热老化对交流配电XLPE电缆改为直流运行后电缆绝缘性能的影响

为了研究热老化对交流配电交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆改为直流运行后电缆绝缘性能的影响,先对已运行两年的10kV交流XLPE电缆样段进行135℃加速热老化试验,随后采用车床和特质刀具将电缆样段沿轴向环切得到薄片试样,通过直流电导率、空间电荷测量、表面电位衰减和直流击穿测试,结合载流子迁移率、活化能和陷阱参数的计算,对老化前后交流配电XLPE电缆的直流绝缘性能进行研究.结果 表明:随着老化时间的增加,交流XLPE电缆绝缘试样的直流电导率和载流子迁移率先下降后上升,长期老化后空间电荷积累阈值场强与试样的活化能明显减小,试样的直流电导率随着测量温度的升高而增加,其空间电荷积累阈值场强随着测量温度的升高而减小;随着老化时间的增加,试样中积累的空间电荷由异极性转变为同极性,深陷阱数量与直流击穿场强均呈现先上升后下降的趋势;分析认为短期热老化有利于提高交流配电XLPE电缆改为直流运行后的直流绝缘性能.     

温度梯度–直流电场长期协同老化下XLPE中的空间电荷特性

为研究实际电缆运行中的温度梯度效应对高压直流交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆绝缘长期运行可靠性的影响,采用自制的多组片状试样适用的温度梯度场–直流电场协同老化装置,分别对3种XLPE绝缘料(包括国产XLPE料、纳米改性后的XLPE料、北欧化工产高压直流XLPE料)进行温度梯度场–直流电场协同老化试验。为了进行对比研究,同时对以上3种XLPE绝缘料进行了传统高温场–直流电场协同老化试验。通过电声脉冲法空间电荷测量设备,测量了不同老化时间后(未老化、老化一个月和三个月)三种XLPE试样的空间电荷特性。同时测量了3种XLPE试样老化后的电阻率变化及红外光谱特性。结果表明,高温老化试样中空间电荷在体内均匀分布;而温度梯度老化试样中异极性空间电荷主要聚集在两电极附近。同时3种XLPE电阻率均随老化时间增加而降低,且温度梯度老化试样电阻率低于相同条件下的高温老化试样。另外,国产纳米改性XLPE老化后羰基吸收峰峰值最小,表明其老化程度最低,体内电荷积聚最少。     

热氧老化对XLPE太赫兹频域介电特性的影响

为了研究XLPE电缆绝缘的老化特性,对110 kV商用XLPE电缆绝缘在130℃下进行实验室加速老化实验。采用太赫兹时域光谱仪分别测试参考试样和XLPE试样的时域信号,经过快速傅里叶变换获得相应的频域信号,并计算XLPE试样在0.5～2.5 THz内的介电常数实部和虚部。通过差示扫描量热仪和傅里叶变换红外光谱研究老化过程中试样化学结构的变化。结果表明:随着老化时间的延长,XLPE试样的结晶度减小,氧化产物增多,老化XLPE试样在0.5～2.5 THz的介电常数实部高于未老化试样,而介电常数虚部小于未老化试样。热老化过程中,XLPE发生了分子链断裂以及氧化反应,其化学结构被破坏,分子链段运动能力增强,导致XLPE在太赫兹频率的介电常数实部增大;老化导致XLPE的结晶度减小,晶格振动强度减弱,使得介电常数虚部减小。     

振动载荷条件下的交联聚乙烯绝缘老化特性试验研究

为分析振动载荷对交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆的绝缘状态和运行可靠性的影响,评估热老化过程中施加振动载荷后XLPE绝缘材料微观结构及性能的变化,将2组XLPE试样分别放在恒温箱和恒温-振动箱内进行老化试验,其中在恒温-振动箱内的XLPE试样同时承受温度和振动载荷的作用。将2种老化方式下的XLPE试样在不同老化时间点的微观结构、机械性能、介电性能、热过程、耐电性能等进行比对测试。研究结果表明:在相同的老化时间下,施加振动载荷作用的XLPE试样的微观结构、机械性能、介电性能、耐电性能明显区别于的未施加振动载荷作用的XLPE试样;且存在一个老化时间限值(900~1 200 h),超过这个限制后施加振动载荷作用的XLPE试样的性能明显劣于未施加振动载荷的试样,充分证明了振动载荷对XLPE绝缘老化的加速特性。     

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。     

无机纳米掺杂XLPE电缆绝缘的力学性能与电气强度研究

通过自制掺杂纳米Si O_2和纳米炭黑的XLPE绝缘材料,研究了两种无机纳米颗粒对XLPE力学性能与电气强度的影响,测量了试样的拉伸率、断裂伸长率以及热老化前后的击穿电压和耐压时间。结果表明:添加纳米炭黑的XLPE试样具有最好的交联程度,材料韧性增加,而添加纳米Si O_2的XLPE试样的交联程度相对于纯XLPE试样变化不大,韧性减小,刚性增大;两种纳米颗粒的添加均使得XLPE电缆绝缘试样的击穿电压升高,同时耐压时间增加;热老化会降低XLPE绝缘材料的电气强度。     

