预鉴定试验对直流电缆中空间电荷特性的影响

为研究预鉴定试验对直流交联聚乙烯(XLPE)电缆的影响,对国内自主研发的200 k V直流XLPE电缆进行了预鉴定试验,并采用傅里叶红外光谱测试(FTIR)、差示扫描量热法(DSC)、空间电荷测试等方法,分析了预鉴定试验前后电缆XLPE绝缘中层绝缘的状态变化。结果表明:预鉴定试验前后,电缆绝缘材料本征基团对应的特征吸收峰基本不变,熔融温度、结晶温度变化不大,电缆材料未发生明显老化。预鉴定试验前后,电缆绝缘中层切片试样均有明显的异极性空间电荷积累,30℃下预鉴定试验后试样短路过程中的平均体电荷密度明显大于预鉴定试验前的试样。预鉴定试验使电缆绝缘层内的交联副产物沿电缆径向由线芯侧向外侧扩散,使电缆绝缘中部的交联副产物含量增多。电缆绝缘中层切片经实验室脱气处理后,异极性空间电荷的积累量大幅下降,表明现有200 k V直流XLPE电缆经脱气处理后,仍留存大量的交联副产物,需要进一步改进生产过程中的脱气工艺。     

基于极化去极化电流法的水树老化XLPE电缆界面极化特性分析

为实现对水树老化交联聚乙烯(XLPE)电缆进行准确、快速的绝缘状态诊断,该文基于极化去极化电流法(PDC)研究水树老化电缆极化过程中电导电流的变化,分析因水树区域电导率与相对介电常数的变化导致的"水树-XLPE"界面极化特性。通过获取不同老化时间的电缆样本并进行了PDC测试,提取电缆样本的电导电流,分析"水树-XLPE"的界面极化特性及其对极化去极化电流测试的影响。研究结果表明:不同测试电压下水树老化电缆的电导率呈现出非线性,极化过程中老化样本的电导电流呈现出先增大后逐渐衰减至稳定值的趋势,且随着老化时间的增加,这一趋势也越明显。分析认为,测试过程中由于水树区域电导率与相对介电常数发生变化,导致"水树-XLPE"界面极化电流存在先增大后减小至稳定值的趋势,从老化电缆的极化去极化电流中提取的电导电流存在峰值,电缆水树老化程度越严重,这一峰值也越大。     

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。     

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。     

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。     

型式试验对挤塑绝缘高压直流电缆老化状态的影响研究

通过对国内自行研制的200 k V挤塑绝缘交联聚乙烯电缆的空间电荷、松弛电流和热性能进行测试,分析了型式试验对电缆绝缘的影响。型式试验前后,主绝缘中部切片试样在表面区域均存在明显的异极性空间电荷分布,且电荷积累量变化不大,状态因子、熔融热焓、结晶热焓和交联度变化亦不明显,表明型式试验对电缆中部绝缘的老化程度影响较小。切片脱气处理后,试样表面区域的异极性空间电荷积累和短路时空间电荷平均单位体积密度显著降低,表明空间电荷行为受制造过程中残留的交联副产物影响很大。空间电荷、等温松弛电流和差示扫描量热的测试结果的关联性较好,均能有效反映老化状态的变化,可用于挤塑绝缘直流电缆的绝缘状态评估。     

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。     

交联聚乙烯绝缘电缆老化的介电响应与局部放电特性研究

为研究交联聚乙烯（XLPE）电缆老化特性并探究影响材料介电性能的微观因素,对不同老化状态的XLPE电缆进行等温松弛电流与局部放电测试。构建纯聚乙烯分子P1、含羟基的老化聚乙烯分子P2以及进一步热氧老化的含羧基聚乙烯分子P3模型,并基于不同老化状态的聚乙烯分子开展量子化学计算。结果表明：随着老化时间的增加,去极化电流时间...     

