基于电特性的110 kV交联聚乙烯电缆剩余寿命评估

充分认识交联聚乙烯(XLPE)电缆的绝缘特性,及时有效地发现和预防绝缘中存在的某些缺陷,对保障设备乃至系统的安全运行具有十分重要的意义。为此,利用逐级耐压法和等温松弛电流法对110 kV XLPE电缆进行了剩余寿命评估。在90℃恒温下,采用逐级耐压法进行了击穿试验,对不同电缆样品施加了相同升压参数,得到了电缆样品的击穿时间,结合等温松弛电流法得到的老化因子判断了电缆样品老化状况并估计了电缆样品的剩余寿命。结果表明:1985年和1987年投入运行的电缆处于严重劣化状态,剩余寿命约为10 a;1996年投入运行的电缆处于非常好的状态,剩余寿命约为30 a;以等温松弛电流法试验得到的结果作为趋势性的判断;以逐级耐压法试验得到的结果作为具体的判断。由此可得结论:利用电缆的电特性,能较合理地估计电缆剩余寿命,指导电缆的维修或更换工作,为交联电缆的老化评估和寿命估计提供较为有效的方法。     

等温松弛电流法在高压交联聚乙烯绝缘交流电缆状态评估中的应用EI北大核心CSCD

为探讨等温松弛电流法在高压交流(HVAC)电缆状态评估中应用的可行性,采用等温松弛电流法(IRC)对未老化和运行13 a的国产110 k V高压交联聚乙烯(XLPE)交流电缆进行了老化评估,并研究了直流电场下电缆绝缘切片的空间电荷分布,分析了绝缘内部的陷阱分布、松弛机理和绝缘状态的关联性。结果表明,未老化高压电缆的老化因子>1.89,绝缘切片样品表面区域存在明显的异极性空间电荷积累,残留在高压电缆内部的交联副产物以深能级陷阱形式存在,并与等温松弛电流中的第3类松弛相对应。运行13 a的高压电缆的老化因子明显高于未老化电缆的老化因子,且其绝缘切片表面区域的异极性空间电荷积累量和切片内部的最大电场畸变率增大,与等温松弛电流法提取的老化因子变化规律相同。因此老化因子可作为高压交流电缆绝缘老化状态的评估参数。     

等温松弛电流法在高压交联聚乙烯绝缘交流电缆状态评估中的应用

为探讨等温松弛电流法在高压交流(HVAC)电缆状态评估中应用的可行性,采用等温松弛电流法(IRC)对未老化和运行13 a的国产110 k V高压交联聚乙烯(XLPE)交流电缆进行了老化评估,并研究了直流电场下电缆绝缘切片的空间电荷分布,分析了绝缘内部的陷阱分布、松弛机理和绝缘状态的关联性。结果表明,未老化高压电缆的老化因子1.89,绝缘切片样品表面区域存在明显的异极性空间电荷积累,残留在高压电缆内部的交联副产物以深能级陷阱形式存在,并与等温松弛电流中的第3类松弛相对应。运行13 a的高压电缆的老化因子明显高于未老化电缆的老化因子,且其绝缘切片表面区域的异极性空间电荷积累量和切片内部的最大电场畸变率增大,与等温松弛电流法提取的老化因子变化规律相同。因此老化因子可作为高压交流电缆绝缘老化状态的评估参数。     

基于等温松弛电流法的XLPE绝缘电力电缆老化评估判据研究

XLPE绝缘电力电缆,特别是中压电缆在运行过程中可能产生水树枝等缺陷,并且进一步发展为电树枝,最终导致电缆击穿。除了常规的物理和化学评估方法以及在线监测等技术能够为电缆的状态评估和运行提供必要的判据,等温松弛电流法作为一种具有丰富物理内涵的方法也已经在国外的XLPE电缆老化状态以及寿命的评估方面发挥积极的作用。对目前国内外电缆评估的方法进行了简略的分析,着重介绍了等温松弛电流法的原理。在详细分析欧美等多个国家对等温松弛电流法老化状态评估的关键参数——老化因子A的基础上,初步研究了国产电缆在未老化的初始状态的老化因子以及热老化后的老化因子的变化。研究表明国产电缆在未老化时期老化因子就大于国外电缆的。论文初步分析了出现该现象的原因,为等温松弛电流法在我国的应用提供了必要的基础。     

等温松弛电流用于10kV XLPE电缆寿命评估的方法

研究了一种新的非破坏性交联聚乙烯电缆寿命评估的试验方法.利用三阶指数衰减函数对测得的等温松弛电流数据进行拟合处理,计算得出去除稳态直流分量的电流值I,获得I*t～log(t)曲线.通过比较该曲线中峰值的位置,分析电缆绝缘各种退极化电流分量的权重,并评估绝缘的老化状态.为了方便对绝缘老化状况进行划分,引入老化因子A.试验结果表明,等温松弛电流法对电缆的寿命评估存在一定误差,但仍可以有效地评估电缆的老化状态.受到试验取样及电缆制造工艺的影响,计算所得的老化因子与国外学者报道的结果相比普遍偏大.     

