XLPE水树老化电缆介电响应下非线性研究

为了准确评估XLPE电缆的绝缘状态,利用极化-去极化电流法对不同水树长度电缆进行测试,并研究XLPE水树电缆介电响应时的非线性特性。通过测得的极化-去极化电流曲线及扩展Debye模型,对XLPE电缆的介质损耗因数(tanδ(0.1 Hz))和直流电导率(σ)进行计算,利用tanδ(0.1 Hz)和σ随电压变化趋势来反映XLPE电缆非线性特征,并分析了其非线性特征与水树电缆老化状态的关系。结果表明:水树电缆在时域的去极化电流和介质损耗因数在频域的低频段都表现出非线性特征,在频域下tanδ(0.1 Hz)的非线性特征比时域下σ的非线性更明显;XLPE水树电缆具有明显的从线性到非线性的转折电压,水树长度越长转折电压越低。上述特性可用于对XLPE老化电缆是否存在水树和水树严重程度进行判断。     

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。     

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。     

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。     

基于PDC法的水树老化电缆绝缘诊断

为对10 k V运行电缆的绝缘状态进行简单、快速诊断,基于极化-去极化电流(PDC)特征研究了针对电缆水树老化的绝缘诊断判据。采用高频高压水针电极法对电缆实验样品进行加速水树老化,使用显微镜定期观察不同老化时期样品中的水树形态,并统计水树长度,同时使用PDC测试平台对水树老化样品进行测试。利用测得的极化和去极化电流曲线求得电缆绝缘层的直流电导率和非线性系数,分析两参数随样品老化程度的变化趋势及规律。结果表明:根据直流电导率和非线性系数的变化能有效判别电缆绝缘中的水树老化问题。     

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。     

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。     

去极化电流法对10kV电缆绝缘老化诊断的研究

为了对10k V运行电缆绝缘状态进行简单、快速评估,提出一种基于去极化电流的诊断方法,对水树老化交联聚乙烯电缆绝缘状态进行评估,并对其诊断参数进行了研究。首先通过水树加速老化装置在电缆样本中生成明显的水树。然后采用虚拟仪器(Labview)配合Keithely皮安表与高压真空开关系统完成去极化电流控制采集平台的搭建。利用搭建的测试平台对不同长度和不同老化时间的电缆样本进行去极化电流测试,通过对去极化电流曲线的积分,提出了基于去极化电流放电量的电缆绝缘老化判别方法。结果表明:长电缆的去极化放电量远大于短电缆,老化电缆的放电量大于新电缆,且老化程度越严重,稳定后去极化电流值越大。说明该去极化电流法能准确有效判别电缆绝缘老化问题。     

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。     

交联聚乙烯水树老化电缆电气性能与水树区域含水量的关系

为了深入了解交联聚乙烯(XLPE)水树电缆电气性能的变化特征,利用极化-去极化电流法测量老化电缆样本不同老化时期的直流电导率和0.1 Hz介损,并使用显微镜和红外光谱仪观测老化电缆样本水树区域含水量,研究不同水树老化时期的电缆电气性能和水树生长之间的关系。研究表明,老化电缆的电气性能和水树长度不呈正相关关系,而和水树区域含水量具有密切关系。     

极化-去极化电流法诊断电缆绝缘

为实现对10 kV XLPE电缆的绝缘状态简便、快速的诊断,采用极化-去极化电流法(PDC)研究电缆绝缘状态。采用水针电极法对电缆样本进行加速水树老化,每隔一个月,取下部分电缆进行切片和显微观测,并对水树形态和尺寸进行统计,同时进行PDC检测。对检测结果进行时域向频域转换,计算低频下的介质损耗因数、电导率和非线性系数(DONL),分析参数随老化程度变化的趋势及规律。结果表明:PDC方法获取的低频介电响应谱和电导率能较好地判定电缆绝缘状态,DONL非线性系数能较好地分辨绝缘水树老化与受潮情况。     

基于电介质响应理论的10kV交联聚乙烯(XLPE)电力电缆绝缘诊断

电力电缆的绝缘诊断是评估电缆老化程度的重要途径。近年来,最新发展形成的极化/去极化电流(polarization/depolarization current, PDC)方法,能有效反映电介质整体老化状态。本文研究了不同老化状态下电缆的极化/去极化电流特性,并分析电流特性与老化程度的关系。首先论述了极化/去极化的电介质响应理论,建立了电缆老化和极化/去极化电流测试方案。基于测量结果,建立了电缆三支路电路等效模型,进一步对电缆的频率响应特性进行分析。研究表明,老化电缆和新电缆的tanδ(ω)值在低频范围具有明显区分度,可用于表征电缆绝缘老化程度。     

