交流电场下XLPE绝缘空间电荷研究综述

XLPE电缆目前广泛地应用于电力系统中,如何评估和预测现场运行电缆的老化及早期劣化的程度,是电缆绝缘状态评估的重要内容,然而这项研究在国内仍是空白。XLPE电缆的制造工艺过程、运行中的过电压和温升以及耐压试验过程都可能造成XLPE电缆绝缘特性的改变,导致绝缘性能下降,形成陷阱,特别是空间电荷的形成,畸变原有电场分布,直接影响XLPE电缆的绝缘特性。大量研究表明,在直流电场下空间电荷危害XLPE电缆绝缘,关于交流电压下空间电荷对XLPE电缆绝缘影响的探索较少。综述了交流电场下空间电荷效应对XLPE电缆绝缘影响的相关研究成果,并介绍了测量固体介质空间电荷分布的电声脉冲法,为从空间电荷测量角度研究XLPE电缆绝缘老化程度和状态评估提供了参考。     

电缆本体中空间电荷的测量与特性

交联聚乙烯(XLPE)电力电缆本体中的空间电荷在其绝缘的老化和击穿过程中扮演着重要角色,因此研究电缆本体绝缘中空间电荷的分布具有重要的意义。研制了一套电缆本体空间电荷电声脉冲法的测量装置,通过升流器实现了电缆线芯温度的控制,模拟了电缆在实际运行过程中线芯的温度随流通电流的大小而变化的状态。利用该套装置研究了常温和不同线芯温度下电缆本体中空间电荷的分布特性。研究发现:电缆本体中的空间电荷随着加压时间的增加而增多,随着温度的升高而减少且上电极与下电极之间的时间差随之增加。短路处理可以消除绝缘中空间电荷,但消除过程缓慢且不彻底。     

10kV交联聚乙烯电缆本体交流电压下空间电荷测量

由于交流电压下的空间电荷在交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘老化过程中起到非常重要的作用,采用新研制的基于电声脉冲(PEA)法的空间电荷测量系统,对10 k V XLPE电缆本体在工频交流电压下的空间电荷进行测量。提出一种采用最高频率为200 Hz的继电器产生高压窄脉冲以及控制脉冲施加到固定工频相位的方法,实现一个工频周波下每隔22.5°为1个测试点,共计16个不同相位的空间电荷信息采集。结果表明:在外施交流电压90°和270°相位处测得的PEA信号峰幅值最大,在0°和180°相位处峰幅值最小。     

电缆中空间电荷的测量与特性研究

交联聚乙烯电力电缆因其优异的电气性能,现已广泛应用于电力系统输配电线路中,然而由于绝缘本体中空间电荷的存在,会畸变局部场强,进而导致绝缘老化和击穿,因此研究电缆本体绝缘中空间电荷的分布具有重大意义。目前针对固体绝缘电介质,电声脉冲法测量空间电荷由于无损和方便等优势,在国内外被广泛采用。鉴于此,介绍了电声脉冲法的测量原理,并且结合实际运行情况中电缆线芯和外半导体之间存在温度差,通过穿心升流变压器和接触式温度传感器控制线芯温度,改进测量下电极形状以适应不同厚度和半径的电缆本体绝缘,设计了一套能够用于电缆本体的空间电荷测量装置,并进行了不同温度下的实际测量,实验结果表明,温度对声信号在介质中的传播速度以及空间电荷的注入影响明显。     

模型电缆空间电荷测试方法研究

介绍了直流电场下电缆绝缘的电场分布,阐述了模型电缆空间电荷测试的重要意义。分析了PEA法和PWP法空间电荷测试方法原理,在此基础上对PEA法模型电缆空间电荷测试方法存在的问题进行分析,并探讨了PWP法模型电缆空间电荷测试方法的优越性。     

不同含水量油纸绝缘热老化过程中的空间电荷特性研究

水分会导致油纸绝缘电气性能下降并加速老化,但是水分对油纸老化过程中空间电荷特性的影响鲜有报道。本文利用电声脉冲(PEA)法研究了不同老化阶段、不同含水量油纸中的空间电荷特性,结果表明当含水量较低时,增加含水量可以加速空间电荷到达稳态,但是进一步增加含水量反而会减速;老化初期的油纸主要以异极性电荷积聚为主,而随着老化程度的加剧,逐渐演变为同极性电荷注入。随着含水量的增加,需要更长的老化时间电荷注入类型才会发生变化,继续增大含水量将加速注入类型的转变。分析认为水分一方面会加速老化,加剧空间电荷积聚,另一方面会加快或减缓空间电荷到达稳态的过程,所以电荷注入类型会发生转变,转变时油纸中的空间电荷会很快到达稳态,阳极附近空间电荷积聚变少,电场畸变程度小。     

