电缆绝缘老化的高压频域介电谱诊断评估方法EI北大核心CSCD

通过检测不同阶段的整体/局部热老化XLPE电缆高压介电谱,探究不同老化程度和不同局部老化段与完好电缆占比对高压介电谱的影响。结合XLPE材料老化过程中的理化特性和机械特性变化,分析宏观高压介电与微观物理化学性质的关系,并探讨基于高压频域介电谱的XLPE电缆老化评估方法。结果表明:具有一定程度老化的电缆,无论是整体老化还是局部老化,其高压介电谱都会呈现分层的特征,这是由于热老化过程中材料分子断键产生的极性基团和晶区破坏导致材料极化强度增大导致的。此外,具有一定老化程度的整体热老化、局部热老化缺陷电缆试样的分层度L均大于1,L矩阵可作为电缆老化现象的评估参数;较高检测电压等级(1.0U0)介电谱曲线的非线性度η对老化程度的变化敏感,可以作为电缆老化程度的评估特征;可以结合η的数值及曲线积分数值区间判定电缆是否为局部老化。     

高压频域介电谱诊断XLPE电缆局部绝缘老化缺陷的研究

热老化和水树老化是导致交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘性能下降的重要原因,及时发现和处理热老化和水树老化缺陷,对于电缆安全运行具有重要意义.为了解决超低频(0.1Hz)介电损耗检测对电缆局部老化检测灵敏度不高、无法实现老化缺陷类型区分的问题,开展高压频域介电谱诊断XLPE电缆绝缘老化缺陷的研究.通过加速老化,制备了水树老...     

考虑电导损耗对高压XLPE海缆低频介电特性的影响

随着海上风电的快速发展，高压XLPE海缆在海洋输电系统中承担着传输电能的重任。为了研究热氧老化对高压XLPE海缆频域介电特性的影响，本文在135℃下对XLPE试样进行加速老化试验，分别对不同老化程度的高压海缆XLPE试样进行频域介电特性测试。在分析实测试样介电特性时，发现有大量电导损耗和极化损耗相互叠加于中低频域内，影响了应用频域介电特性评估高压XLPE海缆绝缘老化状态的准确性。针对这一问题，本文推导出分离介电响应数据中电导损耗和极化损耗的方法。最后探究电导损耗对模型参数辨识精度的影响，并提出表征老化程度的特征参数。结果表明：高压XLPE海缆的频域介电曲线随着老化程度加深而向高频方向移动，且低频段内弥散现象越发明显；将复介电常数虚部中的电导损耗去除后能够提高Havriliak-Negami(H-N)模型参数辨识的精度；提取的特征参数弛豫强度?ε和高频介电常数ε∞能够表征高压海缆XLPE绝缘的老化状态，可实现高压XLPE海缆绝缘老化的评估。     

基于高温介电谱测量的XLPE老化状态评估

核电站中应用的交联聚乙烯(XLPE)电缆受到辐射作用后,其绝缘性能将发生变化。为研究XLPE绝缘经历热老化后在不同温度下介电特性的变化,对其分别进行了热和热-辐射老化实验。对试样进行了80、100、135、155℃下100-800小时的热老化,同时进行相同条件下引入100Gy/h伽马射线的热-辐射老化,并完成了25-200℃下介电谱测量。实验结果发现：引入辐射条件后,试样的活化能与Cole-Cole曲线中β的数值出现了明显减小;老化温度与辐射条件相同时,试样的电导率与松弛峰峰值频率fp随老化时间的增加而增大,能够很好地反映试样老化过程中介电特性的变化;温度不同时,低频下的复介电常数和复介电模量规律更加明显。因此,高温低频下的介电特性可以有效反映XLPE绝缘老化状况。     

应用频域介电谱法的高压套管状态评估

介绍了频域介电谱测试的原理和测试方法,对一支存在疑似缺陷的套管进行了频域介电谱测试,并结合套管局部放电试验进行对比分析。结果表明采用0.01～1000Hz频段的频域介电谱测试获取套管介损频率曲线,能够较灵敏检测套管内部绝缘介质老化、受潮以及内部异物等状况。频域介电谱测试应用于高压套管绝缘现场诊断,其实施简单、抗干扰能力强,可作为传统检测方法的补充,具有较好的工程实用价值。     

