电场作用下含电压稳定剂修复液的扩散及对热氧老化电缆绝缘性能的影响EI北大核心CSCD

为了研究含不同类型电压稳定剂的修复液在电场作用下的扩散行为,以及它们对热氧老化电缆绝缘性能的影响。选取安息香、抗氧剂300和UV-P 3种电压稳定剂,配置13组不同含量修复液,进行热氧老化电缆压力注入式修复。对修复前后电缆样本进行红外光谱分析、电树引发和生长实验以及介电性能测试。研究结果表明:修复液注入后,短期内依靠压力和浓度差在绝缘中分层扩散;电场作用使得交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)分子链发生取向、修复液中极性分子受正介电泳力朝电场最强处定向运动,二者促使修复液向绝缘缺陷处加速扩散并聚集,电缆绝缘性能明显提升。不同成分修复液均能提高电缆绝缘的电树引发电压,其中质量分数为1.0%的抗氧剂300修复液对热氧老化电缆的电树抑制效果最好。此外,修复后电缆的直流电导率和介质损耗因数增大,修复液极性对XLPE电缆的绝缘性能和介电性能具有双向作用。     

可水解抗氧化剂对XLPE电缆修复技术长期性能的影响

为了研究可水解抗氧化剂对XLPE电缆修复技术长期性能的影响,本研究选取两种含不同抗氧化剂的修复液配方对水树老化电缆进行注入修复,并进行二次热老化,测试并分析修复与热老化前后电缆样本的电气性能变化。结果表明：两种修复液均能显著减小水树老化电缆的介质损耗因数、泄漏电流和电导率,增大击穿电压,其中添加可水解抗氧化剂的修复样本...     

硅氧烷对水树老化后的交联聚乙烯电缆的修复研究

采用了一种硅氧烷修复液对水树老化电缆进行绝缘修复,并对修复效果及水树尖端电场进行了分析和讨论。首先,采用水针电极加速老化系统对10kV交联聚乙烯(XLPE)电缆样本绝缘进行高频高压老化,直到电缆介质损耗因数达到20%左右。此后,通过压力注入式修复系统从老化样本缆芯注入修复液,修复液渗透进入绝缘进行修复。通过比较修复前后电缆介质损耗因数和击穿电压的变化,发现随着修复时间的延长,老化电缆的绝缘性能逐渐恢复到新电缆水平;同时,通过显微镜观察到水树空洞被反应生成的有机化合物有效填充,达到了消除绝缘层微孔中水分的效果。此外,通过修复液直接与水反应实验和电场有限元仿真结果,进一步证实该修复液能有效提升水树老化电缆的绝缘性能。结果表明,修复液能渗透到水树区并修复水树老化电缆。     

交联聚乙烯电缆水树缺陷的修复方法研究

采用硅氧烷修复液修复交联聚乙烯电缆老化试样中的水树,进而分析修复效果及机理。将介质损耗因数为4%～6%,绝缘电阻7 500～10 000 MΩ的短电缆在7.5 kV 450 Hz交流电压下老化至介质损耗因数达到20%左右,绝缘电阻3 500～5 000 MΩ。然后用压力注入式修复装置把修复液注入缆芯对水树缺陷进行修复。以介质损耗因数、绝缘电阻和击穿电压为指标对修复效果进行评判;通过显微镜切片观察修复前后水树微观形态;通过仿真修复前后水树附近电场分布来分析和验证水树的修复机理。实验结果证明,修复液可以充分与电缆水树中的水发生反应生成胶状聚合物填充水树通道;修复后电缆介质损耗因数、绝缘电阻和击穿电压恢复到新电缆水平;改善了绝缘层电场分布;有效地抑制了水树生长。实验表明,该修复液可有效修复电缆中的水树缺陷,提高电缆绝缘水平。     

XLPE中压电缆中间接头的界面老化修复研究

电缆中间接头是城市电缆系统中最容易出现问题的部位,为了提高老化后电缆中间接头的绝缘性能,本研究尝试通过向中间接头注入修复液的方法进行修复。首先在潮湿环境下对电缆中间接头进行电热加速老化试验,并向老化后的样本注入修复液进行修复,通过工频介质损耗测量、工频击穿试验和能谱分析对修复前后中间接头样本的结构和性能进行对比分析。结果表明:老化后电缆中间接头的绝缘强度明显下降,而通过修复液修复后其绝缘性能有所提升。通过能谱仪检测发现修复后中间接头界面出现了Si和Ti的氧化物,说明修复液可以扩散进入中间接头界面并与侵入的水汽反应生成有机聚合物,填充在界面气隙空腔位置,从而提高了中间接头的界面击穿电压,达到了修复电缆中间接头的目的。     

有机硅注入技术对电缆水树缺陷的绝缘修复研究

通过有机硅液体压力注入的方式,对交联聚乙烯(XLPE)电缆的水树缺陷进行绝缘修复,并分析其修复效果和原理.通过加速水树老化实验,使电缆介质损耗因数达2％左右,绝缘电阻低于3500 MΩ,利用压力注入式修复装置把修复液注入缆芯对水树缺陷进行填充和修复,比较了修复前后的介质损耗、击穿电压和电场强度等.结果表明:该修复液能在...     