水树老化XLPE电缆绝缘的超低响应研究

本文采用差频的方法对ＸＬＰＥ电缆的超低频响应特性进行了研究,发现水树劣化电缆在０．３Ｈｚ以下差频范围的电流响应波形与完好电缆有显著差异,信号特征明显,检测灵敏度高,抗干扰能力强。最后,对水树的超低应电流脉冲响应机理进行了探讨。该研究对ＸＬＰＥ电缆检测技术的发展具有特别重要的意义。     

高压直流XLPE电缆研究现状

介绍了国际高压直流输电电缆绝缘的应用情况,概述了高压直流电缆的空间电荷与直流电缆测试方法的研究情况,展望了高压直流电缆材料及测试技术的发展方向。     

XLPE电缆绝缘老化检测方法拘研究

交联聚乙烯电力电缆（简称“XLPE电缆”）绝缘老化程度的判断对于保证电力系统的稳定运行至关重要。为了更好地掌握电力电缆的绝缘老化状况．保证输电线路的正常运行．研究TXLPE电力电缆绝缘老化常甬的检测方法．比较分析7各种检测方法的优缺点．最后提出了一种新的运用于XLPE电力电缆的联合检测方法。     

油老化状态对油纸绝缘直流电场下空间电荷特性的影响

为了深入研究油老化对油纸绝缘直流电场下空间电荷特性的影响,通过加速热老化得到三组不同老化程度的绝缘油试样,并对其进行理化及电气特性分析;然后利用所得油样分别对经过真空干燥的新绝缘纸进行真空浸渍,得到3组油老化状态不同的油纸绝缘试品;进而采用电声脉冲法(pulsed electro-acoustic,PEA)在室温下分别测量了3组试品在施加直流电压和撤除电压情况下的空间电荷分布,讨论了油老化状态对油纸绝缘试品中空间电荷注入、积聚及消散等特性的影响。实验结果表明：施加直流电压下,3组油浸纸试品与电极界面处均发生了同极性电荷注入现象,油老化程度越严重,电极与介质界面处感应的电荷密度峰值越大,积聚在试品中的空间电荷总量也逐渐增大,负电荷积聚区域逐渐向阳极方向推进。撤除电压后,随着绝缘油老化程度的加重,试品中的空间电荷消散速率增大,且正电荷的消散速率大于负电荷的消散速率。     

阻尼振荡波电压下含针尖缺陷交联聚乙烯电缆绝缘的击穿特性研究

基于10 kV交联聚乙烯(XLPE)电缆试样,在阻尼振荡波(DAC)作用下,研究了20~300 Hz频率内含针尖缺陷电缆绝缘的击穿特性随频率的变化规律。结果表明:在38.2~173.2 Hz内,DAC击穿电压随频率的升高而增大,在173.2 Hz处击穿电压达到峰值约为24 kV;在173.2~300 Hz内,DAC击穿电压随频率的升高而降低。     

工频电压下电缆本体的空间电荷测试

采用新的相位匹配方法,研制了交流电压下交联聚乙烯电缆本体的空间电荷测量装置。利用该装置进行了两组实验,以研究电缆的交流空间电荷特性。一是对电热老化90 d后的XLPE电缆进行2 h交流极化实验,二是对现场运行15年的电缆进行384 h温度梯度场下交流老化实验;在加压的过程中同时测量空间电荷。实验发现,工频50 Hz电压下电缆内部存在空间电荷;两组实验刚施加电压后,绝缘内部迅速出现随相位呈周期性变化的电荷;在第二组实验长时间老化过程中绝缘内部逐渐积累出不随相位变化的固定电荷。对于第一组实验,绘制总电荷量随交流相位的变化曲线,发现电压下降阶段的电荷多于对应相位的电压上升阶段的电荷,0°的电荷多于180°的电荷。该现象表明电荷复合滞后于电压下降,也间接证明了交流电压下空间电荷的存在。     

