极化-去极化电流法诊断电缆绝缘

为实现对10 kV XLPE电缆的绝缘状态简便、快速的诊断,采用极化-去极化电流法(PDC)研究电缆绝缘状态。采用水针电极法对电缆样本进行加速水树老化,每隔一个月,取下部分电缆进行切片和显微观测,并对水树形态和尺寸进行统计,同时进行PDC检测。对检测结果进行时域向频域转换,计算低频下的介质损耗因数、电导率和非线性系数(DONL),分析参数随老化程度变化的趋势及规律。结果表明:PDC方法获取的低频介电响应谱和电导率能较好地判定电缆绝缘状态,DONL非线性系数能较好地分辨绝缘水树老化与受潮情况。     

基于水树微观结构特征的水树老化电缆PDC支路参数特征

为了研究水树老化电缆极化-去极化电流(polarization and depolarization current, PDC)支路参数变化特征及原因,分析了水树微观结构特征,并揭示了水树微观结构对电缆PDC支路参数的影响。对短电缆和长电缆样本进行加速水树老化,利用PDC检测样本极化–去极化电流,并计算老化样本Debye模型三支路参数。利用光学显微镜观测短电缆样本中的水树形态,利用扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)观测水树区域微观形貌。PDC三支路参数辨识结果表明,水树老化样本第3支路时间常数显著高于未老化样本。另外,第3支路电容增加量高于电阻减小量。微观观测结果表明水树区域存在大量孤立微孔,分析认为,水树生长将造成材料分子链断裂及形成大量微孔–XLPE界面,导致材料偶极极化时间及界面极化时间增长,样本第3支路时间常数显著增大。另外,水树区域存在大量孤立微孔,其限制了离子在水树区域的运动,从而导致样本第3支路电容增大量高于电阻减小量。     

电缆温升对PDC法检测水树老化电缆结果的影响

为研究不同测试温度对水树老化电缆的极化去极化电流法(PDC)检测结果的影响,采用水针电极法对10 kV XLPE短电缆进行90天加速老化,并在恒温恒湿下对老化前后电缆进行了PDC测试。通过分析电缆样本的极化去极化电流,获取并考察了电缆样本的电导率及低频介质损耗谱。结果表明:在实验选取的测试温度下,电缆老化前后的电导率随温度变化的规律相同,均在40℃略微下降后随温度逐步上升;介质损耗谱中,未老化样本的极化强度低,极化损耗随温度变化较小,介损主要受电导率影响,故测试结果明显分为两个区域。水树老化样本的极化强度较大,受温度影响明显,其低频介损随温度上升呈现先上升后下降的趋势,并在60℃出现最大值。     

基于PDC法的水树老化电缆绝缘诊断

为对10 k V运行电缆的绝缘状态进行简单、快速诊断,基于极化-去极化电流(PDC)特征研究了针对电缆水树老化的绝缘诊断判据。采用高频高压水针电极法对电缆实验样品进行加速水树老化,使用显微镜定期观察不同老化时期样品中的水树形态,并统计水树长度,同时使用PDC测试平台对水树老化样品进行测试。利用测得的极化和去极化电流曲线求得电缆绝缘层的直流电导率和非线性系数,分析两参数随样品老化程度的变化趋势及规律。结果表明:根据直流电导率和非线性系数的变化能有效判别电缆绝缘中的水树老化问题。     

XLPE电缆绝缘老化的时频域介电特性

为了研究交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘老化的介电响应特征量,对XLPE电缆试品进行了加速水树老化,在老化的不同阶段开展了极化/去极化电流(PDC)试验,并对试验数据进行了分析;利用It-lnt曲线和扩展Debye模型,提取第3支路峰值时间τ3和介质损耗因数作为老化特征量,研究了时频域介电特征量与绝缘老化的关系。研究结果表明:XLPE电缆极化/去极化电流曲线受电缆长度的影响,无法直接反映电缆绝缘的实际状态;随着老化程度的增加,第3条支路的峰值不断向右移动,低频(0.001～0.5 Hz)下电缆的介质损耗因数曲线不断上移,这是由于老化使得水树界面不断扩张,陷阱深度增大,极化过程中的损耗也不断增大。因此,It-lnt曲线中的峰值时间常数τ3与低频下介质损耗因数可作为表征电缆绝缘老化程度的特征量。     

