XLPE老化过程中交流绝缘参数特性

介绍了实验室中,XLPE电缆绝缘水针法加速工频老化实验及所测绝缘交流特征参数(介损、电容和电导等)。研究结果表明XLPE老化过程中的交流绝缘特征参数与其老化程度相关,不同老化阶段的特性不同.根据特征参数的变化规律可有效判断XLPE电缆绝缘老化状况。     

一种新的加速XLPE薄片水树老化的方法及其研究

基于原有的XLPE薄片水树老化方法,提出了一种能有效加速XLPE材料中水树生长的新型老化方法,然后对XLPE薄片进行加速水树老化实验,并对比分析实验结果。利用光学显微镜和扫描电镜观察薄片样本中的水树微观形态,并统计其长度。搭建水树老化的微观模型,并进行电场仿真分析。结果表明:采用新的老化方法可在短时间内有效培养出符合实际工业运行电缆中的水树,生成的水树长度和微观形貌差异较小,并且可以培养出非独立多棵水树;对于非独立多棵水树,其单棵水树的宽度变窄,重叠区域的水树枝密度与未重叠区域一致,水树长度集中在800μm左右,水树尺寸分散性较小,生成的水树符合"珍珠串"的典型结构。仿真结果显示:水树内部存在的电场屏蔽效应使成片水树重叠区域的水树枝密度与未重叠区域一致,单棵水树与非独立多棵水树前端的电场强度一致,交界处受到的Maxwell应力相同,产生的横向应力和纵向应力一样,对XLPE分子链的撞击力一样,引起的分子链疲劳断裂相同,因此水树长度相近。     

基于改进回复电压法的XLPE电力电缆绝缘水树老化评估

研究了一种改进的回复电压法评估方法——比率谱法。在传统油纸绝缘Debye模型的基础上,提出了带水树部分的XLPE电力电缆绝缘扩展Debye模型;仿真分析扩展Debye模型得出了不同水树长度和面积的比率谱;提出了运用比率谱最大值分布图分析电缆水树的具体状况;实验室条件下得到不同水树老化程度电缆的极化谱和比率谱。结果表明:比率谱最大值所处的充电时间tc对水树长度更敏感,而比率谱最大值的数值对水树面积更敏感;新电缆比率谱为一条相对平直的线,水树老化电缆比率谱则存在一个峰值;实验室测试得到的比率谱较好的反应了电缆绝缘水树的真实状况。     

退役电缆和加速老化电缆的绝缘性能研究

为了促进电缆绝缘诊断技术完善,对两组不同地区的各自运行了5年和10年的退役电缆和人工加速老化电缆分别进行了偏光显微镜观测、傅里叶红外光谱测试、差式扫描量热测试和宽频介电谱测试,得到了电缆试样的理化性能和介电性能。研究发现运行5年电缆试样的性能优于运行10年电缆试样的性能,这可能是由这两种电缆服役期间的运行环境、温度、湿度及敷设方式的不同导致的。热老化时间越长,电缆的性能越差,这对实际运行电缆具有一定的参考价值。     

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。     

水树老化XLPE电缆绝缘的修复技术及微观结构分析

为解决城市电网中的电缆绝缘老化问题,本文从电缆的缆芯压力注入一种有机硅液体以延长老化后交联聚乙烯(XLPE)电缆的寿命,对其实现方法、效果和微观结构变化进行了研究。讨论了水树的生长和修复原理,并对渗透的微观过程进行了分析。将新电缆试样进行水树加速老化形成明显的水树,通过修复液压力注入进行修复,修复后试样的阻性电流迅速下降,击穿电压提高。通过SEM(扫描电子显微镜)和XPS(X射线能谱分析)观察电缆切片,发现了水树区的胶状填充物,其成分为Si和Ti的氧化物。对现场运行电缆进行了绝缘修复实验,修复后介质损耗正切值明显下降。通过实验和微观分析说明,该方法对老化电缆的绝缘有较明显的改善作用,水树空洞生成的填充物具有良好的填充和绝缘性。     

一种加速XLPE电缆水树老化的新型水电极法

基于原有的水电极老化方法,提出了一种能有效加速XLPE电缆绝缘中水树生长的新型水电极法,并针对该方法的老化机制进行了讨论。采用改进后的新型水电极法老化XLPE电缆制作水树样本,测量老化过程中电缆样本的介质损耗正切角(tanδ)的变化。利用光学显微镜、红外光谱(IR)和扫描电镜(SEM)分析电缆样本中水树的微观结构和形貌变化,提出相应的微观老化模型。结果表明:采用改进后的水电极法生成的水树尺寸和微观形貌差异较小,水树长度在300~400μm之间,水树形貌为团状,水树缺陷内部微孔或通道的直径在几微米到几十微米之间。采用新型水电极法老化的电缆试样稳定有效,可生成符合典型结构和特征的水树,为进一步研究电缆绝缘老化机理提供了可靠的保证。     

水树对XLPE电缆绝缘材料性能和微观结构影响的研究进展

阐述了交联聚乙烯(XLPE)电缆中水树引发、生长理论,讨论了水树枝模型及水树化学反应过程,分析了水树对XLPE电缆绝缘材料电性能(介电常数、击穿电压、损耗因子、电导及电树引发电压)的影响。在此基础上,介绍了水树对XLPE电缆绝缘材料微观结构的影响,包括水树中的氧化降解作用对电缆微观结构以及水树对电缆绝缘中空间电荷分布的影响。     

