的试样在不同温度条件下的空间电荷分布,结果显示:在相同温度差和不同温度梯度下,薄试样中会积聚更多的异极性电荷,由此验证了介质内部的温度梯度可以促进低温侧异极性电荷的积聚;在相同温度梯度和不同温度差下,厚试样中会积聚更多的异极性电荷,由此验证了两电极间的温度差可以促进低温侧异极性电荷的积聚。     

交联聚乙烯挤出绝缘高压直流电缆全工况运行考核及温度梯度下空间电荷测量

为深入研究分析不同运行负荷条件下交联聚乙烯(XLPE)挤出绝缘高压直流电缆绝缘层温度梯度对空间电荷和电场分布的影响,综述了现有直流电缆试验标准及评估方法,并介绍了高压直流电缆全工况运行考核控制系统和全尺寸电缆空间电荷测量系统的研制过程,以及均匀温度和不同绝缘层温差条件下某高压直流电缆及附件样品考核试验和空间电荷测量结果。该系统电缆绝缘层内外最大试验温度差为40℃,可以实现对绝缘厚度达16 mm的高压直流电缆在运行工况下进行空间电荷测量。在控制绝缘层温度梯度条件下,靠近温度较低的外半导电层处异性电荷聚集明显,且随绝缘层温差增大电荷密度大幅增加,低温区界面电场畸变严重。在绝缘层温度差为40℃时,低温区界面场强达到均匀温度条件下平均场强的1倍。     

高压直流交联聚乙烯电缆应用与研究进展

近20年来,交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆因其重量轻、工作温度高、输送功率大等优点而在高压直流(HVDC)输电工程中得到广泛应用与发展。直流电缆及其附件绝缘长期处于直流电场作用下,存在严重的空间电荷积聚问题。为此,综合国内外研究论述了极性反转电压和温度梯度场对直流电缆绝缘介质空间电荷特性的影响规律,分析了直流电缆附件双层介质界面电荷的分布规律及抑制方法,最后展望了免交联绝缘直流电缆的发展趋势。研究结果表明:极性反转后的外施电场与空间电荷感应电场发生叠加,加剧了绝缘介质内部电场畸变;温度梯度场加速了高温侧空间电荷的注入和输运过程,导致空间电荷在绝缘介质低温侧积聚;电缆主绝缘与附件增强绝缘间的电导不连续性导致其界面处产生电荷积聚,而通过在主绝缘与增强绝缘间增加非线性控制层可以有效抑制界面电荷;热塑性电缆绝缘材料具有免交联和可回收的优点,是未来直流电缆绝缘的发展方向之一。这些研究结果的总结和概述可以为解决直流电缆及其附件绝缘的空间电荷积聚问题提供参考。     

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。

     

高压直流交联聚乙烯电缆运行与研究现状

随着经济持续快速发展,世界各国电力能源需求快速增长,高压直流输电已经成为未来"智能电网"中的重要支撑。高压直流交联聚乙烯电缆作为构建直流电网的物理基础和关键设备,是直流电网研究与建设的重要基础。本文在总结直流电缆发展过程的基础上,对高压直流交联聚乙烯电缆的应用与运行现状进行了综述。针对交联聚乙烯电缆在运行中面临的空间电荷问题,综述了交联聚乙烯绝缘与电缆附件绝缘的研究现状与研究动态。     

交联聚乙烯绝缘高压直流电缆电场分布计算

为设计交联聚乙烯(XLPE)绝缘高压直流电缆的结构,在实验基础上总结出进口高压直流电缆XLPE绝缘材料的电导特性方程,利用COMSOL Multiphysics软件通过电场和热场耦合仿真计算了电缆在不同负荷下的电场分布。研究表明,在电场强度较低和较高时,进口高压直流电缆XLPE绝缘材料的电导率随温度变化明显,电场强度变化几乎不对其产生影响;在某一电场强度范围内,温度和电场强度的改变均会使XLPE的电导率发生明显变化,该场强范围随温度而变化;所设计高压直流电缆在两种敷设环境下100%负荷时电场分布均匀;在电缆传输电流较大时,电缆XLPE绝缘内的温度梯度增大,电缆绝缘外表面处电场强度最大。基于有限元法的多物理场耦合仿真计算是研究XLPE绝缘高压直流电缆电场分布的有效手段。     

交联聚乙烯电缆中空间电荷的研究现状

在电力系统中,交联聚乙烯绝缘因其优良的介电和耐热性能已被广泛应用于高压和超高压塑料绝缘电力电缆中。但在直流电场作用下,绝缘中容易形成空间电荷,空间电荷会使电场分布发生畸变,加速了绝缘老化,降低电缆使用寿命。总结了空间电荷在聚合物特别是聚乙烯电缆绝缘材料老化中的研究现状,概述了近20 a国内外在聚乙烯材料中抑制同极性和异极性空间电荷产生的方法,最后从工程实际应用出发,简要介绍了从空间电荷角度诊断交联聚乙烯电缆中电介质老化的方法及现状。     

方波电压下交联聚乙烯中的空间电荷特性

空间电荷现象在电气绝缘破坏中起着重要作用,但多年以来对空间电荷的研究主要集中于直流电压下,而针对方波电压下空间电荷的研究较少.为此对传统的电声脉冲法(pulsed electro-acoustic method,PEA)进行改进,可以同时向试样施加可调相位差的方波电压和脉冲电压,并利用该装置研究了不同波形参数(波形、极...     