基于非线性的水树老化XLPE电缆绝缘状态评估

为研究XLPE电缆的绝缘特性,用极化-去极化电流(PDC)法对新电缆和经改进水针法制备的不同老化程度的电缆进行实验。实验发现:在极化电压相同的情况下,水树老化电缆的泄漏电流值和去极化初期电流值比新电缆高出至少一个数量级;随着极化电压的升高,新电缆的泄漏电流值基本上呈线性增大,而经过水树老化实验的电缆泄漏电流值呈非线性增大,且老化时间越长,非线性程度越大。定义了快速非线性(FNL)因子,以获取不同绝缘状态电缆非线性程度的差异,从而评估电缆的老化程度。同时,根据实验电缆的实际参数建立了水树老化电缆有限元模型,仿真结果很好地验证了由XLPE水树引起的水树老化电缆绝缘非线性变化的特性。     

XLPE水树老化电缆介电响应下非线性研究

为了准确评估XLPE电缆的绝缘状态,利用极化-去极化电流法对不同水树长度电缆进行测试,并研究XLPE水树电缆介电响应时的非线性特性。通过测得的极化-去极化电流曲线及扩展Debye模型,对XLPE电缆的介质损耗因数(tanδ(0.1 Hz))和直流电导率(σ)进行计算,利用tanδ(0.1 Hz)和σ随电压变化趋势来反映XLPE电缆非线性特征,并分析了其非线性特征与水树电缆老化状态的关系。结果表明:水树电缆在时域的去极化电流和介质损耗因数在频域的低频段都表现出非线性特征,在频域下tanδ(0.1 Hz)的非线性特征比时域下σ的非线性更明显;XLPE水树电缆具有明显的从线性到非线性的转折电压,水树长度越长转折电压越低。上述特性可用于对XLPE老化电缆是否存在水树和水树严重程度进行判断。     

交联聚乙烯水树老化电缆电气性能与水树区域含水量的关系

为了深入了解交联聚乙烯(XLPE)水树电缆电气性能的变化特征,利用极化-去极化电流法测量老化电缆样本不同老化时期的直流电导率和0.1 Hz介损,并使用显微镜和红外光谱仪观测老化电缆样本水树区域含水量,研究不同水树老化时期的电缆电气性能和水树生长之间的关系。研究表明,老化电缆的电气性能和水树长度不呈正相关关系,而和水树区域含水量具有密切关系。     

基于极化-去极化电流方法的交联聚乙烯电缆绝缘无损检测

为了准确评估配电网中运行的交联聚乙烯(XLPE)电缆的绝缘状态,基于极化-去极化电流(PDC)特征参数的无损检测装置和相关评估方法进行了研究。选取不同长度的新电缆与老化电缆为研究对象,采用极化-去极化电流(PDC)方法来无损检测了电缆绝缘性能。通过对比不同电缆的去极化放电电流曲线可以发现:放电初期,在短时间内电流由μA级骤降至n A级,该过程中老化电缆放电速率比新电缆更快;经过较长时间,电流由n A级降至p A级,最终稳定在p A级,此时老化电缆放电电流值远大于新电缆,电缆充电电压越高且充电时间越长,去极化电流值就越大。最后通过对实验数据进行非线性拟合计算,分析得到了拟合曲线与电缆绝缘层中介电常数和电导率的关系。研究结果印证了基于PDC方法检测XLPE电缆绝缘状态的准确可靠性。     