10 kV交流XLPE电缆加速热老化后交直流绝缘特性分析

通过对比110℃加速热老化后10 kV交流交联聚乙烯电缆试样交直流绝缘特性的差异,采用不同温度下宽频介电谱、交直流击穿、直流电导率和空间电荷测试,结合有限元仿真,研究了不同热老化时间作用下10 kV交流XLPE电缆绝缘的交、直流电气特性,以及改为直流运行后电缆绝缘的电场分布。结果表明：随着热老化时间的延长,XLPE试样的复介电常数实部先增加后增速减慢,高频区介质损耗逐渐增加;试样的电流密度先减小后增加,空间电荷积累阈值场强则呈相反变化趋势,且试样内的空间电荷积累逐步由异极性转变为同极性。随着测试温度的增加,同一老化时间下XLPE试样的介电常数实部减小,介质损耗增加;试样的电流密度增加,阈值场强减小,试样内部空间电荷积累量有所增加,交直流击穿场强下降。直流电压下,绝缘层在靠近缆芯处电场高,电场差值随绝缘试样活化能的减小而增加。长期热老化后,电缆绝缘层的直流电场分布更均匀,且空间电荷积聚问题得到改善,有利于提升10 kV交流电缆改为直流运行的可靠性。     

基于太赫兹时域光谱的XLPE老化评估研究

合理预测交联聚乙烯（XLPE）电缆的老化状态，及时更换老化严重的电缆，对于电网的稳定运行至关重要。本研究对XLPE绝缘电缆试样进行145℃的加速热老化实验，分析了相关微观理化特性，并建立了太赫兹频段介电参数与微观结构之间的关联。结果表明：随着老化时间的增加，XLPE的结晶度降低、热稳定性下降，羰基指数增大，表明XLPE老化程度逐渐加剧；在太赫兹频段范围内，介电常数实部受结晶度、极性基团含量等多种结构因素的共同影响，导致其与老化时间之间的关系不明确，但介电常数虚部的变化主要由源于极性基团的偶极子高弹态极化引起，表现出随老化时间增加而逐渐增大的趋势。经拟合发现介电常数虚部与羰基指数呈正相关关系，因此太赫兹频段介电常数虚部能够较好地反映XLPE试样的老化程度。     

XLPE绝缘老化中的单次放电波形统计分析

为了研究绝缘中发生局部放电的物理机制,对交联聚乙烯(XLPE)绝缘试样进行了加速电老化试验,使用超宽频带局部放电检测系统(频带10 MHz～3 GHz)测量了试样的放电信号,并通过统计分析超宽频带放电的单次脉冲信号探讨了XLPE绝缘老化过程中的放电机理。研究表明,XLPE绝缘电老化过程中单次放电波形的下降沿、脉冲幅值都有显著变化:下降沿从老化前的近15 ns上升到老化50 h的约90 ns,单次放电波形幅值在老化前约1 000 mV,老化15 h后维持在约200 mV,老化到30 h时上升到近500 mV,老化50 h时上升到约600 mV。由单次放电信号的波形特征推断XLPE绝缘老化过程中放电从流注型放电转化为汤姆逊放电的变化过程。     

XLPE绝缘电老化中局放特性试验研究

利用TE571局放检测仪和超宽频带局放(PD)检测系统研究了XLPE电缆绝缘试样加速电老化过程中判断试样老化状态的局放统计参量和单次放电波形特性。结果表明,电老化过程中单次放电时域波形的上升沿变陡,从老化前50 ns降低为老化50 h的8 ns;脉冲幅值从老化前的2 mV增加到老化50 h的17 mV;放电频谱中特征峰的位置随着老化程度的加剧向高频方向移动,从老化前<15 MHz增加到老化50 h的<50 MHz和125~200MHz。该研究为放电单次波形检测技术评估XLPE电力电缆绝缘状态的基础研究。     

Space-charge distribution in XLPE by TSM, using the inverse matrixtechnique

TSM (Thermal Step Method) is a nondestructive technique to determine space charge distribution in thin and thick dielectric specimens. Although the experimental procedure is simple, the numerical techniques required for analyzing the data are complex and time consuming. Fourier analysis is commonly employed to analyze the TSM data. This paper proposes the use of the inverse matrix technique to simplify the analysis of the signals acquired by TSM. Numerical simulation by the inverse matrix technique is compared with the Fourier analysis technique. Corona charged as well as DC poled XLPE specimens are tested to confirm the validity of the inverse matrix technique. It is shown that this technique gives better results and requires less computing time than other techniques usually employed for the TSM     

Determination of Electric Field and Space Charge in the Insulation of Power Cables With the Thermal Step Method and a New Mathematical Processing

This paper proposes a technique for determining the distributions of the electric field and space charge in the insulation of power cables by using the data acquired with the thermal step method (TSM). The TSM consists of applying a low-temperature step to a short-circuited or dc-energized cable and of acquiring a transient capacitive current. The processing technique described in this paper is based on a series decomposition of the electric field, the coefficients of the series being identified via the measured current. The accuracy and the stability of the calculation method are evaluated by simulations performed using various distributions of the electric field and different noise levels. An application of the technique to space charge measurements in a dc conditioned power cable is then presented.     