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。     

脱气处理对交联聚乙烯中交联副产物及空间电荷特性的影响

为研究脱气时间对电缆绝缘层中剩余交联副产物的影响,在65℃的烘房中对交联聚乙烯(XLPE)高压直流(HVDC)电缆进行了不同时间的脱气处理,并采用气相色谱-质谱法(GC-MS)检测了经过4、5、6周脱气处理后XLPE绝缘中残留的交联副产物的种类和含量,同时对不同脱气时间的试样切片进行空间电荷测试,分析不同脱气时间对试样空间电荷特性的影响。结果表明:XLPE中的交联副产物主要为α-甲基苯乙烯、苯乙酮和苯甲醇,且其含量随脱气时间延长而明显下降。不同交联副产物的脱出速率不同。同一种交联副产物其脱出速率在不同脱气阶段也有所不同。不同脱气时间的试样在短路过程中的平均体电荷密度及其衰减率明显不同,随着脱气时间的延长,相同短路时间的试样中平均体电荷密度有所下降,试样中的平均体电荷密度衰减率也有所下降。     

高压退役电缆空间电荷特性

由电缆老化引起的绝缘层空间电荷的积累与消散对于电缆绝缘性能有很大影响。选择2根退役及1根备用110 kV交联聚乙烯电缆,利用电声脉冲法测量了不同位置的空间电荷分布,初步分析了空间电荷特性与电缆老化之间的关系。结果表明:老化后的试样不同位置的正极性电荷和异极性电荷(不包含正极性电荷)均增加;极化阶段平均体电荷密度差异很小,无法判断电缆老化状况;去极化起始阶段,电荷脱陷使得平均体电荷密度跃变,不同电缆样品不同层的初始值差异较大;随着时间增加,电荷消散速度逐渐减小,很好的反应了绝缘层陷阱能级的变化。总的来说,电荷消散过程中平均体电荷密度的变化及陷阱能级差异更能反应电缆老化状况。     

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。     

交联电缆试验方法的选用

随着交联聚乙烯绝缘电力电缆（简称交联电缆或XLPE电缆）的推广使用,对交联电缆试验方法的争议日益突出。DL／T596-1996《电力设备预防性试验规程》规定：交联电缆新做头后必须做直流耐压试验;正常周期性预防性试验包括测试主绝缘绝缘电阻、外护套绝缘电阻以及铜屏蔽层直流电阻与导体直流电阻之比。     

电缆接头绝缘用硅橡胶热老化及超声特性

硅橡胶凭借其高弹性与优良的电气性能,广泛应用于预制式交联聚乙烯高压电缆接头的主绝缘中。但长时间的异常温升会加速材料的老化,导致其相关性能的下降,从而引发事故。为此设计并开展了预制式高压电缆接头绝缘用硅橡胶的加速热老化试验,对比分析了其热老化前后的微观结构、力学性能、电学性能与声学性能。结果表明:热老化后电缆接头硅橡胶绝缘残余的交联副产物挥发,侧链有机含量降低,主链间发生交联;随着老化温度与时间的增大,试样的断裂伸长率与拉伸强度逐渐下降,杨氏模量逐渐上升,导致柔顺性变差,材料逐渐硬化,弹性丧失;体积电阻率与相对介电常数略有上升,变化不明显,介电损耗因数随热老化的进行而降低;热老化后电缆接头绝缘用硅橡胶的超声声速显著增大,测试结果符合相关理论公式,与杨氏弹性模量的变化趋势良好对应,在评估电缆接头硅橡胶绝缘的热老化状态有广阔的应用前景。     