直流电缆屏蔽料对XLPE绝缘空间电荷的影响

随着交联聚乙烯（XLPE）绝缘直流电缆电压等级的提高,对半导电屏蔽料的质量及可靠性的要求也越来越高。选用了2种国外高电压等级用直流半导电屏蔽料、一种国产较为优秀的半导电屏蔽料和国内XLPE直流电缆绝缘料作为试验材料,测试了3种屏蔽料的热、电性能,屏蔽与绝缘的复合性能,研究了3种屏蔽料对XLPE绝缘空间电荷的影响。通过对试验结果的综合分析,提出了炭黑填充量、炭黑粒径和基体树脂以及界面结合情况是影响半导电屏蔽料体积电阻率和空间电荷注入的关键因素。     

基于电热加速老化试验的XLPE电缆绝缘性能研究

为了掌握电缆绝缘性能与温度之间的关系,在实验室对运行年限不同的10 kV高压XLPE电缆进行电热加速老化试验,测量不同的载流量下电缆分别在空气和沙土中的温度变化数据。试验测量数据和温升曲线表明,运行中电缆的温度变化与所加载的流量和周围环境介质均有关系,运行年限相同的电缆在空气中的温度变化较在沙土中的要大,运行年限越久的电缆不论在空气中还是在沙土中温升都较快。基于电热加速老化试验方法研究运行年限不同的电缆的温度变化情况,为电缆绝缘性能的判断提供参考依据。     

老化方式对交流交联聚乙烯电缆空间电荷分布的影响

为了研究高压交流交联聚乙烯(XLPE)电缆老化状态与绝缘空间电荷特征的关系,通过测量高压交流交联聚乙烯(XLPE)电缆不同位置绝缘的空间电荷特性,分析了老化方式对XLPE电缆空间电荷分布规律的影响。采用电声脉冲(PEA)法测量XLPE内空间电荷分布规律,发现未老化电缆铝电极附近积累同极性电荷,而老化后电缆的铝电极附近积累异极性电荷。沿电缆径向由内向外,未老化电缆及实际运行22a电缆电荷量增高,加速老化1a电缆电荷量降低。分析认为,加速老化电缆的老化可能起始于电缆绝缘内侧,实际运行电缆老化可能起始于电缆绝缘外侧。结果表明不同老化状态下交流XLPE电缆绝缘空间电荷行为明显不同,空间电荷测量可以作为评价交流XLPE电缆老化状态的有效手段。     

采用表面电位衰减法表征高压交联聚乙烯电缆绝缘中空间电荷的输运特性

空间电荷积聚是影响高压直流交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)电缆运行安全的重要原因,定量表征XLPE中空间电荷的输运特性,对抑制空间电荷积聚、提高电缆绝缘可靠性具有重要意义。采用厚200μm的XLPE薄膜为试样,通过表面电位衰减(surface potential decay,SPD)法测量其陷阱能级分布、载流子迁移率和体电导率。结果表明,电子陷阱能级深度分布在0.8～1.07eV,在1.01eV处存在陷阱密度中心;空穴陷阱能级深度分布在0.71～1.06eV,分别在0.89eV和1.01eV处存在陷阱密度中心。正、负电荷的迁移率分别为1.5×10-14 m2/(V.s)、1.7×10-15 m2/(V.s)。体电导率随场强降低而减小,逐渐达到稳定值约5×10-17 S/m。研究表明:交联剂过氧化二异丙苯受热分解形成的副产物苯乙酮和α-甲基苯乙烯,是导致浅能级空穴陷阱密度显著大于电子陷阱密度、从而使正电荷具有较高迁移率的主要原因。     

高压交联聚乙烯绝缘电缆绝缘收缩的研究

绝缘收缩会导致电缆老化击穿,对于高压电缆,该问题尤其明显,通过对脱气室内不同规格电缆的收缩数据的对比研究,提出工艺改进方法。     

交联聚乙烯电缆中空间电荷的研究现状

在电力系统中,交联聚乙烯绝缘因其优良的介电和耐热性能已被广泛应用于高压和超高压塑料绝缘电力电缆中。但在直流电场作用下,绝缘中容易形成空间电荷,空间电荷会使电场分布发生畸变,加速了绝缘老化,降低电缆使用寿命。总结了空间电荷在聚合物特别是聚乙烯电缆绝缘材料老化中的研究现状,概述了近20 a国内外在聚乙烯材料中抑制同极性和异极性空间电荷产生的方法,最后从工程实际应用出发,简要介绍了从空间电荷角度诊断交联聚乙烯电缆中电介质老化的方法及现状。