交联聚乙烯电力电缆的电树枝化试验及其局部放电特征

电树枝化是影响交联聚乙烯（cross—linked polyethylene,XLPE）绝缘电力电缆长期安全运行的瓶颈,需要深入研究XLPE电缆绝缘的老化机制,尤其是电树枝化的规律,为XLPE电缆的设计制造和现场的运行管理,特别是在线诊断提供理论支撑。设计了交联聚乙烯电缆样品和相应的试验电极装置,并搭建基于实际XLPE电缆的电树枝化试验平台进行试验。结果表明该试验系统能满足XLPE电缆电树枝化试验研究的要求。以15kV的XLPE电缆作为试验样品,开展常温下工频12～21kV和50～90℃下的电树枝化试验,分析了电压和温度对电树枝形态的影响,得到电树枝局部放电的统计图谱,并将电树枝的生长发展分成4个阶段,分析了电树枝在不同生长阶段局部放电的最大放电量相位和平均放电量相位的分布,提取了其偏斜度等统计特征量,结果表明电压和温度对实际XLPE电缆中电树枝形态的影响与针一板电极得到的结果趋势相同,但是电树枝生长过程存在着一定的差异,同时最大放电量相位分布和平均放电量相位分布的3阶矩随着电树枝的生长发展而减小,可作为诊断电树枝生长发展阶段的参考量。     

水树枝影响交联聚乙烯电缆绝缘可靠性的试验研究

水树枝生长速度较慢,主要影响聚烯烃绝缘电力电缆的寿命;电树枝生长速度较快,主要影响电缆的可靠性。在高频恒定电压(15k V、20k V)下研究交联聚乙烯电缆中水树枝的生长规律,发现聚烯烃绝缘中的水树枝或电树枝存在相互转化的可能性。试验结果表明:干燥的水树枝引发电树枝的几率最高,湿润水树枝引发电树枝的几率最低,水树枝会影响电缆绝缘的可靠性。     

温度对交联聚乙烯电缆运行可靠性的影响

从交联聚乙烯绝缘介质机械特性、电树枝和水树枝的形成及发展,以及实际电网中投运的交联聚乙烯电缆运行工况等方面阐述了温度对目前常用的交联聚乙烯电力电缆运行可靠性的影响,结果表明温度升高不仅会使交联聚乙烯介质机械性能下降,还会加速电缆中电树枝和水树枝的形成及发展。在实际工程中应选择合适的辐射方式降低温度对交联聚乙烯电缆运行可靠性的影响。     

高温下交联聚乙烯电缆绝缘中电树枝测试系统设计

设计了高温下交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘中电树枝化的实验系统,在外施工频电压有效值为13 kV下,对不同温度下高压XLPE电缆绝缘中电树枝生长及其局部放电特性进行研究,结果表明,温度对电树枝的生长具有重要影响,整个系统可以用于高温下电树枝生长过程的实时观测与局部放电连续测量,为研究高温下XLPE电缆绝缘中电树枝引发与生长机理及其局部放电特性分析提供了实验研究平台。     

高温下交联聚乙烯电缆绝缘中树枝测试系统设计

设计了高温下交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘中电树枝化的实验系统,在外施工频电压有效值为13 kV下,对不同温度下高压XLPE电缆绝缘中电树枝生长及其局部放电特性进行研究,结果表明,温度对电树枝的生长具有重要影响,整个系统可以用于高温下电树枝生长过程的实时观测与局部放电连续测量,为研究高温下XLPE电缆绝缘中电树枝引发与...     

交联聚乙烯绝缘电缆内的水树枝

阐述了水/电加速树枝试验和线路运行电缆发生故障后,在交联聚乙烯绝缘内存在的水树枝现象。通过显微观察,揭示和比较了交联聚乙烯电缆内水树枝对其寿命的影响。     

110 kV及以上电压等级交联电缆在线监测技术

110kV及以上交联聚乙烯电缆在线监测技术的发展为建立可靠、有效的电力电缆在线监测系统提供了有力保证。回顾了国内外110kV及以上电网的交联聚乙烯电力电缆在线监测的状况及方法,总结了其在线监测技术,包括局部放电的在线监测、电缆绝缘外护套接地电阻及化学电势在线精确测量、电缆金属护层接地线电流监测,以及电缆本体和接头温度测量。探讨了交联聚乙烯电力电缆绝缘在线监测技术的发展方向。     