XLPE电缆绝缘加速热老化特性

为探究长期运行环境下XLPE电缆绝缘的老化特性,在实验室条件下对电缆绝缘材料进行加速热老化实验,通过红外光谱、氧化诱导时间及频域介电响应测试,比较分析老化前后XLPE电缆绝缘的理化特性、电气特性变化规律。结果表明:红外光谱中的羰基峰值可用于定性分析XLPE绝缘材料的老化程度;XLPE绝缘高温下的降解随着老化时间的延长愈加严重,氧化诱导时间不断缩短;XPLE材料介质损耗因数频谱曲线的最小值tanδ_(min)与材料老化程度相关且与测试温度无关,因此tanδ_(min)可作为评估XLPE绝缘老化情况的特征量。     

加速水树老化对XLPE电力电缆绝缘性能的影响

交联聚乙烯(XLPE)因具有稳定的理化性能和良好的电气性能而被广泛应用于中高压电缆绝缘中,而电缆长期运行会导致其内部绝缘的化学成分和物理形态的变化。为此,通过加速水树老化实验研究了水树老化对10kV交联聚乙烯电缆绝缘材料理化性能和介电性能的影响。随着老化时间的延长,发现电缆的外层绝缘首先发生化学结构变化,结晶度和密度减小,试样内外层热失重温差增大,熔融温度点向低温偏移,并且发现在介电损耗谱的低频段出现了新的损耗峰。理化和介电两个方面的分析结果表明,老化首先发生在外层绝缘,在电应力和机械应力的作用下,绝缘内部出现微观缺陷,表现为微观结构的变化。提出加速水树老化的物理和化学过程,阐明了水树老化过程对电缆绝缘材料性能的影响机制。     

变压器油纸绝缘老化介电谱特性及特征量研究

为了研究系统的老化状态和水分含量对油纸绝缘介电响应特性的影响,测量了在相同试验条件下,经过相同处理油浸纸板试样的去极化电流、频域介电谱以及含水率,获得时频域的介电响应特性曲线,利用最小二乘法、扩展Debye模型对去极化电流曲线进行拟合,分析拟合结果,得到热老化对松弛时间较长的扩展Debye支路影响较为明显;利用Davidson-Cole模型对不同老化程度及不同含水率试样的频域介电谱实测曲线进行拟合,并提取介电特性相关参数,得到松弛时间随老化程度加深和含水率的增大均呈减小趋势,此变化规律可用于对变压器油纸绝缘老化状态和含水率的评估。     

基于超低频介损和U-I滞回曲线的XLPE电缆水树老化状态评估EI北大核心CSCD

为准确地评估交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)电缆的水树老化程度,该文提出一种基于超低频介损和U-I滞回曲线的评估方法。对3组XLPE样本分别进行0、96和168h的加速水树老化,老化结束后采用快速超低频介损设备(very-low frequency dielectric loss detector,iFDS)在1mHz~1kHz范围内测试不同水树老化状态的XLPE电缆的介电频谱和不同频率下U-I滞回曲线。结果发现:水树老化后的电缆段在超低频段(1mHz~0.1Hz)的介损值显著增大,并在0.002和0.1Hz附近出现两个明显的松弛损耗峰。老化越严重的试样,U-I滞回曲线形变越严重。水树老化后电缆绝缘中产生了新的松弛极化过程,相较于单一频率0.1Hz下的介损值,超低频介电谱能够提供更丰富的绝缘状态信息。在1mHz下,U-I滞回曲线特性的偏转角变化率与曲线形变率均随超低频介损值的上升而增大,能够更加准确地评估电缆绝缘的水树老化程度。将超低频介损结合U-I滞回曲线可以有效地评估电缆绝缘的水树老化程度。     

交联聚乙烯电缆的老化及其诊断方法研究进展

综述了交联聚乙烯(XLPE)电缆在运行中的老化过程及其诊断方法。首先介绍了XLPE的微观结构,分析了其形态学和能带结构,并在此基础上讨论了XLPE电缆的热、电老化机理。XLPE电缆老化表现出的电气、力学以及理化性能上的变化可以用多种试验方法来检测和诊断。常规方法如测试绝缘电阻、介质损耗角正切值、介电响应等在现场已有了广泛的应用;在实验室中,差示扫描量热、傅里叶红外光谱、微观形貌观测等方法也应用于电缆切片样品的诊断。尽管在现场和实验室中取得了较好的效果,但依然缺乏判断电缆退出运行的直接理化依据,未来应加强实验室与常规诊断方法结合,建立更多老化判据。     

