220 kV高压交流电缆用交联聚乙烯绝缘材料的性能研究

采用熔融共混法制备了220 kV高压交流电缆用交联聚乙烯绝缘材料预混料,采用后吸收法工艺制备交联聚乙烯绝缘材料。研究了国产高压交流绝缘材料与同电压等级进口材料在杂质含量、力学性能、体积电阻率、热老化性能、加工工艺性能等方面的差异,发现相关问题及差距,对国内高压电缆材料研发有一定参考意义。     

320kV交联聚乙烯直流电缆用国产基料选型研究

目前,320 kV交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)直流电缆是已投运的最高电压等级的柔性直流电缆。XLPE高压直流电缆是柔性直流输电系统的核心设备,将XLPE高压直流电缆绝缘基料国产化具有重要意义。该文测量与评估了多种国内知名厂家生产的绝缘基料的直流击穿电场强度、空间电荷特性与直流电导率,对比国外超净基料、绝缘材料(超净基料+2%交联剂)对应电性能指标,优选出了两种国产基料,确定了320kV XLPE直流电缆绝缘料用基料国产化的可行性。最后,详细研究了国产基料直流电导率参数,确定了适合于国产基料的电导率拟合函数。     

220kV交联聚乙烯电缆绝缘料性能对比研究EI北大核心CSCD

为实现220kV及以上等级交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)电缆绝缘料研发,须对其基础树脂和成品料主要性能做出完整评价,并对比其与进口材料的差异。该文阐述国产220kV电缆绝缘料配方体系和生产工艺设计原理。以进口同等级绝缘料作为对比,通过萃取进口材料交联剂获得可供测试的提纯树脂,对比测试国产与进口绝缘料基础树脂的大分子结构和流变性能;对比分析国产与进口绝缘料XLPE的交流电气性能、热氧老化性能和交联性能。结果表明:国产基础树脂在分子量及分布、支化度、化学成分及流变性能上均与进口同等级电缆料基础树脂相近;国产220kV XLPE绝缘材料在击穿强度上与进口材料持平,且相比原始基础树脂在击穿性能上有所提高,介电损耗性能上优于进口材料;国产XLPE热氧老化性能、交联度和交联反应效率上优于进口材料,抗预交联性能上与之持平,国产材料相对更优的抗氧化性能导致交联剂用量偏大,交联反应产气量相对较大,但达到饱和脱气所需时间基本一致。     

国内首条应用国产绝缘材料的220?k V高压电缆投运

正2021-03-23T16:23,全国首条应用国产高压交联聚乙烯绝缘及屏蔽材料的220 kV高压电缆在辽宁阜新220 kV新煤线成功投运。这是应用国产绝缘材料的高压电缆首次挂网运行。高压交联聚乙烯电缆由于结构简单、制造安装方便,目前已成为远距离、大容量输电和大电网柔性互联的关键装备,广泛应用于城市电网改造、跨区域联网、海上风电接入等工程。我国高压电缆绝缘材料研制起步晚,此前110 kV及以上绝缘材料全部依赖进口,是我国急需攻克的“卡脖子”技术之一。为尽快突破高压电缆核心技术,在国家电网有限公司的组织下,全球能源互联网研究院有限公司联合中国电力科学研究院有限公司、重庆泰山电缆有限公司、国网辽宁省电力有限公司等制造企业和试验运维单位,共同开展仿真设计、材料研发、电缆制造、系统匹配关键技术研究,攻克国产电缆材料的缺陷控制及批量化制备、电缆圆整度控制及附件设计等关键技术难题,研制出国产高压电缆绝缘材料,开发了具备自主知识产权的国产交联聚乙烯绝缘材料和电缆系统。     

高压交流电缆用交联聚乙烯绝缘料性能对比实验研究

中国高电压等级交流电缆用交联聚乙烯（XPLE）绝缘料研发较晚,目前国产220 kV电压等级绝缘料暂未获得工程应用。以3种国内外高压电缆XLPE绝缘料为研究对象,对比分析绝缘料热压试样的工频击穿场强、介电常数、介质损耗正切、熔融和结晶性能、拉伸强度、断裂伸长率、微观形貌和交联度等参数。实验测试结果表明：国产XLPE绝缘料的宏观性能参数已经和进口XLPE绝缘料相差不大,甚至国产绝缘料试样的击穿场强和力学性能参数优于进口X1#试样,但同时也能够发现国产绝缘料的不足之处,例如击穿场强的稳定性较差、介质损耗角正切值偏大等。研究结论可为国产电缆绝缘料的研发与性能提升提供数据支撑。     