交联聚乙烯中水树枝向电树枝的转化

水树枝老化是运行在潮湿环境下的聚烯烃电力电缆发生绝缘击穿的主要诱因,水树枝在一定情况下可能引发电树枝,进而导致绝缘击穿。该文主要研究水分和水树枝劣化对交联聚乙烯(cross-linked Polyethylene,XLPE)中电树枝引发生长的影响。选用过氧化物交联聚乙烯作为实验材料,用水针电极、高频加速老化的方法培养水树枝,采用计算机实时显微数字摄像系统观测电树枝的引发和发展。分别研究了湿润水树枝和干燥水树枝在不同电极类型(水针电极、钢针电极)、不同电压下(15、20 kV)向电树枝的转化规律。实验研究发现：就电树枝的平均引发时间而言,未劣化试样最短,湿润水树枝试样最长,干燥水树枝试样介于二者之间;就电树枝引发率而言,干燥水树枝试样最高,湿润水树枝试样最低,未劣化试样介于二者之间;采用水针电极时,3种试样引发的电树枝均为枝状。结合对比3种试样中电树枝的形态,研究了湿润水树枝和干燥水树枝中电树枝的引发和生长机制。     

实际XPLE电缆模型下升压速度对电树枝生长特性的影响

电树枝化是影响交联聚乙烯(XLPE)电力电缆运行安全与寿命的技术瓶颈。笔者采用金属针缺陷模拟电缆中集中的电场应力,研究了在工频交流电压下(50 Hz),不同实验起始升压速度(0.1 kV/s,1 kV/s)对XLPE电缆中电树枝生长特性的影响。结果表明,在高的升压速度下电树枝起始快,同时电树枝形态会由纯枝状变为稠密枝状,分形维变大。     

交联聚乙烯电缆局部放电带电检测典型信号提取与图谱分析

为了准确分析和评估交联聚乙烯电缆的绝缘状况,开展局部放电带电检测绝缘诊断,基于交联聚乙烯电缆的局部放电机理和局部放电信号衰减特性,提出了交联聚乙烯电缆的局部放电三通道同步测试方法,通过对2 MHz、4 MHz、6 MHz频率下多簇局部放电信号的3PARD图谱进行逐一分析,初步实现了交联聚乙烯电缆绝缘缺陷的识别和诊断。该方法可有效发现电力电缆的早期故障征兆,避免因局部放电现象扩大而引发故障停运,进而减少负荷损失和电量损失。     

德国交联聚乙烯电力电缆的0.1Hz交流耐压和tgδ试验

德国自1972年起开始使用PE（聚乙烯）／XLPE（交联聚乙烯）电力电缆,从80年代后期起,这类中压电缆陆续出现故障。沿用传统的油纸电缆的直流耐压试验,发现如下问题：（1）这类电缆的主要缺陷形式是水树枝。在直流电压下,绝缘中的水树枝难以形成击穿通道,直流击穿电压极高。（2）传统的直流耐压试验会在绝缘中形式空间电荷,对于已损坏或老化的PE／XLPE电缆,在直流试验过程或日后的运行中,会引起破坏性放电或过早的损坏。（3）对于一些典型的绝缘损坏缺陷,如刀割痕等,直流耐压是发现不了这类缺陷。1989年柏林工业大学高电压技术…     

内部气压下电缆电树枝不同生长阶段的局部放电统计参量研究

交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘电热老化产生的气体会在绝缘层或绝缘材料微孔内产生局部高气压,为了研究内部气压作用下XLPE电缆绝缘的老化特征,分别以XLPE短电缆和电缆绝缘层切片为试验样品,搭建了试验系统,研究了局部气压作用在绝缘层或绝缘材料微孔内时的局部放电及其绝缘老化特征,并采用局部放电矩特征分析局部气压作用下XLPE电缆局部放电特征参量与绝缘老化程度之间的关系,探讨将其应用于交联聚乙烯电缆绝缘老化评估的可能性。结果表明:局部高气压使电树枝通道内局部放电加剧,绝缘老化加速;微孔内的气压相较于绝缘层气压对电树枝内局部放电的促进作用更加明显;最大放电量相位分布H_(qmax)(φ)谱图的偏斜度Sk、峭度K_u和放电次数相位分布H_n(φ)谱图的放电相位分布可作为评估XLPE中电树枝发展阶段的标准。     

冷却介质对低密度聚乙烯电树枝老化特性的影响

低密度聚乙烯是电力电缆的主要绝缘材料,电树枝生长特性分析是评估电缆绝缘性能的基础。为此选用冰水、空气和硅油3种不同介质对聚乙烯进行淬火处理,采用针板电极设计出试样的电树枝生长实验系统,通过实时数字显微摄像系统对试样中电树枝生长过程进行了观测,采用差示扫描量热法分析了试样的结晶度和晶粒尺寸均匀性,采集了试样的局部放电数据并对数据进行了统计分析。试验与分析结果表明:硅油冷却聚乙烯电树枝增长速度与扩散系数均小于冰水、空气冷却试样;3种试样中,硅油冷却聚乙烯结晶度最高,晶粒尺寸分布最均匀,放电量与放电重复率较低;冰水冷却聚乙烯结晶度最低,放电量与放电重复率较高。     

苏联电力电缆生产发展前景

介绍了苏联动力规划任务确定的2000年以前电力电缆发展前景及其生产基本方向,包括对交联聚乙烯绝缘高压电力电缆在电气绝缘老化和技术寿命等方面的研究结果;近海石油开采设备用35kV,交联聚乙烯绝缘水底电缆;以及核电站用的各种塑料电缆。     

