高压直流电缆聚乙烯绝缘材料研究现状

聚乙烯类材料因其优异的介电性能被广泛应用于高压直流电缆绝缘。直流电缆运行过程中,绝缘材料电导率随温度梯度变化和直流电场下空间电荷的积聚而变化,导致绝缘材料内部电场畸变,是目前高压直流聚乙烯电缆绝缘发展面临的严峻问题。该文通过综合国内外研究,论述了高压直流电缆聚乙烯绝缘材料的研究进展,分析了改性聚乙烯绝缘材料的介电性能和作用机理,最后展望了高压直流聚乙烯绝缘材料的发展趋势。研究结果表明,纳米掺杂改性能够有效抑制聚乙烯绝缘材料内部空间电荷的积累,改善聚乙烯绝缘材料直流电导率的温度特性;共混改性生产免交联的聚乙烯绝缘材料能够提高其介电性能;电压稳定剂能提高聚乙烯绝缘材料的耐电树枝性能,具有良好的发展前景;超纯净聚乙烯绝缘材料是高压直流聚乙烯电缆绝缘材料研发的基础和重点。这些研究成果的总结可为未来高压直流电缆聚乙烯绝缘材料的研究和发展提供参考。     

高压直流电缆绝缘材料研究进展评述

为促进高压直流电缆在大容量、远距离、复杂环境下电能输送方面的应用,需要对直流电缆绝缘材料的关键问题进行深入研究。针对高压直流电缆的发展历史,介绍了绕包和挤包绝缘各自的技术优势及工程应用,并对目前广泛应用的挤包直流电缆绝缘材料的研究现状进行分析,总结了近几年直流电缆聚合物绝缘的研究热点,包括空间电荷、介电性能和老化性能等问题,提出模型电缆与平板试样在空间电荷分布上的差异性,并着重分析了目前聚合物材料电导率和树枝老化的研究进展,并从工程实际角度评述了在这些关键问题上还需要突破的技术瓶颈。最后,根据国内外研究热点,总结了直流电缆绝缘材料研究的未来发展方向,包括聚乙烯绝缘材料的改性研究和环保、高性能的新型绝缘基料研究。     

环保型高压直流电缆绝缘材料研究进展

随着直流输电技术的发展,直流电缆输电方式在未来电能传输中将发挥重要作用,而直流电缆输电技术发展的关键在于电缆绝缘材料的突破。针对传统交联聚乙烯绝缘存在的不可回收再利用、工作温度有限和加工工艺复杂等缺点,开发环保型直流电缆绝缘材料显得尤为必要。为促进环保型直流电缆绝缘材料的研究和开发,对环保型直流电缆绝缘材料的发展现状和关键技术进行了系统评述。总结了目前常见的几种聚烯烃类环保型直流电缆绝缘材料的研究进展和聚烯烃材料的3种改性方法:共混改性、纳米改性和化学接枝改性,对比了环保型直流电缆绝缘材料和传统交联聚乙烯相比的优势。可以看出,以热塑性聚烯烃,特别是聚丙烯为基体的环保型直流电缆绝缘材料展现出了很好的应用前景,可以有效提高直流电缆的工作温度,简化加工工艺。环保型直流电缆绝缘材料开发过程中更应注重材料在高温下的性能,以发挥其优势从而提高直流电缆的运行温度,同时应该同步开展环保型直流电缆绝缘材料的老化研究。     

电声脉冲法研究热老化对160kV直流电缆绝缘材料陷阱特性的影响

交联聚乙烯(XLPE)老化会引起内部陷阱特性的变化,进而造成空间电荷分布的变化,威胁直流电缆的安全运行。对160k V直流电缆切片进行了90℃和135℃不同程度的热老化试验,并利用电声脉冲法(PEA)探究了热老化对直流电缆空间电荷分布的影响。通过分析空间电荷的衰减规律并结合等温松弛理论,提出了利用PEA法分析绝缘材料陷阱特性的方法,并对老化前后试样内的陷阱特性进行了分析研究。研究结果表明,90℃热老化前期由于后交联反应,试样部分深陷阱转为浅陷阱,直流电缆内部空间电荷消散特性变好;但随着老化时间的进一步增加,试样内的陷阱深度及密度均有一定程度的增长,空间电荷积累量也随之增加。试样在135℃高温热老化情况下,内部发生强烈的热氧反应,结晶形态遭到严重破坏,陷阱能级及密度均大大增加。     