等温松弛电流法在XLPE电缆老化状态评估中的应用

设计了一种新型的等温松弛电流测试系统,测试电路中考虑到微电流测试的抗干扰问题,基于该套系统分别研究了未老化、人工加速老化和实际运行的XLPE绝缘电缆的等温松弛电流,研究表明采用等温松弛电流法不仅能够有效评估实验室电缆的老化程度,同时能够有效评估现场运行电缆。     

基于等温松弛法的110kV高压电缆老化状况评估

为合理评估110 kV交联聚乙烯(XLPE)电缆老化状况,引入了等温松弛电流法(IRC)。通过分析电缆老化机理,论证了老化因子与松弛电流、极化时间之间的关系。并对电缆样品进行等温松弛实验,通过计算样品老化因子诊断其老化状态,之后对样品电热老化,继续进行等温松弛实验,对比了样品老化前后老化因子差异。结果表明,经老化电缆老化因子值比未经老化电缆平均大0.35,电缆的材料老化是电缆寿命缩短的主要原因之一;带有接头电缆的老化因子值比没有带接头电缆的老化因子值平均大0.191,电缆接头的存在会影响电缆老化因子的值。采用等温松弛法能够准确区分经老化电缆和未老化电缆,评估结果与预期相符,并能定量给出电缆老化状态,指导电缆的维修或更换工作,所以等温松弛法为高压电缆老化状况的评估提供了一种比较有效的方法。     

高压XLPE电缆绝缘V t特性研究综述

交联聚乙烯（cross linked polyethylene,XLPE）绝缘电力电缆是输电线路的重要电 力设备。针对高压交流和直流电缆系统的运行现状,介绍了运用V t特性（击穿电压与击穿时间的关系）曲线描述XLPE电缆绝缘的电老化寿命模型,分析了国内外高压交、直流XLPE电缆绝缘V t特性的研究方法及相关结果。已有的研究结果表明,交流XLPE电缆绝缘的电老化寿命指数n值在9~25之间,直流XLPE电缆绝缘的电老化寿命指数n值在13~20之间。国内目前尚未见有关直流电缆绝缘V t特性研究的文献报道。     

XLPE电缆绝缘老化与剩余寿命评估的试验方法

电缆投入运行后, 绝缘会受到电、热、机械、水分等因素的作用而发生老化,影响电缆的运行可靠性和使用寿命。XLPE电缆的绝缘状态与剩余寿命的评估是目前的热点问题,相对于定性的分析,对电缆剩余寿命的定量评估更有实际价值。文章总结了XLPE电缆绝缘老化机理并调研了几种定量分析电缆剩余寿命的方法：击穿电压对比法,介质损耗因素法和直流泄漏电流法。可为从事电缆运行情况和寿命研究的技术人员提供参考。     

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。     

XLPE电缆的热–振动联合老化试验测试与分析

在桥梁、桥架等振动条件下运行的交联聚乙烯(XLPE)电缆线路,击穿故障多发生在支架附近的XLPE绝缘上,这可能是由于振动导致的XLPE绝缘劣化进一步加剧所导致。而目前没有对XLPE电缆绝缘在热–振动条件下的老化失效机理和运行状态评价的研究。因此,在分析电缆线路运行特点及电缆故障的基础上,通过构建XLPE电缆的热–振动联合老化试验平台,在试验平台上对XLPE电缆施加负荷电流和机械振动,同步开展热–振动联合老化和单一热老化试验。通过对1 440 h老化时间下的XLPE电缆绝缘取样分析,获得热–振动联合老化、单一热老化及未老化电缆的XLPE绝缘材料的力学性能、介电性能及微观结构的差异性,以分析振动对XLPE绝缘性能及电缆运行特性的影响。试验结果表明:热–振动联合作用下XLPE材料的氧化速率和程度均大于单一热老化条件下的数值,机械振动加速了XLPE绝缘层的老化。该研究成果可为振动运行条件下XLPE电缆线路的运行状态评估提供技术支持,具有实际工程应用价值。     

基于等温松弛电流法和活化能法的110kV XLPE电缆老化状态评估

为准确判断110 k V交联聚乙烯(XLPE)电缆的老化状况,引入了等温松弛电流(isothermal relaxation current,IRC)法和活化能(activation energy,AE)法,讨论了老化因子、活化能与电缆老化状态之间的关系。结果表明:老化后电缆老化因子比未老化电缆大0.348,活化能整体降低;运行25 a电缆的老化因子比运行14 a电缆的老化因子大0.327,活化能小15.05 k J/mol,剩余寿命小30.6 a;内部陷阱增多、加深和化学键的解裂是电缆老化的主要微观表现;不同厂家生产电缆的配料体系和生产工艺存在一定的差异,致使交联聚乙烯分子间的化学结构改变而改变电缆的活化能,但不影响电缆老化的评估方式。采用等温松弛电流法和活化能法从微观方面评估电缆老化状态具有准确性和有效性,评估结果与预期符合,从电气性能和化学性能为XLPE电缆老化状态评估提供了一种有效的方法,可指导电缆和电网的维修、规划工作。     