基于PDC法的核级中压电缆老化状态研究

对核级中压电缆开展热-水树和辐照-水树老化试验,基于PDC法对不同老化时间的核级中压电缆进行测试,得到不同电压下的电导率,并通过电导率得出不同老化条件下的非线性系数。结果表明：随着老化时间的增加,两种老化条件下电缆试样的非线性系数均呈逐渐增大的趋势。在热-水树联合老化条件下,随着老化时间的增加,O-H键的吸收峰强度增强,说明电缆试样水树老化越严重;在辐照-水树老化试验中,O-H键的吸收峰强度略有增强,说明水树老化程度有所增加。同时,水树老化电缆试样的红外光谱虽然在1 640 cm-1附近出现了O-H键的特征峰,但该峰值随着辐照剂量的增加变化较小。因此,红外光谱测试中O-H键吸收峰的结果不能良好地反映电缆的辐照老化状态,而只能反映水树老化状态。     

极化去极化电流技术用于诊断XLPE电缆绝缘老化状态

研究了一种非破坏性的极化去极化电流(PDC)测量方法用于诊断交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘老化状态。在阐述了该方法的基本原理后,通过在实验室搭建平台,对进行了加速水树老化试验的电缆和在现场运行的老化电缆分别进行PDC试验。并利用最小二乘法,对测得的去极化电流曲线的低频部分进行线性拟合处理,通过比较拟合直线斜率比值,来分析各电缆绝缘去极化电流的变化规律,反映了去极化过程的差异。试验结果表明,通过对XLPE电缆进行PDC试验及对去极化电流测量曲线的分析,可以对电缆的绝缘老化状态进行合理地诊断。     

水树老化电缆的超低频介损不对称现象研究

水树是交联聚乙烯(XLPE)电缆老化的一种重要形式,基于短时极化/去极化电流(PDC)测试方法,分析了水树缺陷引起的极化/去极化过程中的超低频介损不对称现象。实验模拟电缆实际运行中遇到的老化情况,对实验室短、长电缆进行人工加速老化,分析电缆水树老化前后的低频介质损耗特性。为了进一步说明该现象,引入了超低频介损不对称系数(Kas)量化不对称程度,构建电缆等效电路模型协同Comsol仿真,对其加以分析。结果表明:水树老化会使得电缆极化超低频介损大于去极化超低频介损,呈现明显的不对称性。将电缆等效模型中去极化电路绝缘提升,Comsol仿真显示通过水树区域的电流减小。     

基于极化/去极化电量差的油浸绝缘纸电导率计算方法

油纸绝缘的老化会引起其极化/去极化特征量发生改变,为了利用极化/去极化特征来定量分析油纸系统的老化状态,提出采用极化/去极化电量差斜率计算绝缘纸电导率的方法,首先在实验室测试了不同老化油纸绝缘样本的极化/去极化电流(PDC),并根据新方法计算出了不同老化样本中绝缘纸的电导率,其次将该方法计算出的电导率与根据IDAX300和Keithley静电仪测得的实验数据计算后的绝缘纸电导率进行了误差对比分析;最后运用最小二乘法求得了绝缘纸电导率与老化天数之间的定量关系。研究结果表明极化/去极化电量差斜率法计算绝缘纸电导率具有一定的有效性,绝缘纸电导率与老化天数呈指数函数关系。本研究将为量化评估油纸绝缘变压器的老化特性提供新的参考。     

去极化电流法对10kV电缆绝缘老化诊断的研究

为了对10k V运行电缆绝缘状态进行简单、快速评估,提出一种基于去极化电流的诊断方法,对水树老化交联聚乙烯电缆绝缘状态进行评估,并对其诊断参数进行了研究。首先通过水树加速老化装置在电缆样本中生成明显的水树。然后采用虚拟仪器(Labview)配合Keithely皮安表与高压真空开关系统完成去极化电流控制采集平台的搭建。利用搭建的测试平台对不同长度和不同老化时间的电缆样本进行去极化电流测试,通过对去极化电流曲线的积分,提出了基于去极化电流放电量的电缆绝缘老化判别方法。结果表明:长电缆的去极化放电量远大于短电缆,老化电缆的放电量大于新电缆,且老化程度越严重,稳定后去极化电流值越大。说明该去极化电流法能准确有效判别电缆绝缘老化问题。     