缺陷形状对XLPE材料水树生长特性的影响

利用砂纸在XLPE薄片样本表面压制缺陷,模拟工业实际运行电缆中存在的不同形状的缺陷,然后对XLPE薄片进行加速水树老化实验,对比分析不同缺陷下的实验结果。利用光学显微镜和扫描电镜观察薄片样本水树长度及微观形态,统计不同缺陷下生长的水树长度。搭建水树老化的微观模型,并进行电场仿真分析。结果表明:缺陷深度相同时,不同形状缺陷下生成的水树长度和微观形貌差异较小,水树尺寸分散性较小。未生长水树时,电场畸变严重区集中在缺陷尖端,不同形状缺陷前端处的电场相差较大,缺陷形状对水树引发的影响很大;水树生长中后期,由于水树区域的电导率远大于XLPE材料的电导率,导致电场畸变严重区转移到水树尖端,大幅弱化了缺陷前端处的场强,因此缺陷形状对水树生长中后期的影响很小。     

在XLPE电缆加速老化过程中理解水树的自愈性

针对加速XLPE电缆绝缘水树老化过程中发现的绝缘自愈现象,对水树生长和绝缘自愈性机理进行了分析讨论。利用水针电极法对XLPE电缆绝缘进行加速水树老化,样本介质损耗因数随老化时间推移而增大,但一旦停止施加电压,介质损耗又会逐渐恢复到较低水平,出现了自愈现象。通过建立由一系列充水微孔和微观通道连接而成的水树模型,进行电场有限元计算,发现当水树通道打开时水树尖端电场畸变严重,由此产生的扩张能量使绝缘疲劳断裂,水树生长,介质损耗增加;停止施加电压后,水树通道内出现弹性恢复使水分被挤出,通道逐渐关闭,水树区变成孤立的充水微孔,绝缘自愈。再次施加电压后,充水微孔端部和关闭的水树通道内电场显著提升,水树通道逐步打开。研究表明,水树的自愈和水树通道的打开是一个逐步的过程,需要一定的时间,主要决定于施加的电场大小和绝缘的屈服强度。     

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。     

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。     

交联聚乙烯绝缘老化的试验与建模研究

本文介绍了交联聚乙烯（XLPE）电树枝老化的试验方法，给出了XLPE绝缘在在交流电压作用下的电树老化曲线。利用多元统计分析建立了枝状放电、丛状放电的数学模型，为XLPE电缆的在线检测提供了理论依据。     

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。     

在线注入有机硅修复液对交联聚乙烯电缆中水树生长的影响

提出了水树老化电缆的在线修复方法,讨论了在交变电场下修复液对水树的抑制作用及其绝缘修复机理。采用高频高压水针电极法对新样本、预修复样本和在线修复样本进行加速水树老化。老化一个月后,使用显微镜观察样本中水树形态并测量其水树长度。通过差示扫描量热法分析样本绝缘层的劣化程度,同时利用扫描电镜和能谱分析仪对比水树区域的微观形貌及化学结构变化。研究表明,在线注入有机硅修复液能有效地抑制水树的生长。在电场的作用下,修复液分子和水分子同时向强电场区域(如微孔、水树区域等)进行扩散并发生反应,消耗水分并且生成凝胶颗粒填充微孔,一定程度上缓解了绝缘的劣化。     

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。     

交联聚乙烯电缆中水树枝诊断的研究现状

交联聚乙烯（XLPE）电缆因其具有优良的导电性、较好的耐热性和机械强度,自问世以来已广泛应用于输电线路和配电网中。然而,当电缆绝缘处于潮湿的环境中时,在电场的作用下会产生水树枝老化。随着水树枝的生长,电缆的绝缘性能下降并可能导致绝缘击穿,从而影响电网的安全运行。总结了交联聚乙烯电缆中水树枝老化的研究现状,概述了水树枝的产生机理及近年来水树枝老化的诊断方法,最后对各种诊断方法进行了简单比较。     

基于硅氧烷的XLPE电缆水树修复方法研究

交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)绝缘电力电缆在经过长时间运行后会发生水树老化,降低电缆绝缘强度,威胁电力系统的安全稳定运行。笔者设计了一套XLPE电缆绝缘水树修复装置,利用硅氧烷修复液对电缆试样进行了修复工作,详细介绍了修复过程并深入分析了修复机理。然后仿真对比了修复前后不同类型水树区域的电场变化,测试了修复后电缆介质损耗角正切与绝缘电阻的变化趋势,接着对电缆进行了加速水树老化实验,利用光学显微镜观察老化后XLPE绝缘中的水树生长情况。研究表明:修复液与水能快速反应产生聚合物填充水树孔隙,逐步提升电缆整体绝缘性能;生成物的介电性能与XLPE接近,能显著改善水树区域特别是尖端的电场,抑制水树的进一步生长,有效延长电缆使用寿命。     

XLPE电缆绝缘老化修复技术的工程应用研究

通过水针电极老化法加速XLPE电缆绝缘产生明显水树,采用一种硅氧烷修复液对水树老化XLPE电缆绝缘进行修复,比较了修复前后老化XLPE电缆绝缘的介损和直流泄漏电流,并通过显微镜和扫描电镜（SEM）对水树及其内部的填充物进行了观察。结果表明：修复液能扩散到水树内消耗水分,生成绝缘性能良好的填充物填充水树空洞,使介损和泄漏电流明显下降,绝缘性能逐渐恢复到接近老化前水平。利用修复液对老化样本绝缘进行修复,对现场运行老化电缆进行了绝缘修复实验表明,修复后电缆的介损和直流泄漏电流下降一半以下,显著提高了水树老化运行电缆的绝缘性能。