交联聚乙烯电缆中水树枝诊断的研究现状

交联聚乙烯（XLPE）电缆因其具有优良的导电性、较好的耐热性和机械强度,自问世以来已广泛应用于输电线路和配电网中。然而,当电缆绝缘处于潮湿的环境中时,在电场的作用下会产生水树枝老化。随着水树枝的生长,电缆的绝缘性能下降并可能导致绝缘击穿,从而影响电网的安全运行。总结了交联聚乙烯电缆中水树枝老化的研究现状,概述了水树枝的产生机理及近年来水树枝老化的诊断方法,最后对各种诊断方法进行了简单比较。     

XLPE电缆水树的影响因素及防范措施

针对交联聚乙烯电缆的绝缘层在潮湿和电场的同时作用下会产生水树老化的问题,分析水树形成的机理和影响因素,并提出应采取的防范措施,认为开发和使用TR-XLPE绝缘电缆是今后电缆行业的主要发展方向.     

含水树枝的XLPE电力电缆损耗电流建模仿真计算

水树枝老化被认为是影响交联聚乙烯(XLPE)电力电缆绝缘性能最主要的原因。随着水树枝老化的加剧,XLPE电力电缆损耗电流波形会产生畸变,损耗电流三次谐波分量的相位和幅值会产生明显变化,因此损耗电流的监测可以用来诊断XLPE电缆水树枝老化。笔者基于半导体二极管的非线性特性,建立了XLPE电缆水树枝非线性模型,提出了一种损耗电流数值计算的方法。仿真计算的损耗电流波形与试验测得波形误差较小,建模仿真计算方法的正确性得到了验证。     

水树枝影响交联聚乙烯电缆绝缘可靠性的试验研究

水树枝生长速度较慢,主要影响聚烯烃绝缘电力电缆的寿命;电树枝生长速度较快,主要影响电缆的可靠性。在高频恒定电压(15k V、20k V)下研究交联聚乙烯电缆中水树枝的生长规律,发现聚烯烃绝缘中的水树枝或电树枝存在相互转化的可能性。试验结果表明:干燥的水树枝引发电树枝的几率最高,湿润水树枝引发电树枝的几率最低,水树枝会影响电缆绝缘的可靠性。     

XLPE电力电缆介质引发水树机理的研究

分析了 XL PE电力电缆介质水树枝劣化的机理 ,在Maxwell极化应力理论的基础上建立了水树力学模型 ,应用电场有限元数值计算方法分析 XL PE介质因局部电场畸变导致的劣化过程并通过试验证明 :XL PE介质在电场作用下内部水分凝结、热膨胀及介质电致伸缩等导致介质疲劳断裂形成微观裂纹而引发水树枝 ;水树枝由微观裂纹和凝结水组成且沿电场方向发展     

交联聚乙烯电缆水树枝修复技术研究

针对交联聚乙烯电缆水树枝老化的问题,介绍电缆水树枝形成和发展的过程,分析电缆水树枝修复技术的原理、修复液注入工艺和研究现状,提出该技术应用中需要解决的关键问题.     

交联聚乙烯电缆水树修复前后电缆微观结构的变化

针对XLPE电缆绝缘层水树区修复前后的微观结构变化,本文主要利用红外光谱检测技术(Fourier Transform Infrared Spectroscopy,FTIR)观测新样本、老化样本和修复样本分子结构的变化,并阐明其变化原因。老化样本的红外光谱检测结果显示老化样本中水树区甲基(—CH3)、羟基(—OH)基团含量增加,C=O键吸收峰强度加强。说明在电缆老化过程中,电缆XLPE绝缘层存在分子键断裂和氧化降解。而在修复样本的红外光谱中,发现甲基、羟基和C=O键吸收峰强度明显地减弱,C-Si键吸收峰的强度略微增强。同时,利用扫描电镜(SEM)和X射线能谱分析仪对修复样本水树区进行分析,发现水树区中硅元素的原子百分比和重量百分比增加。即修复后电缆水树区的化学元素含量和分子结构发生改变,从而影响了电缆绝缘性能。     