基于超低频介损和U-I滞回曲线的XLPE电缆水树老化状态评估EI北大核心CSCD

为准确地评估交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)电缆的水树老化程度,该文提出一种基于超低频介损和U-I滞回曲线的评估方法。对3组XLPE样本分别进行0、96和168h的加速水树老化,老化结束后采用快速超低频介损设备(very-low frequency dielectric loss detector,iFDS)在1mHz~1kHz范围内测试不同水树老化状态的XLPE电缆的介电频谱和不同频率下U-I滞回曲线。结果发现:水树老化后的电缆段在超低频段(1mHz~0.1Hz)的介损值显著增大,并在0.002和0.1Hz附近出现两个明显的松弛损耗峰。老化越严重的试样,U-I滞回曲线形变越严重。水树老化后电缆绝缘中产生了新的松弛极化过程,相较于单一频率0.1Hz下的介损值,超低频介电谱能够提供更丰富的绝缘状态信息。在1mHz下,U-I滞回曲线特性的偏转角变化率与曲线形变率均随超低频介损值的上升而增大,能够更加准确地评估电缆绝缘的水树老化程度。将超低频介损结合U-I滞回曲线可以有效地评估电缆绝缘的水树老化程度。     

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。     

含有水树的在线XLPE电缆新颖诊断方法

本文提出了一种新的对含有水树枝 XLPE 电缆的绝缘诊断方法。现已发现在这些电缆的交流充电电流中,直流分量是水树存在的一个重要信号。直流分量同交流击穿电压以及直流泄漏电流一样,与老化的 XLPE 电缆绝缘特性有密切关系。已研制出一种自动的绝缘诊断装置,现用于东京电力有限公司(TEPCO)配电系统中的在线交联聚乙烯电缆。     

基于介电和理化特性的XLPE水树老化程度分析

为掌握电缆水树老化程度对电缆主绝缘介电特性的影响规律,对交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)开展加速水树老化试验,以低密度聚乙烯为对照组,测量不同老化程度试样的介电常数(ε)、介质损耗因数(tanδ)、结晶度以及熔点等特征参量,并利用显微技术观测XLPE水树的生长特性。结果表明:XLPE材料的ε和低频下tanδ随水树老化程度加深而呈现增大的趋势。水树在发展过程中呈现放射状,且密集度不断增加。建立XLPE材料的tanδ宏观参量与微观水树老化发展的对应关系,可通过低频下电缆主绝缘材料XLPE的tanδ值评估电缆水树老化的严重程度。     

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。     

电缆的机械弯曲对绝缘层中水树生长的影响

为了研究电缆机械弯曲对其绝缘中水树生长的影响,对不同弯曲程度的交联聚乙烯(XLPE)电缆中的水树生长特性进行了对比分析。采用水针电极老化法,分别对不弯曲、弯曲程度较小和弯曲程度较大的3组电缆样本进行加速水树老化实验。经过28天加速老化后,分别对3组电缆样本进行切片,利用显微镜观察水树形态,并对水树尺寸进行测量统计。同时,结合XPLE材料在机械应力作用下的取向行为,对实验结果进行理论分析。结果表明:随着电缆弯曲程度逐渐增加,其绝缘外侧的水树形态逐渐由半圆形变为圆锥形,并且水树长度和宽度之间的差异逐渐增大。且弯曲程度越大,水树宽度超过长度越多。分析认为当电缆达到一定的弯曲程度时,其绝缘外侧的局部机械拉力将超过XLPE的屈服强度,从而导致材料分子链发生力学取向。取向后材料呈现各向异性,沿取向方向的水树生长将得到促进,而垂直于取向方向的水树生长将受到抑制,从而导致圆锥形水树的出现。     

基于水树微观结构特征的水树老化电缆PDC支路参数特征

为了研究水树老化电缆极化-去极化电流(polarization and depolarization current, PDC)支路参数变化特征及原因,分析了水树微观结构特征,并揭示了水树微观结构对电缆PDC支路参数的影响。对短电缆和长电缆样本进行加速水树老化,利用PDC检测样本极化–去极化电流,并计算老化样本Debye模型三支路参数。利用光学显微镜观测短电缆样本中的水树形态,利用扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)观测水树区域微观形貌。PDC三支路参数辨识结果表明,水树老化样本第3支路时间常数显著高于未老化样本。另外,第3支路电容增加量高于电阻减小量。微观观测结果表明水树区域存在大量孤立微孔,分析认为,水树生长将造成材料分子链断裂及形成大量微孔–XLPE界面,导致材料偶极极化时间及界面极化时间增长,样本第3支路时间常数显著增大。另外,水树区域存在大量孤立微孔,其限制了离子在水树区域的运动,从而导致样本第3支路电容增大量高于电阻减小量。     

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。