基于高压频域介电响应的交流500kV交联聚乙烯海缆绝缘老化状态检测与分析

开展海缆绝缘性能劣化状态检测与评估是保障其安全稳定运行的重要手段。该文搭建高压频域介电响应测量平台,基于此测试分析500kV交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)新海缆和电热老化海缆的高压频域介电响应特性变化规律,并结合Dissado-Hill QDC模型对海缆高压频域介电特性变化机制进行了分析。结果表明:与新海缆相比,电热老化海缆XLPE材料的晶面间距更大,簇间极化更强,这导致同等测量电压下电热老化海缆的电容和介损值更大,其频域介电曲线随测量电压升高呈现更为明显的分层现象;电热老化海缆的介质损耗标量变化幅度平均值较小,介质损耗标量变化幅度平均值可作为海缆老化状态的表征参量,该文结果为超高压海缆绝缘老化状态检测提供了借鉴。     

修复液抑制XLPE电缆局部放电的有效性研究

针对XLPE电缆中存在水树缺陷引起局部放电导致电缆绝缘迅速劣化的问题,提出了一种通过注入修复液修复电缆水树缺陷抑制电缆局部放电的方法,从XLPE电缆试样局部放电特征及缺陷表面微观形貌结构两方面研究修复液对XLPE电缆局部放电的影响。采用水针电极法加速XLPE电缆绝缘水树老化,并对生成水树缺陷的电缆试样进行注入式修复,测试分析修复前后电缆试样的局部放电特征,并对修复后电缆试样缺陷处的表面形貌特征进行分析。此外,建立XLPE电缆水树缺陷的有限元模型,结合水树缺陷处电场仿真进一步阐述修复液对XLPE电缆局部放电的影响机理。结果表明:修复后XLPE电缆局部放电的放电幅值和放电次数均大幅减小,表明修复液可以抑制电缆局部放电的发展,减缓XLPE电缆绝缘的劣化。     

热老化对发电机定子线棒用环氧—云母绝缘频域介电特性的影响

为了研究热老化对发电机定子线棒用环氧—云母绝缘频域介电特性的影响,在170℃环境下对线棒样段进行加速热老化试验,老化时间分别为0、7、14、21 d.通过频域介电谱法测试了不同老化时间试样的频域介电谱,分析了老化时间对介质损耗和相对介电常数的影响;采用扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱对环氧—云母绝缘体系老化前后的微观形貌...     

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。     

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。     

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。     

油老化对变压器油纸绝缘频域介电谱的影响

为研究变压器油老化对油纸绝缘频域介电谱的影响,以便准确地评估变压器油纸绝缘老化状态,对变压器油进行加速热老化,获得3组不同老化程度的变压器油试样。采用3组油样分别对新绝缘纸进行充分浸渍,得到3组油老化程度不同的油浸纸试样。对每组试样进行频域介电特性测量,获得油浸纸试样介电参数的频域介电谱,研究油老化对变压器油纸绝缘频域介电特性的影响。结果表明:油老化严重时,油纸绝缘的复电容实部(C′)增大,虚部(C″)和介质损耗因数(tanδ)在较低频率范围受变压器油老化的影响显著,且随着油老化的加重而增大,而在较高频率范围的影响较小。     

不同温度下退役高压电缆绝缘介电特性研究

为研究不同运行年限交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘层不同位置的介电特性变化,文中对2条退役和1条备用110 kV电缆绝缘层进行分层取样,在50～250℃之间选取8个温度点,进行介电谱试验。结果表明:XLPE电缆绝缘的复介电常数在高温下随频率变化明显;各试样的电导率和松弛峰峰值频率随运行年限的增大先减小后增大,能较好反映不同运行年限电缆的介电特性变化;同一电缆试样不同绝缘层位置的松弛峰峰值频率对应的活化能和Cole-Cole曲线对应的圆心角之间的差异随运行年限的增大先减小后增大,能较好反映电缆不同绝缘层位置之间的介电特性差异。各试样介电特性在高温下随运行年限的变化可作为评估XLPE电缆绝缘状况的有效手段。     

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。     

介电谱用于评估XLPE电缆绝缘劣化状态的研究

电缆绝缘的介电性能与其劣化状态密切相关,本研究采用一种新的介电分析方法通过介电谱评估XLPE电缆绝缘的劣化状态,该方法通过对介电常数实部频谱进行数学变换获得新的谱图。首先在130℃下对XLPE电缆绝缘进行不同时间的加速老化实验,获得不同劣化程度的XLPE试样,然后用新的介电分析方法评估这些试样的劣化状态,并采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征其化学结构的变化。结果表明:新谱图中损耗峰的峰值频率能够表征电缆绝缘的劣化状态,峰值频率越低,劣化程度越严重。同时,羰基峰的出现表明XLPE的化学结构发生了变化,损耗峰峰值频率的变化与此相关。