温度对电力电缆有机硅水树修复的影响

为了研究温度对电力电缆水树修复效果的影响,在不同温度下对水树老化交联聚乙烯(XLPE)电缆样本进行注入式修复,对样本的绝缘性能和微观结构进行对比分析。采用水针电极老化法获得水树老化电缆样本,分别在20℃、50℃和80℃下对老化样本进行注入修复,修复过程中定期对样本进行介质损耗因数测试。结果表明随着修复温度的升高,样本介质损耗下降速率加快,且高温下修复的样本介质损耗更早达到稳定值。通过扫描电镜(SEM)观测和能谱(EDS)分析可以看出,随着修复温度的升高,样本水树区生成的修复填充物分布更加密集。由此证明适当升高温度有利于修复液在XLPE层中的扩散反应,加速修复过程。     

基于低频信号注入法的电缆绝缘在线监测

本文提出一种基于介质损耗法的电缆绝缘在线监测方法——低频信号注入法,通过向电缆注入电压信号并测量其响应的低频介质损耗来判断电缆绝缘材料的老化程度。通过仿真和计算得到电缆低频介质损耗因数随电缆绝缘材料老化程度的变化规律,并通过低频介质损耗仿真试验对模拟计算结果进行验证。结果表明:对于不同故障的电缆绝缘,可以通过介质损耗因数的变化来判断其绝缘状况,因此通过低频信号注入法判断电缆绝缘状况是可行的。     

XLPE 电缆绝缘水树老化的无机修复机理及试验分析

为解决电网中大量运行电缆的水树老化问题,采用一种能生成TiO2无机颗粒的修复液对水树老化交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘进行修复,研究了修复效果和绝缘提升机理。将修复液与水直接反应,利用数字电桥和扫描电镜(SEM)研究生成物的介电性能和微观特征。用水针电极法加速XLPE电缆绝缘水树老化,利用修复液对老化绝缘进行修复,测量了样本的击穿电压。通过SEM和能谱分析(XPS),对水树内的填充物进行了观察和分析。实验结果表明:该修复液能扩散到水树区域消耗水分、生成绝缘性能良好的有机-无机复合填充物填充水树空洞;同时,分析认为生成的大量TiO2颗粒能均匀电场、吸收紫外光、降低热电子加速,使修复后样本的击穿电压高于老化样本和新样本的击穿电压。通过实验研究证明,该修复液不但能修复水树老化电缆绝缘,还能进一步提升老化区域的击穿性能。     

一种针对XLPE电缆的绝缘增强技术研究

为了解决电缆安装或制造过程中的潜在缺陷,通过向尚未投入运行的新电缆预先注入有机硅修复液(即预修复),研究修复液注入后对电缆的绝缘结构及电气性能的影响。首先通过压力注入装置将有机硅修复液注入到电缆样本中,测量新电缆样本和预修复液样本的工频击穿电压,记录两种样本在击穿过程中的温升情况。然后将两种样本放置3个月,再次测量样本的工频击穿电压并进行对比。结果表明:预修复电缆样本的工频击穿电压高于新电缆样本,且两种样本在击穿过程中的温度差别不大,说明修复液对工频击穿的热效应影响不明显。将电缆放置3个月后,预修复电缆样本的击穿电压较注入修复液后的电缆样本击穿电压有所下降,但仍高于新电缆样本的击穿电压。根据绝缘层电容模型和介电泳原理,说明预先注入到尚未投入运行电缆的修复液使得电缆绝缘不再是均匀介质,而是分阶绝缘复合介质,从而提高了电缆的绝缘性能。     

Understanding Electrical Performance and Microstructure of Water Tree Aged Cables after Silicone Injection during Electrical-Thermal Accelerated Aging