基于极化-去极化电流法的实际变压器油纸绝缘老化状态的现场评估

为了研究极化-去极化电流法(PDC)对变压器油纸绝缘老化的现场诊断效果以及适用于现场诊断的老化特征参量,使用极化-去极化电流测试装置在现场条件下对多个存在不同老化问题的变压器进行了诊断。通过从极化-去极化电流中提取出的老化特征参量对各变压器的绝缘老化状态进行分析,并与现有的变压器绝缘诊断手段的测试结果进行对比。结果表明:PDC方法能够有效应用于现场变压器油纸绝缘老化状态的评估,提取出的综合电导率、绝缘油电导率以及低频介质损耗因数3个老化特征参量可以从不同方面反映变压器绝缘的老化情况,且结果与变压器绝缘电阻测试、绝缘油试验以及绝缘油介质损耗因数测试结果相符。     

10kV交联聚乙烯电缆加速电老化特性研究

在电应力长期作用下,XLPE电缆易发生绝缘老化.为研究XLPE电缆的电老化特性,对10 kV XLPE电缆进行加速电老化实验,并对老化前后样本进行理化性能及介电性能测试.结果表明:电老化后XLPE结晶度明显降低,熔融峰特征温度出现小幅下降;XLPE亚甲基含量有所上升,材料内部出现碳碳双键;PDC测试结果表明,电老化后样品极化电流和去极化电流均有所上升,XLPE电导率和低频介质损耗明显增加.由此可知,高能电子撞击使XLPE分子链发生化学键断裂,从而造成小分子链数量增多以及结晶区破坏,进而导致材料的理化性能和介电性能下降.     

基于极化去极化电流法的冲击电容器油膜绝缘老化检测

利用极化去极化电流法(PDC)对冲击电容器油膜绝缘老化状态进行检测。介绍了该方法的理论依据,搭建了极化去极化电流测试平台,对未老化油膜以及不同老化程度的油膜进行了极化去极化电流的测试,得到了对应的极化去极化电流曲线、介质损耗以及直流电导率,分析了极化去极化电流曲线产生差异的原因。试验结果表明,通过对冲击电容器油膜的极化去极化电流进行分析,可以合理检测油膜的老化状态。     

电缆等温松弛电流的时间特性与温度特性研究

为研究极化/去极化时间和温度对电缆等温松弛电流(IRC)测量的影响,在不同实验条件下对10 kV交联聚乙烯(XLPE)电缆进行IRC测量。结果表明:增加极化时间可以提高测量结果的可靠性,极化时间不小于600 s时可获得较为准确的测试结果,极化时间在1 200～1 800 s时可有效提高IRC测量结果的准确性与老化因子A的稳定性。此外,去极化电流的分峰曲线会随去极化时间的增加而逐渐向时间轴增大的方向移动。随着测试温度的提高,去极化电流呈现先减小后增大的趋势。在较低温度范围内,温度升高会促进极化过程中电荷的脱陷行为,因此在去极化过程中较少的电荷脱陷行为导致较小的去极化电流;在较高温度范围内,温度升高会增大材料的电导率并促进去极化过程中深陷阱电荷脱陷,因此导致去极化电流增大。最后,基于上述实验条件,对不同老化程度的模型电缆进行IRC的检测,验证了该测量方法对电缆绝缘老化检测的灵敏性与绝缘状态评估的可行性。     

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。     

基于电介质响应理论的10kV交联聚乙烯(XLPE)电力电缆绝缘诊断

电力电缆的绝缘诊断是评估电缆老化程度的重要途径。近年来,最新发展形成的极化/去极化电流(polarization/depolarization current, PDC)方法,能有效反映电介质整体老化状态。本文研究了不同老化状态下电缆的极化/去极化电流特性,并分析电流特性与老化程度的关系。首先论述了极化/去极化的电介质响应理论,建立了电缆老化和极化/去极化电流测试方案。基于测量结果,建立了电缆三支路电路等效模型,进一步对电缆的频率响应特性进行分析。研究表明,老化电缆和新电缆的tanδ(ω)值在低频范围具有明显区分度,可用于表征电缆绝缘老化程度。