直流叠加冲击电压下HVDC电缆暂态电场分布特性研究

运行中的HVDC电缆除了承受正常工作电压作用外,同时可能承受雷电和操作冲击电压的作用,因此在进行电缆绝缘结构设计时既要考虑稳态直流电场分布又要考虑冲击电压下暂态电场分布。由于HVDC电缆绝缘的电导率是电场及温度的函数,使得HVDC电缆在遭受雷电、操作冲击电压冲击时暂态电场分布更为复杂。为此,该文采用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics仿真研究了温度梯度、施压方式以及绝缘材料非线性电导属性对直流叠加冲击电压下电缆绝缘中暂态电场的影响规律。研究结果表明:直流叠加冲击电压时,暂态最大场强始终出现在电缆绝缘内屏蔽表面;当电缆结构、绝缘材料非线性属性和外加冲击电压幅值确定时,随绝缘内温度梯度的提高,直流叠加同极性冲击电压时暂态最大场强减小,而叠加反极性冲击电压时暂态最大场强却逐渐增大;降低材料电导活化能和提高电场依赖系数可有效改善暂态电场分布,降低暂态最大电场波的幅值并缩短波头和波尾时间。     

不同冲击电压下变压器油击穿特性研究

为了研究大型电力变压器绝缘油在振荡型冲击电压下极不均匀电场击穿特性,依据IEC60060-3标准搭建了能产生不同类型冲击电压波形的试验及其测量系统,在实验室利用该系统开展了振荡型冲击电压下油中极不均匀场的时域击穿和伏秒特性研究,并对实验模型电场进行了仿真分析。在实验过程中利用13.7 k Hz振荡操作波、标准雷电波、3种不同频率的振荡雷电波,研究了变压器油在各个波形下的时域击穿图形及伏秒特性,对实验波形的计算结果表明:振荡型雷电波下的击穿点分布较广,振荡波的击穿电压整体高于标准雷电,但是它们的最高耐受电压与标准雷电下的基本一致。     

操作冲击电压下长空气间隙击穿电压特性研究

基于现有长间隙放电理论和静电场方法,建立流注-先导放电数值仿真模型,并采用该模型研究操作冲击下长空气间隙放电特性.在绝缘设计中,一般参考棒-板间隙击穿电压来确定其他电极结构击穿电压.同时,实验结果表明棒-板间隙的正极性操作冲击击穿电压低于负极性操作冲击击穿电压.因此,通过建立操作冲击下棒-板长空气间隙模型,研究其击穿电...     

高压直流电缆用交联聚乙烯绝缘材料交联特性及机理

高压直流电缆绝缘材料的交联特性直接影响电缆的运行温度和空间电荷特性,因而主要通过凝胶质量分数、流变行为和热延伸测试分别分析了北欧化工(试样1)和陶氏化学(试样2)生产的2种新型高压直流电缆用XLPE材料交联特性的差异,并研究了交联效应对材料空间电荷性能和热力学性能的影响。结果表明:试样2在低交联剂添加量的情况下保证了较高的交联度,耐热性较好。对比2种材料的空间电荷特性,发现试样1两电极附近的同极性注入较明显,而试样2内部的电荷注入较深。在低场强下,试样2内部积累的电荷量较少;而随着场强的增加,试样2内部积累的正电荷量变大,且电荷衰减速率较慢。此外,从XLPE的分子结构和结晶形态对2种材料的交联机理进行了探讨,研究结果为未来如何通过降低交联剂含量开发国产化高压直流电缆XLPE材料提供了新思路。     

油浸纸绝缘高压直流电缆恢复电压特性

提出了对两种高压直流油浸纸绝缘电缆测量恢复电压的结果。恢复电压特性随着电缆类型、绝缘的老化程度和局部缺陷的存在而变化。这些都表明可采用恢复电压测量技术来监测电缆绝缘状态。根据测量结果的理论分析，就可计算绝缘的极化和电导过程的参数。计算所得的电导值与直接测得值完全吻合。     

高压直流电缆绝缘材料的发展与展望

针对高压直流电缆的发展历史,介绍了高压直流电缆的基本原理、应用现状以及技术瓶颈,指出我国研发高压直流电缆的必要性和紧迫性,并对未来高压直流电缆的发展方向进行了展望。     