XLPE电缆等温松驰电流老化因子与寿命指数对应关系研究

交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆的老化是影响其可靠性的重要因素。XLPE电缆绝缘的寿命指数是评估XLPE电缆老化状态的有效参数,寿命指数的确定需要对大量的样品进行测试,并不适用于评估运行中的XLPE电缆的老化状态。通过对高压XLPE电缆绝缘等温松驰电流的测试,可以得到反应不同极化类型的时间常数及系数,并得到与其老化状态相关的老化因子。本文通过对经过不同老化时间的XLPE电缆样品的等温松驰电流及逐级击穿试验得到了相应的老化因子和寿命指数。试验结果表明,未老化XLPE电缆的松驰电流老化因子为1.98~2.14,半年老化后的老化因子为2.47~2.79,而一年老化后的老化因子约2.99~3.15,相对应的寿命指数分别为15.6、14.3及9.3。因此等温松驰电流老化因子与寿命指数有相关的对应关系,可以对运行中的XLPE电缆等温松驰电流进行测试,按对应的寿命指数对其老化状态进行评估。     

110 kV XLPE电缆不同成型工艺下绝缘层红外光谱分析

目前中压、高压及超高压交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆的生产基本采用悬链式(catenary continuous vulcanization,CCV)和立塔式(vertical continuous vulcanization,VCV)2种成型工艺,基于此,对某公司提供的CCV和VCV2种成型工艺生产的110 kV/800 mm~2 XLPE电缆进行热处理,并采用红外光谱技术对热处理前后的绝缘层中交联副产物进行分析与研究。实验结果表明:热处理后的2种成型工艺下的XLPE电缆的绝缘层中均存在苯乙酮、枯基醇和α-甲基苯乙烯交联副产物,其中VCV电缆绝缘中苯乙酮的残余量较大,其余残余物含量基本接近;而热处理后CCV电缆绝缘中苯乙酮和α-甲基苯乙烯含量较热处理前明显减少,但枯基醇在热处理前后无明显变化,同时热处理后电缆外层较内层挥发彻底,残余量小。     

基于PDC方法的XLPE中压电缆绝缘性能的检测及分析

通过极化-去极化电流法对中压电缆的绝缘状况进行检测,并对检测数据进行分析。由于去极化电流的高频成分特性与被测电缆的长度相关,当标准新电缆长度与老化电缆长度相差较大时,会影响对电缆老化状况的判定。尝试通过分析对电缆长度相对更不敏感的去极化电流低频成分来克服电缆长度带来的影响。通过分别分析去极化电流低频成分的幅值范围、平均放电速率及受到不同极化时间的影响来判定电缆的绝缘老化状况。最后将该分析用于已修复电缆,可以发现已修复电缆特性接近于相同长度的新电缆,说明该分析确实可以实现鉴定电缆老化状况的功能。     

基于PDC的变压器油浸纸老化程度与水分含量评估方法研究

为将极化去极化电流法(PDC)应用于实际运行中变压器油纸绝缘的状态评估,笔者在实验室搭建了油纸绝缘PDC测试试验平台,测试了不同老化程度不同水分含量油浸纸样品的PDC特性曲线,并对测试结果进行对比分析。分析结果表明:在测试时间范围内,老化程度对油浸纸极化电流曲线的前段和中段以及去极化电流曲线的整个测试阶段产生影响;水分含量对油浸纸极化电流曲线的整个测试阶段以及去极化电流曲线中末段产生影响。提出以初始去极化电流idp1作为油浸纸聚合度的映射特征量,稳态极化电流id(电导电流)作为水分含量的映射特征量,分别拟合出两者之间的函数关系,以此提出一种适用于不同老化程度油浸纸水分含量的评估方法。     

525 kV挤包绝缘柔性直流海缆脱气时间研究

采用傅里叶红外光谱与直流特性测量方法研究了525 kV挤包绝缘柔性直流海缆的最佳脱气时间,分析了电缆绝缘层中不同位置绝缘的交联副产物相对含量、直流电导率、直流电气强度和平均空间电荷密度随脱气时间的变化规律。结果表明:脱气33 d后,不同位置绝缘的交联副产物含量与直流电性能均趋于稳定,525 kV挤包绝缘柔性直流海缆的脱气时间达到35 d时,即可获得较为稳定的脱气效果。未脱气时绝缘层不同位置的交联副产物含量及直流特性较为均一,脱气过程中内部绝缘的直流特性参数均劣于中部绝缘与外部绝缘。     

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。