热老化对交联聚乙烯电缆绝缘中水树的影响研究

热老化过程不但会影响交联聚乙烯电缆绝缘的电磁学和物理化学性能,还对绝缘内水树的产生与生长有着一定的影响。通过研究热老化过程对XLPE电缆绝缘中的水树现象的影响,以及在几个有可能的影响因素当中,哪个因素对水树现象的影响最大。实验结果表明,在与XLPE电缆绝缘的热老化有关的各种因素对水树现象的影响中,热氧化对XLPE电缆绝缘表层水树的产生和生长的影响最大。尽管热氧化所引起的缺陷有可能就是XLPE电缆绝缘中水树生长过程中的起始点,但是它在一定程度上抑制着水树的成长,甚至有着"水树延迟效果"的美称。     

一种加速XLPE电缆水树老化的新型水电极法

基于原有的水电极老化方法,提出了一种能有效加速XLPE电缆绝缘中水树生长的新型水电极法,并针对该方法的老化机制进行了讨论。采用改进后的新型水电极法老化XLPE电缆制作水树样本,测量老化过程中电缆样本的介质损耗正切角(tanδ)的变化。利用光学显微镜、红外光谱(IR)和扫描电镜(SEM)分析电缆样本中水树的微观结构和形貌变化,提出相应的微观老化模型。结果表明:采用改进后的水电极法生成的水树尺寸和微观形貌差异较小,水树长度在300~400μm之间,水树形貌为团状,水树缺陷内部微孔或通道的直径在几微米到几十微米之间。采用新型水电极法老化的电缆试样稳定有效,可生成符合典型结构和特征的水树,为进一步研究电缆绝缘老化机理提供了可靠的保证。     

交联聚乙烯绝缘中电树枝通道的Raman光谱分析

采用共焦Raman光谱分析法对交联聚乙烯电缆绝缘发生击穿后的通道,以及在试验条件下加18 kV工频电压得到的电树枝的不同生长长度处树枝通道进行化学产物分析,最终获得了击穿通道产物的材料特性、击穿通道处有游离碳的特征峰谱线的存在,并依此判断电力绝缘发生击穿后绝缘材料被碳化,针尖附近亦测到游离碳的存在,但离针尖较远处的谱图上均没有测得碳峰,谱图上均有荧光背景存在,不同生长长度处电树枝通道的谱线含有不同的交联聚乙烯基带峰,表明材料发生裂解,并且随着电树枝的生长其裂解程度不同。     

基于水树枝现象XLPE电缆在线监测系统的研究与设计

基于交联聚乙烯(XLPE)电缆水树状老化的原理,直流分量法和交流叠加法是两种有效的XLPE电缆在线监测方法。设计了综合上述两种方法的在线监测系统,其中包括设计方案、系统构成、关键技术等。结果表明:设计的XLPE电缆在线监测系统能够反映运行中电缆绝缘的老化程度,实现了XLPE电缆的在线监测。     

XLPE电缆中水树区域干湿状态下的电场特性研究

为研究交联聚乙烯(XLPE)电缆中水树区域介电常数与电场特性的关系,采用水针电极、高频高压对交联聚乙烯电缆试样进行加速水树老化实验,通过显微镜观察水树形态,根据观察到的水树形态构建有限元仿真模型,仿真分析水树区域介电常数变化对水树周围电场强度的影响规律。结果表明:当水树区域相对介电常数或电导率增加时,水树末梢的场强增大,而针尖场强减小,水树末梢尖端易成为电树引发的起点;当水树区域相对介电常数或电导率减小时,针尖场强增大,而水树末梢的场强减小,针尖易成为电树引发的起点。     

500kV交联聚乙烯电缆附件的开发

主要介绍了所开发的500 kV交联聚乙烯(XLPE)电缆附件的结构特点,对开发过程中的材料选择、绝缘设计、机械强度设计等开发要点进行了分析。所开发的500 kV XLPE电缆附件通过了GB/T 22078.3—2008规定的型式试验及预鉴定试验。     

不同温度下XLPE电缆中电树枝的生长特性

为了研究温度对电树枝的引发和生长发展特性的影响,本文针对15kV交联聚乙烯(XLPE)电缆设计了一套采用金属针缺陷模拟集中电场应力的实验系统。通过在4个不同温度下对交联聚乙烯(XLPE)电缆进行电树枝生长实验,结果表明,温度对电树枝引发及生长影响显著。在潜伏期,一方面,电荷的注入及自由基的连锁反应因热的作用而加剧;另一方面,在高温下由于分子热运动和自由体积膨胀,聚集态发生了从玻璃态到高弹态的转变从而导致电树枝的引发时间的大大缩短。在生长发展期,XLPE电缆电树枝的分形维数随温度上升并不单调,而是与其聚集态紧密相关。在玻璃化转变温度(θg)以下,电树枝形态由枝状向丛状转变;在玻璃化转变温度(θg)以上,电树枝逐渐稀疏,分形维数减小;电树枝随温度升高有明显加速生长趋势。通过实验研究表明,在集中电场应力下,当XLPE电缆运行温度超过110°C时,即使是短时的电热作用,也会缩短其寿命。     