Thermal step method for space charge measurements under applied dcfield

The thermal step method (TSM) is a nondestructive technique which measures the distribution of the electric field and space charge density across solid insulating materials. This work first reviews the principle and the basic equations of the TSM when used on a short circuited flat insulating structure (film or plate). An evolution of the method, which allows the determination of space charge distribution in an insulator while submitted to an external dc field, is then described. The fundamentals, the experimental setup and the validation of this technique on flat samples and on power cables are presented and discussed     

A new method for space charge measurements in dielectric films forpower capacitors

Space charge measurements form a recognized test for the characterization of insulating materials. The present paper is concerned with the determination of space charge in dielectric films for capacitors. We develop a new measuring technique inspired by thermal step method (TSM). Its originality is the use of an alternative thermal excitation so that the technique can be called alternative thermal wave method (ATWM). The equipment employed to generate alternative thermal excitations (sine or triangle) is described. The upper limit of the efficient frequency range is 10 Hz. Signal processing is made easier and more accurate because of the periodicity of the measured phenomena     

Study of space charge accumulation in polyolefins submitted to acstress

The aim of the present study was to follow space charge formation under ac field (50 Hz) in polyolefins. The thermal step method was used, and charge accumulation was observed in crosslinked polyethylene (XLPE), very low density polyethylene (VLDPE), isotactic polypropylene (PP) and a PE /PP copolymer, the temperature varying from 45 to 90°C. It was found that the amount of charge accumulated under ac conditions may reach a maximum value at a given temperature, while the highest space charge was found in the polyolefin with the lowest crystallinity ratio. The conduction current characteristics of XLPE specimens show the existence of traps in the polymer at a level deeper than the potential barrier electrode/dielectric, explaining the accumulation of injected charge in the material. The injection and conduction mechanisms observed were interpreted by Schottky and Poole-Frenkel processes and used to explain the maximum accumulation of charge occurring at certain temperatures     

XLPE电缆绝缘老化临界时间现象及其动力学仿真

为深入探究交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆绝缘的老化特性,评判XLPE电缆绝缘的老化程度,文中对110kV XLPE电缆绝缘在135℃进行加速老化实验,采用拉伸试验表征XLPE断裂伸长率的变化规律,采用傅里叶变换红外光谱表征XLPE中羰基浓度与抗氧剂含量的变化规律。结果表明,XLPE电缆绝缘老化存在临界时间现象,即随着老化时间的增长,XLPE断裂伸长率由缓慢下降转变为快速下降,羰基浓度由缓慢增大转变为快速增大,临界时间均为2016h;而抗氧剂含量则随老化时间逐渐下降,不存在拐点。基于链式自由基理论,建立考虑抗氧剂反应过程的XLPE热老化动力学模型,进一步仿真计算XLPE电缆绝缘热老化过程中抗氧剂含量和羰基浓度的变化过程,仿真计算结果能够很好地吻合实验结果。研究结果表明抗氧剂含量可用于表征XLPE电缆绝缘的老化程度。     

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。     

联合采用多代理和禁忌方法的系统恢复策略

将多代理技术MAT的分布式信息处理和禁忌方法TSM有机结合,形成了一种新型分布式电力系统恢复模型。模型由多结点智能代理GIAGs(crunode intelligent agents)和一个智能控制代理ICAG(intelligent control agent)组成,通过多个CIAGs间交互协商处理及ICAG的基于TSM的协同求解,能够实现快速恢复决策。仿真结果表明,该模型不仅能够快速获得恢复优化策略,而且对网络拓扑结构变化具有较强的适应性。     

XLPE电缆在线自动绝缘诊断技术研究

交联聚乙烯 (XLPE)电缆绝缘老化自动检测系统采用直流成分法、直流叠加法和补偿电势法三种方法 ,可对运行中的XLPE电缆主绝缘状况和护套破损情况进行可靠、有效的现场在线监测 ,并实现对XLPE电缆绝缘老化状况的快速评估。介绍了该系统所采用的抗干扰技术及系统构成。     

反应动力学参数在交联聚乙烯电缆料研究中的应用

从理论上推导出交联聚乙烯（ＸＬＰＥ）电缆料的反应动力学参数计算公式，用热分析技术──ＤＳＣ曲线计算得ＸＬＰＥ的反应动力学参数：活化能Ｅ、碰撞频率因子ＩｎＫ０和一分钟半衰期对应温度Ｔ１／２，发现Ｔ１／２和交联剂含量有一定关系，求得了电缆料反应活性最大的交联剂含量值。由此设计的电缆料的介电性能，具有低介质损耗、低介电常数和高体积电阻率的特点。该电缆料的各项性能优良，成缆后试验考核符合国家标准。证实了新开发的３５ｋＶ电缆料配方的合理性，为电缆料的配方设计提供有效途径。