交联聚乙烯高压直流电缆的研究现状与发展

介绍了高压直流电缆的发展历史、运行中存在的问题以及目前国内外对交联聚乙烯(XLPE)高压直流电缆的研究现状,提出了国内发展XLPE高压直流电缆的建议。     

交联聚乙烯高压电缆现场试验方法研究

通过对实际使用110kV交联聚乙烯（XLPE）电力电缆进行工频1.7U0持续时间5min,1h,U0持续时间24h，带50％，90％额定电流5h后施加U0和直流3U0持续时间15min等6种试验电压平行比对试验，研究探讨了判别10kVXLPE电力电缆安装，敷设故障隐患的试验方法。试验结果表明：工频1．7U0持续时间5min能够有效地发现110kV XLPE电力电缆安装质量缺陷；工频U0持续时间24h和直流3U0持续时间15min试验不能有效发现110kV XLPE安装质量缺陷。变频谐振试验是一种较好的试验方法。     

交联聚乙烯高压电缆现场试验方法研究

通过对实际使用110 kV交联聚乙烯(XLPE)电力电缆进行工频1.7U0持续时间5 min、1h、U0持续时间24 h,带50%、90%额定电流5 h后施加U0和直流3U0持续时间15 min等6种试验电压平行比对试验,研究探讨了判别110 kV XLPE电力电缆安装、敷设故障隐患的试验方法.试验结果表明工频1.7U0持续时间5 min能够有效地发现110 kV XLPE电力电缆安装质量缺陷;工频U0持续时间24 h和直流3U0持续时间15 min试验不能有效发现110 kV XLPE安装质量缺陷.变频谐振试验是一种较好的试验方法.     

交联聚乙烯电缆直流水树的试验研究

用直流电源试验研究交联聚乙烯电缆直流水树放电特性,对于进一步探讨水树放电机理以及研究XLPE用于直流电缆的运行可靠性具有重要的参考意义。作者进行的直流水树引发和成长的培养与相同条件下进行的交流水树培养的过程相对照,发现直流水树比交流水树难以引发(这里提出的水树都指电缆中气隙引发的蝶结水树),不仅如此,引发直流水树的形态和交流水树形态不同,可以明显区别叠加在原交流水树附近引发出的直流水树;染色后     

高压交联聚乙烯电缆绝缘劣化试验分析

为掌握运行多年的交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘劣化状况及出现劣化的原因,采用热重法、红外光谱、机械强度试验分析了退运的14条110 kV和220 kV XLPE电缆绝缘。研究了电缆绝缘材料的热稳定性、物质成分及机械性能与电缆绝缘劣化的对应关系,并分析了14条退运电缆历史运行数据。结果表明,14条退运电缆中,有4条电缆绝缘出现了劣化,而这些电缆都经受过穿越故障电流或外部高温;起始分解温度、羰基指数、断裂能对表征XLPE电缆绝缘的劣化状况有很好的一致性,当绝缘出现劣化时,其起始分解温度降低、羰基指数升高、断裂能减小;交联电缆经受大的故障电流冲击或外部高温,都会加快绝缘的劣化。     

高压直流塑料电缆绝缘用纳米改性交联聚乙烯中的空间电荷特性

为发展国产高压直流(HVDC)塑料电缆绝缘材料,削弱直流电缆运行中温度梯度效应对电缆绝缘中电场强度的畸变,针对国产纯交联聚乙烯(XLPE)、自行研发的纳米改性XLPE以及从国外进口的高压直流用XLPE等3种材料的试样进行了研究。利用电声脉冲(PEA)法和电阻率测量系统,测量了3种XLPE试样在室温、高温及温度梯度等3种温度条件下的空间电荷特性和电阻率特性。研究结果表明:在室温、高温及温度梯度等3种温度条件下,纳米改性XLPE试样在加压过程中的体内积聚电荷量最少、短路后残余电荷量较少;随着温度升高,3种XLPE试样的体积电阻率均呈下降趋势,但自行研发的纳米改性XLPE试样的体积电阻率在测试的高低温范围内始终最高,且比纯XLPE试样高出约1个数量级。因此认为在所测试的3种XLPE试样中,自行研发的纳米改性XLPE材料在测试温度范围内能最好地抑制空间电荷,拥有最高的体积电阻率。