To further understand the long-term effect of rejuvenation fluid on water tree aged cross-linked polyethylene (XLPE) cables after silicone injection, electrical performance and microstructure of water tree aged cables were investigated during an electrical-thermal accelerated aging experiment. Two groups of treated and untreated water tree aged cable samples were subjected to electrical-thermal aging for 2 weeks. The results of the dielectric loss factor showed that the electrical performance of the treated samples was significantly better than that of untreated samples after electrical-thermal aging. Microobservation results showed that the overall water tree sizes of the treated samples were much smaller than those of the untreated samples after electrical-thermal aging. Furthermore, there was a second growth of water trees in the original water tree region during electrical-thermal aging in both groups of samples. Using scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive spectroscopy (EDS), rejuvenation fillers were observed tightly embedded in water tree voids after electrical-thermal aging. The infrared (IR) spectroscopy analysis results showed that the concentration of rejuvenation fluid increased from the outer layer to the inner layer of insulation. Based on the results, due to the improvement of the electric field at the water tree tip and the diffusion of silicone fluid in the insulation layer, both the second growth in the original water tree region and continuing growth at the water tree tip can be effectively inhibited.     

硅氧化焼注入后水树老化交联聚乙烯电缆电气特性和微观结构（英文）

To evaluate the effect of using siloxane liquid to rejuvenate water tree defects in cross-linked polyethylene(XLPE)cables,we investigated the electrical properties and micro-structures of water-tree aged XLPE cables after siloxane liquid injection treatment.The water-tree aged samples were prepared by performing accelerated aging experiment using water-needle electrodes,and the siloxane liquid is injected into the aged cable through a pressurized injection system.Dielectric loss factors of the samples before and after the rejuvenation were compared.The water trees and the internal filler were observed using scanning electron microscope(SEM).Electrical properties of the reactants are measured.Electric field simulation is conducted to verify the rejuvenation effect by finite element method.The results show that the siloxane liquid diffused into the insulation layer in a short time and reacted with water in the water trees.The electrical properties of the formed organic filler are in accord with that of XLPE.Therefore,the action between siloxane and water can inhibit the growth of water trees and reduce electric field distortion of the water tree areas.As a result,insulation performance of the cable is enhanced.A 70 m long cable was aged and rejuvenated in laboratory and an on-site rejuvenation experiment was conducted,and in both cases the dielectric loss factor and leakage current halved after rejuvenation.     

外施电压频率对XLPE电缆绝缘中电树枝生长特性的影响

本文研究了半结晶交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘试样在50～2000Hz正弦电压下电树枝的结构特征与生长特性,发现由于XLPE的半结晶聚集态物理结构,在小于250Hz施压频率下会生成枝状、枝状与丛林混合状及纯丛林状三类电树枝,在500Hz以上高频下则只能生成稠密枝状电树枝,分别对应于不同的生长机理.低频下电树枝生长特性和电树枝结构与材料的聚集态密切相关,而高频下的电树枝生长特性与材料的聚集态关系不大.高频电树枝与环氧树脂、有机玻璃等高聚物材料中的生长规律相同.半结晶高聚物在低频下的电树枝生长特性主要取决于晶界与无定形界面的微孔、杂质集中情况以及针尖电极与晶块或无定形区所处的相对位置,而在高频下电极向介质中注入与抽出电荷的过程较低频下猛烈,会形成较均匀的介质弱区,因此高频电树枝引发与生长规律较为单一.     

Dielectric spectroscopy for diagnosis of water tree deteriorationin XLPE cables

An HV dielectric spectroscopy system has been developed for diagnostics of water tree deteriorated extruded medium voltage cables. The technique is based on the measurement of nonlinear dielectric response in the frequency domain. Today's commercially available systems are capable of resolving low loss and small variations of permittivity as a function of frequency and voltage. Experience from more than 200 field measurements was combined with laboratory investigations. Small samples were used in an accelerated aging test to elucidate the correlation between water tree growth and dielectric response. Furthermore, field aged cables were investigated in the laboratory. It has been shown that the dielectric response of water tree deteriorated crosslinked polyethylene (XLPE) cables can be recognized and classified into different types of responses related to the aging status and breakdown strength. The influence of termination and artifacts such as surface currents was investigated. The measurement method enables us to separate the response of the cable from the influence of accessories. Finally, two different field studies of the implementation of the diagnostic method are presented. The field studies show that the fault rate decreased significantly when replacement strategy was based on the diagnostic criteria formulated     