交联聚乙烯电缆及其现场交流耐压试验

影响交联聚乙烯电缆运行中绝缘的主要因素是电、水树枝放电现象,直流耐压试验不能有效地发现交联电缆的绝缘缺陷,而交流耐压试验由于试验状况接近电缆的运行工况,更能反映电缆绝缘情况,及时发现绝缘中的缺陷。     

不同温度下XLPE-SIR异质绝缘的交/直流电树枝及局部放电特性

交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆本体与附件构成的异质绝缘的电树枝化严重威胁电缆及附件的安全运行。为探明不同温度下XLPE-硅橡胶(silicone rubber,SIR)异质绝缘的交/直流电树枝及局部放电特性,分别在30、50和70℃下,对XLPE-SIR进行交/直流下的电树枝实验及局部放电检测。结果表明,局部放电特征量与电树枝发展阶段密切相关,其中放电量变化率相关性最强;异质绝缘界面对电树枝发展起阻碍作用;交/直流下试样击穿路径不同,推测这与实际界面的非理想接触状态及交/直流下界面附近电荷分布与局部放电差异有关;此外,温度升高不仅促进电树枝的引发与生长,同时对交流电树枝形态有显著影响。结果可为高压交/直流XLPE电缆附件处的绝缘老化状态监测与评估提供一定理论依据。     

高温下电压稳定剂对交联聚乙烯电树枝化及局部放电特性的影响

为了研究高温环境下电压稳定剂对交联聚乙烯电树枝化及局部放电特性的影响，该文制备了含质量分数为1%的电压稳定剂的交联聚乙烯（XLPE）共混试样，通过设计的高温环境下电树枝实时观察与局部放电同步测量系统，研究不同试样在30℃、50℃和70℃下电树枝的引发、生长及其局部放电特性。结果表明，试样在高温下引发的电树枝呈现典型的枝状结构。随着温度的升高，试样起树电压降低，电树枝生长速度加快，分枝数量减少，局部放电量和放电重复率显著增大。电压稳定剂的添加对电树枝的引发、生长和局部放电有明显的抑制作用。利用陷阱理论和量子化学计算，研究发现电压稳定剂的加入使得试样内部陷阱能级降低，陷阱密度增加，因其特有的量子化学特性，高能电子缓冲能力增强，空间电荷积累减少，从而使得交联聚乙烯材料的耐电性能得到提升。     

低频电压下XLPE电树枝生长及局部放电特性

低频电缆作为柔性低频交流输电系统中的关键设备,其绝缘介质在低频电压下的特性对电缆的设计和运行具有重要意义。为了研究低频电压下交联聚乙烯（XLPE）电树枝的生长及局部放电特性,设计并搭建了不同频率下电树枝生长实时观测和局部放电同步测量系统,探究了XLPE试样分别在20、30、40、50 Hz频率下电树枝的引发、生长及局部放电特性。结果表明：电压频率对XLPE电树枝生长及局部放电特性的影响有明显规律性。在20～50 Hz范围内,随着频率的降低,XLPE的起树电压略有升高,但电树枝生长速度加快,损伤面积增加,局部放电量和放电次数增大,放电相位分布基本不变。     

高温下110kV交联聚乙烯电缆电树枝生长及局部放电特性

利用实时显微数字摄像与局部放电连续测量系统,采用典型针-板电极结构,研究了高温下不同外施工频电压作用时110kV级交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘中典型电树枝的形态特征、引发、生长规律及其局部放电特性。实验结果表明,温度对XLPE电缆绝缘中典型电树枝的形态、引发与生长时间具有非常重要的影响。在高温下,不同外施工频电压作用时电树枝的形态呈现出多样性的特点,50°C下典型电树枝形态为枝状、枝-松枝状和丛状,70°C下为枝状,90°C下为滞长型和枝状。高温下电树枝引发时间随外施电压升高而减小,而且在同一外施电压下,电树枝引发时间随温度升高而减小,这是由于在高温下XLPE电缆绝缘中片晶熔化,无定形相增加,介质中自由体积扩大,从而更有利于电树枝引发。研究发现在低电压(9kV)下,电树枝生长过程中由于通道电导率增加而抑制了通道内局部放电的发展,局部放电作用减小,电树枝生长速度减慢,分形维数较高;而11kV以上电压作用时,电树枝在局部放电的连续作用下呈枝状向对面电极快速生长,同时高温下XLPE弹性模量下降,击穿场强降低,局部放电作用加剧,电树枝生长明显加速,电树枝分形维数较低。     

防止中压交联电缆局部放电偏大和绝缘击穿的对策

目前,局部放电偏大和绝缘击穿已经成为中压交联聚乙烯绝缘电力电缆（以下简称中压交联电缆）的两大问题。各个电缆生产厂家都在极力采取各种措施解决和预防这两大问题的发生。本文从三个方面论述如何防止中压交联电缆局部放电偏大和绝缘击穿这两大问题。