320kV国产交联聚乙烯绝缘料高压直流电缆设计

为促进国产交联聚乙烯绝缘料在高压直流电缆绝缘中的应用,根据实验数据推导出国产交联聚乙烯绝缘料的电导率方程,得到了电导率与温度和电场之间的关系;实验测得五种不同厚度薄试样的击穿场强,根据双参数威布尔分布推导出绝缘料的击穿场强与厚度的关系,得出厚度为26 mm下绝缘材料的击穿场强;根据TICW 7.2标准设计出320 kV高压直流电缆的结构,利用Comsol Multiphysics软件仿真得出电缆在不同负荷状态下的电场和温度场分布。仿真结果表明:当导体绝缘内温差大于5.3℃时,绝缘外部场强开始高于内部场强;当导体温度为70℃时,绝缘内部电场最大值为15.1 kV/mm,远低于材料的击穿场强。通过仿真分析,为成功设计320 kV高压直流电缆提供参考。     

低密度聚乙烯基料链结构对黏弹特性的影响

高压电缆向高电压等级和大长度的发展，对交联聚乙烯绝缘料的加工性能提出了更高的要求。绝缘料的加工性能和电缆绝缘成型质量主要受低密度聚乙烯（LDPE）基料黏弹特性影响，基料的黏弹特性取决于其链结构。然而，由于LDPE基料分子链支化结构复杂，难以建立单一的链结构参数与黏弹特性的关联，因此精准地获得LDPE链结构特征对黏弹特性的影响对电缆绝缘优化升级至关重要。该文采用制备型升温淋洗分级工艺，对管式法LDPE和釜式法LDPE进行分级得到具有不同平均分子量的级份，采用凝胶渗透色谱法和旋转流变仪表征原料和级份的链结构参数及黏弹特性。结果表明，长链支化结构相似时，重均分子量越大，分子链间越容易产生缠结，黏度和模量越高，剪切变稀现象发生频率越低；重均分子量接近时，零切黏度与长链支化度具有非单调关系，过高的长链支化度会削弱分子链间的物理缠结，导致零切黏度降低。基于LDPE黏弹特性构效关系，结合电缆挤出成型工艺，设计更为适宜的基料黏弹特性参数，以此优化调控LDPE的链结构，是未来高端电缆绝缘材料研发的方向。     

基于国产交联聚乙烯绝缘材料的直流模型电缆电性能研究

为更有效模拟电缆的构造及生产过程,针对优选的国产低密度聚乙烯绝缘基料(以下简称LDPE试样),采用热贴合方法将LDPE试样(含交联剂)分别与两种已在直流电缆中应用的屏蔽料试样(均含交联剂)制备成薄片试样,开展在高场强不同温度下的空间电荷特性对比研究,优选一种适于国产基料的屏蔽料。在此基础上,试制了基于国产绝缘料的直流模型电缆,经脱气处理后开展模型电缆空间电荷测量及直流击穿实验,评估国产绝缘料作为直流电缆绝缘料的可行性。结果表明:采用国产绝缘料和与之兼容的半导电屏蔽料可以满足高压直流电缆的绝缘性能要求。     

国产环烷基超高压变压器油的应用及评价

介绍国产环烷基超高压变压器油在500kV进口设备中的替代应用；将国产变压器油与几种进口油的理化性能及组成进行了深入剖析对比，阐述了与国产环烷基超高压变压器油的优点与弱点，建议进一步从生产工艺上改进提高。     

高压直流电缆用低密度聚乙烯的结构与电气性能分析

低密度聚乙烯的分子结构是影响高压直流电缆电气性能的关键因素。本文选取了进口和国产的高压直流电缆用绝缘料,通过凝胶渗透色谱、红外光谱和核磁共振谱从结构上研究聚乙烯基料的分子量分布、碳碳双键含量和支化度;从宏观上分析材料的电气性能和加工流变性能,并探讨聚乙烯的结构特性对其电气和流变性能的影响机制。结果表明:进口绝缘料的分子量分布较窄,端基双键含量高,长链支化度高,在高温下的绝缘性能较好,50℃下的直流击穿场强比国产绝缘料高约36%,且在40 kV/mm直流场作用下其内部未发现异极性空间电荷。聚乙烯分子量分布窄,分子内部晶点(大分子或超大分子等杂质)较少,有助于抑制异极性空间电荷。聚乙烯支化度较高,分子链间缠结点较多,使得材料在高温下的稳定性较好。     

500kV交联聚乙烯绝缘电缆绝缘结构研究

本文叙述交联聚乙烯 (XL PE)绝缘电缆绝缘统计设计方法。论述我国研制开发 5 0 0 k V XL PE电缆的绝缘结构采用绝缘统计设计方法的合理性。叙述我国 5 0 0 k V XL PE电缆的绝缘水平要求。论述对照日本已经运行的 5 0 0 k V XL PE电缆的绝缘结构参数和绝缘质量控制要求 ,采用绝缘统计设计方法 ,按相同可靠性原则作为我国 5 0 0 k V XL PE电缆确定电缆绝缘厚度和绝缘质量控制要求的基础是合理的。本文提出不同导体截面 5 0 0 k V XL PE电缆的推荐绝缘厚度。     