交联聚乙烯电缆热老化与电树枝化相关性研究

热老化过程不但会影响交联聚乙烯（XLPE）电缆绝缘的物理化学性能,还对绝缘内电树的产生与生长有着一定的影响。研究了热老化后XLPE电缆绝缘中的电树行为．探讨XLPE电缆绝缘中电树枝过程与材料热老化的关系。采用带循环通风的热老化箱对XLPE电缆绝缘进行3个温度等级的热老化实验：采用针板结构电极进行电树枝实验,并利用数码显微镜观察电树枝的产生和发展情况;利用差示扫描量热法（DSC）、傅里叶红外光谱分析（FTIR）测试了不同温度热老化下XLPE电缆绝缘的物理化学性能;最后探讨了几种不同结构电树枝的生长机理．认为热老化并没有加速电树枝的生长．反而有一定的抑制作用．     

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。     

针尖曲率半径对硅橡胶电树枝老化特性的影响

针对硅橡胶材料电树枝老化特性展开了试验研究。采用针板电极结构,测量了不同针尖曲率半径的起树电压和电树枝形态。结果表明,硅橡胶的起树电压较低,抗电树枝老化性能较差,导致了硅橡胶预制式电缆附件故障频发;硅橡胶中的起始电树枝多以单枝状的通道形成为标志,随后发展为4种不同的电树枝形态。进而提出了硅橡胶电树枝形态发展模型,并以此讨论了不同形态的电树枝老化特性。研究还发现,现场实际运行的硅橡胶预制式电缆附件故障解体后发现了单枝通道起始电树枝,其在运行电压作用下容易发展为细枝型形态,但同样会引发电缆附件的击穿。试验结果为现场故障分析提供了参考依据。     

高温下110kV交联聚乙烯电缆电树枝生长及局部放电特性

利用实时显微数字摄像与局部放电连续测量系统,采用典型针-板电极结构,研究了高温下不同外施工频电压作用时110kV级交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘中典型电树枝的形态特征、引发、生长规律及其局部放电特性。实验结果表明,温度对XLPE电缆绝缘中典型电树枝的形态、引发与生长时间具有非常重要的影响。在高温下,不同外施工频电压作用时电树枝的形态呈现出多样性的特点,50°C下典型电树枝形态为枝状、枝-松枝状和丛状,70°C下为枝状,90°C下为滞长型和枝状。高温下电树枝引发时间随外施电压升高而减小,而且在同一外施电压下,电树枝引发时间随温度升高而减小,这是由于在高温下XLPE电缆绝缘中片晶熔化,无定形相增加,介质中自由体积扩大,从而更有利于电树枝引发。研究发现在低电压(9kV)下,电树枝生长过程中由于通道电导率增加而抑制了通道内局部放电的发展,局部放电作用减小,电树枝生长速度减慢,分形维数较高;而11kV以上电压作用时,电树枝在局部放电的连续作用下呈枝状向对面电极快速生长,同时高温下XLPE弹性模量下降,击穿场强降低,局部放电作用加剧,电树枝生长明显加速,电树枝分形维数较低。     

信号注入法在中压电缆绝缘在线监测中的应用

为了提高电力系统运行的可靠性,实现电缆绝缘的在线监测以替代传统的停电定期检修是其发展的必然趋势。已有的在线监测方法都有一定的局限性,因此在已有研究的基础上提出结合信号注入法和介质损耗法的低频介损在线监测方法,并分别通过仿真和实验对其原理和效果进行了研究。仿真部分包括热老化和水树老化2种老化方式电缆绝缘的监测,以及考虑噪声、低频频率波动和谐波对仿真结果的影响。实验部分包括分别制作热老化和水树老化电缆样本,设计实验电路对仿真结果进行验证。最后通过样本微观测试,对实验原理进行机理分析。仿真和实验结果表明,对于不同类型的老化电缆,以及绝缘的不同故障,都可以通过注入低频信号响应的低频介损判断电缆老化程度。     

交联聚乙烯热老化与绝缘性能的关联关系

为研究交联聚乙烯（cross-linked polyethylene,XLPE）绝缘材料的热分解活化能、电气特性和力学特性随热老化程度变化的规律,对交流电力电缆绝缘用XLPE材料在110 ℃下开展加速热老化实验。采用热失重（thermogravimtric analyzer, TGA）测试手段,对XLPE在20~600 ℃的热分解行为进行研究;采用交流击穿测试、宽频介电谱测试及体积电阻率测试,研究老化后XLPE试样的电气特性;采用拉伸实验测试,研究老化后XLPE试样的力学特性。结果表明：热老化使得XLPE的交联结构和结晶状态被破坏,XLPE活化能呈减小趋势。由于氧化反应快速进行,使得XLPE分子链发生断裂,交联结构变弱,导致XLPE绝缘材料严重劣化,其活化能、击穿强度、体积电阻率、弹性模量和断裂伸长率随老化时间增长呈下降趋势,而介电常数、介电损耗和电导率呈增加趋势。