基于弛豫过程的XLPE电缆绝缘老化状态评估

为了评估交联聚乙烯(XLPE)电缆的绝缘老化状态,引入了频率分布函数f (v)。首先采用极化-去极化电流法测得电缆弛豫电流,再用f (v)对弛豫电流进行拟合,得到能直观反映XLPE电缆老化状态的f (v)·v-log(v)曲线。结果表明:XLPE电缆弛豫电流在频域分布上有两个明显的峰,且随着老化程度的增加,两个峰的峰值和脉宽都增大。热老化电缆的弛豫电流在频域的峰值频率明显向低频方向偏移,而水树老化电缆却无明显偏移现象。f (v)对电缆的老化状态比较敏感,能反映XLPE电缆的绝缘老化状态。     

基于PDC的多应力老化乙丙橡胶电缆绝缘状态评估

为了能准确地评估乙丙橡胶电缆的绝缘老化状态,搭建了多应力加速老化试验系统。测量了不同老化周期后电缆试样绝缘的极化与去极化电流,通过等温松弛理论和扩展德拜模型分别提取了老化因子A和低频介质损耗因数(tanδ_(0.1 Hz))来评估电缆绝缘的老化状态。结果表明:老化因子A与tanδ_(0.1 Hz)对表征乙丙橡胶电缆绝缘的劣化状况具有很好的一致性。随着老化程度的加深,老化因子A呈指数增长规律,tanδ_(0.1 Hz)也逐渐增大。由PDC法得到的老化因子A和tanδ_(0.1 Hz)都能较好地评估乙丙橡胶电缆的绝缘状态。     

等温松弛法在三元乙丙橡胶绝缘电缆连接器的老化评估中的应用研究

本文采用等温松弛电流法测量了不同老化程度的电缆连接器绝缘的等温松弛电流,建立了基于界面极化理论的等温松弛电流模型,分析了老化引起的缺陷对总体的松弛电流的影响,定义了表征电缆连接器绝缘老化程度的参数——老化因子A,并且计算了不同老化程度的电缆连接器绝缘的老化因子。结果表明随着老化时间的增加,老化因子值也在增加。另外,基于ASTM E698标准测量了活化能,结果表明随着老化时间的增加,活化能减小,这与老化因子之间存在良好的对应关系,表明等温松弛电流法可对电缆连接器的绝缘老化程度进行有效评估。     

运行高压交联聚乙烯电力电缆的介电性能

为探究高压交联聚乙烯(XLPE)电力电缆在运行一段时期后的绝缘性能变化表征及老化程度判别依据,对新电缆、实际运行年限为2 a、5 a、9 a和12 a的220 k V高压XLPE电缆绝缘的介质损耗因数频谱、氧化诱导期和工频击穿电场强度等进行了研究。对实际不同运行年限的电缆样本进行了轴向切片处理,制取了表面平整、厚度为1 mm的片状试样并进行了测试。试验发现:XLPE的低频介质损耗因数与老化程度存在对应关系,当频率在0.1 Hz以下时,介质损耗角正切值(tanδ)随老化程度而呈现明显线性上升趋势;随着运行年限的增长,XLPE电缆的氧化诱导期(OIT)与羰基指数这2项参数均同时增大;当运行年限达到约5 a和12 a时,XLPE电缆的击穿电场强度明显下降,运行年限为12 a电缆的击穿电场强度比新电缆的降幅可达约13%。对以上参数的测量都可以作为评估运行XLPE电缆老化状态的有效手段,其中测试运行XLPE电缆的绝缘击穿电场强度变化情况可以反映其综合老化程度,是适合于实际工程应用的简单有效方法。     

基于等温松弛电流法的架空绝缘导线老化状况评估

架空绝缘导线的绝缘状态对电网线路的安全运行具有重要影响。将等温松弛电流法引入到架空绝缘导线老化特性的评估中,通过建立等比架空绝缘线模型,模拟架空绝缘线在不同天气的运行状况,并在每种天气条件运行模拟后进行等温松弛电流的测试,最后根据测试所得的松弛电流计算不同绝缘部位的老化因子。结果表明,等温松弛电流法可以定性分析运行过程中架空绝缘导线绝缘特性的变化以及定量分析绝缘的劣化程度,从而实现对架空绝缘导线老化状态的快速评估。     

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。     

XLPE电缆绝缘加速热老化特性

为探究长期运行环境下XLPE电缆绝缘的老化特性,在实验室条件下对电缆绝缘材料进行加速热老化实验,通过红外光谱、氧化诱导时间及频域介电响应测试,比较分析老化前后XLPE电缆绝缘的理化特性、电气特性变化规律。结果表明:红外光谱中的羰基峰值可用于定性分析XLPE绝缘材料的老化程度;XLPE绝缘高温下的降解随着老化时间的延长愈加严重,氧化诱导时间不断缩短;XPLE材料介质损耗因数频谱曲线的最小值tanδ_(min)与材料老化程度相关且与测试温度无关,因此tanδ_(min)可作为评估XLPE绝缘老化情况的特征量。     

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。