Development of 500-kV XLPE cables and accessories for long distanceunderground transmission line-Part I: insulation design of cables

This paper discusses the results of a basic study for the development of 500 kV XLPE power cables. The authors have established that the factors that decide the performance of today's XLPE cables are impurities in the insulator and protrusions on the semiconductive layer, and that the insulation performance of XLPE power cables is determined by the size of these defects. In model tests of XLPE power cables, the minimum insulation breakdown stress of cables was determined, to set the design values for 500 kV XLPE cable. As a result, it was found that it is possible to design cables having an insulation thickness of 25 mm     

我国高压及超高压交联聚乙烯绝缘电力电缆的应用与发展

本文介绍我国 110 k V及 2 2 0 k V交联聚乙烯 (XL PE)绝缘电缆及其附件的发展。高压 XL PE电缆是我国城市电网建设与改造工程采用地下电缆输电系统的首选产品。本文叙述 XL PE电缆的绝缘设计原则、绝缘质量控制要求 ,特别是绝缘中杂质、微孔以及绝缘与半导电屏蔽界面的微孔与凸起、绝缘收缩与交联工艺的关系 ,及电缆附件的选型与预制附件橡胶应力锥的设计方法。介绍了我国特大城市 ,上海、北京与广州高压电缆系统的应用情况。最后对我国 110 k V及 2 2 0 k V XL PE电缆及附件进一步发展以及 5 0 0 k V XL PE电缆系统发展与应用前景作了预测     

二次施压对XLPE电缆电树枝生长特性的影响

为了研究二次施压下XLPE电缆中电树枝的生长特性,采用短电缆金属针缺陷试验装置,研究XLPE电缆在12 kV作用下生长的电树枝受二次施压(15 kV)作用后新树枝的生长特性。研究结果发现,受二次施压电压和升压速度的影响,XLPE电缆绝缘层中会出现一种奇特的"丛-枝"状电树枝,且二次施压下,生长出的新树枝具有引发时间短、生长速度快、放电通道窄等特点。结果表明,二次施压对XLPE电缆中电树枝的二次引发和生长有较大影响,是加速电缆老化和击穿的重要因素。     

Application of a novel polypropylene to the insulation of an electric power cable

Cross‐linked polyethylene (XLPE) has been widely adopted as insulating material for high‐voltage power cables up to 500 kV. Further improvement of electrical and thermal properties on insulating material is required in order to increase cable operation efficiency. Therefore, the development of novel insulating material possessing high thermal properties will be necessary. Recent progress of catalysis technology contributes to obtain new polymeric materials which may be applied to electrical insulation. The authors investigated the basic properties of newly developed stereoregular syndiotactic polypropylene (s‐PP) which is synthesized with homogeneous metallocene catalyst. Though recycling of cross‐linked polymers such as conventionally used XLPE may be difficult because of their poor heat deformation, the s‐PP which is not cross‐linked must be suitable for recycling. A series of experiments on its physical and electrical properties gave the following results.

• (1) s‐PP has sufficient flexibility compared with isotactic polypropylene (i‐PP ).
• (2) Both AC and lightning impulse breakdown strength of s‐PP in spite of no cross‐linking are superior to those of XLPE in the temperature range from 25 to 90 °C.
• (3) Degradation by copper of s‐PP is less than that of i‐PP.
• (4) s‐PP/VLDPE blend shows sufficient brittleness temperature for use.

These results suggested that s‐PP should serve as insulating material for power cables at higher‐temperature operation. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 146(1): 18–26, 2004; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002//eej.10210     

500kV XLPE电缆附件的设计

介绍500 kV XLPE电缆附件的设计过程中绝缘材料的选择、设计结构的确定以及最大工作电场强度的计算。进行基础试验结果分析,确定制造条件和安装环境的要求。     

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。     

35kV交联聚乙烯绝缘电力电缆生产线设计与技术档案的作用

介绍了利用引进的交联聚乙烯绝缘电力电缆生产线技术资料,设计了35kV交联聚乙烯绝缘电缆生产线,获得了良好的经济效益。     

CCV交联工艺生产高压电力电缆的特点及其绝缘偏心的控制

通过对远东控股集团引进德国Troester公司最新的500kV悬链式交联电缆生产线的技术特点、控制绝缘偏心的研究,进一步说明高压交联聚乙烯绝缘电力电缆应用悬链式（CCV）交联工艺是完全可行的,其绝缘偏心控制水平甚至要好于立式（VCV）交联工艺。