交联聚乙烯电缆中电树枝的研究现状

总结了电树枝研究的最新进展,特别是交联聚乙烯电缆绝缘中电树枝的研究现状。对电树枝的分类以及在电树枝引发和生长过程中的一些影响因素进行了讨论。最后从实际应用出发,简要介绍了交联聚乙烯电缆中电树枝的诊断方法。     

耐寒型交联聚乙烯绝缘电力电缆的研制

介绍了一种耐寒型交联聚乙烯绝缘电力电缆,该电缆在低温敷设(不低于- 15℃)时护套不开裂,叙述了该产品的设计思路、选材方法、材料性能指标及成品电缆测试指标和试验方法.     

交联聚乙烯电缆绝缘中的电树枝与绝缘结构亚微观缺陷

半结晶高聚物中的电树枝特性远比纯脆性或柔性聚合物复杂,源于材料中的结晶区和无定形区两相共存.在厚绝缘交联聚乙烯(XLPE)中还存在不均匀结晶和微孔高度集中,以及残存应力,导致电树枝特性更加复杂.本文提出利用生长速度比和扩展系数两个新参数来研究XLPE中的电树枝生长规律.根据XLPE电缆绝缘中电树枝结构特征和生长特性,研究了电树枝的影响因素和绝缘中的四种亚微观绝缘结构弱点,分析了微孔集中、大球晶边界及结晶排渣、应力、电场局部集中所导致的电树枝在绝缘内侧的迅速扩展现象,提出了超高压XLPE电缆发展所必须解决的亚微观绝缘结构缺陷在电缆绝缘内侧集中问题及其对策.     

结晶状态对XLPE电缆绝缘中电树枝的影响

实验发现一种生长于 XL PE电缆绝缘试样中、完全不同于已发表的多数电树枝的“藤枝状”电树枝 ,从其发展方向上的突变性、扩展性和非电场依赖性结合对材料结晶状态的分析表明 ,这是一种在残存应力协同作用下生长于大晶块界面无定型区的晶界电树枝。其根本原因是大晶块界面的杂质和微孔 ,其发展机理是局部放电伴随较一般电树枝强烈的局部高温高气压     

一种新的交联聚乙烯(XLPE)电缆含水量评估方法

35 kV及以下交联聚乙烯电缆在运行过程中,由于运行环境的影响,主绝缘容易受潮。如果利用受潮的运行电缆做中间接头,会降低电缆中间接头的质量,缩短运行寿命。选取不同截面、不同电压等级的5种交联聚乙烯电缆作为研究对象,研究受潮的旧电缆主绝缘层在加热去潮不同时间后电导率的变化,并与新电缆电导率相比较,得出可以用电导率作为XLPE电缆的含水量标准,得到XLPE电缆在受潮以后可以通过加热的方式去潮,恢复电缆的绝缘水平的结论,并给出5种电缆加热去潮至新电缆水平所需要的时间。     

高频电压下交联聚乙烯中电树枝的形态特性

为研究高频电压下交联聚乙烯（cross-linkedpolyethylene,XLPE）中电树枝的形态特性,进行了不同电压、频率和电极间距下的电树枝生长显微观测实验,分析了局部电场强度和频率对电树枝形态特性的影响规律和影响机制,并引进了一个新的参数即能量阈值,来综合考虑电树枝的生长速度、分形维数与电树枝形态之间的关系。结果表明：局部电场强度和频率对电树枝形态的影响有明显的规律性。丛林状电树枝只在较高电压下形成,而且针尖附近小区域内的局部电场强度是形成丛林状电树枝的重要影响因素。纯藤枝状电树枝只在较高频率下出现,而且这个频率随着电压的升高而增大。双结构电树枝的结构转换位置的电场强度在不同的电压和电极间距下基本保持不变,但是随着频率的升高而明显增大。