高压直流XLPE绝缘材料及电缆关键技术展望

为推动高压直流电缆技术发展,对目前交联聚乙烯高压直流电缆系统发展的关键技术进行了分析和展望,指出了聚乙烯主绝缘材料、电缆工厂接头及附件是制约高压直流电缆发展的主要瓶颈。高压直流电缆绝缘料的研究需要聚焦到交联聚乙烯的微观结构和电气性能之间的关联关系,如何从聚乙烯基料的分子链结构、结晶形态控制等角度出发并结合材料生产过程中的纯净化工艺来实现技术突破是目前面临的主要问题。高压直流电缆本体及工厂接头的电场、老化寿命设计理论要在传统经验设计参数的基础上,同时要基于材料的基本性能、空间电荷以及尺寸和形状效应等进行优化发展。高压直流电缆附件要在附件与电缆本体的匹配技术、关键部件设计及安装工艺方面开展深入研究。该综述可为高压XLPE直流绝缘材料、电缆工厂接头及附件的研制及性能优化提供技术指导。     

直流高压下阀头绝缘材料电荷特性试验研究

基于平行平板电极,对直流高压下充氧阀头绝缘材料表面电位进行测量,研究了不同试验条件(电压作用时间、电压幅值、电压极性)对阀头绝缘材料表面电位的影响,并对比不同材质阀头绝缘材料电荷积累特性,为特殊环境下绝缘材料的选取和优化、高压环境下绝缘材料表面电场的建模和计算提供了参考。     

直流高压下阀头绝缘材料电荷特性试验研究

基于平行平板电极,对直流高压下充氧阀头绝缘材料表面电位进行测量,研究了不同试验条件(电压作用时间、电压幅值、电压极性)对阀头绝缘材料表面电位的影响,并对比不同材质阀头绝缘材料电荷积累特性,为特殊环境下绝缘材料的选取和优化、高压环境下绝缘材料表面电场的建模和计算提供了参考。     

直流电缆雷电冲击电压安全裕度研究

高压直流电缆是柔性直流输电技术的关键装备,直流电缆的绝缘厚度设计以雷电冲击电压安全裕度为重要依据。为了获得直流电缆的安全裕度,文中提出了直流电缆雷电冲击电压安全裕度试验方法,建立了相应的试验回路,对冲击电压波形参数进行了计算、仿真和验证,获得了波前时间为1~5μs、半峰值时间为40~60μs的冲击电压波形;提出了直流电缆雷电冲击电压安全裕度的分析方法,计算了电缆绝缘的电场分布。研究表明,文中所提方法可以获得直流电缆的雷电冲击电压安全裕度,为高压直流电缆绝缘厚度设计提供了依据。     

非标准雷电冲击电压下油纸绝缘击穿特性

变压器实际遭受的雷电冲击电压的波前时间及持续时间变化范围很大,传播过程中的折反射还会造成雷电波的波形振荡。雷电侵入变压器绕组后会引起内部谐振,在匝间和饼间形成较高电位梯度,从而导致匝间和饼间的击穿事故。因此设计了油-隔板和匝间绝缘模型,研究了冲击电压波前时间、振荡频率对绝缘模型击穿特性的影响。结果表明:2种绝缘模型击穿电压均随波前时间的降低而增加,波前时间0.25μs陡前沿冲击电压下的U50%比标准雷电冲击下提高了10%~17%;对于匝间绝缘模型,其放电时延受绝缘层厚度和波前时间的影响显著,并且放电时延对波前时间的敏感度随着纸层层数的增加而升高;匝间绝缘模型能够耐受幅值比标准雷电冲击电压幅值更高的振荡雷电冲击电压,模型的U50%击穿电压随振荡频率增大而增大,振荡频率335 kHz时的U50%是标准雷电下的1.25倍;此外,当匝间绝缘模型中绝缘纸总厚度保持恒定时,绝缘纸层数的增加提高了绝缘模型的击穿强度。     

DMD复合绝缘材料击穿电压低于所用聚酯薄膜击穿电压的研究

一、问题的提出 1987年1月,我厂生产的87～1～1批厚0.30mm的DMD是由一层厚0.8mm的聚酯薄膜与二层厚0.12mm的聚酯纤维纸经胶粘复合而成。常态下电气强度工厂指标规定不小于40kV/mm(击穿电压不小于12kV);实测电气强度值34.1kV/mm,双倍试样复查后分别为35.7kV/mm,37.2kV/mm。为了慎重起见,将该批产品600kg,共19箱逐箱抽查,抽查结果附表1。除第13号箱的抽查结果刚刚在合格线上外,其余18箱全不合格。在探索原因时,我们发现该批DMD产品所用的聚酯薄膜的击穿电压实测值高于本批DMD击穿电压实测值4.02kV,该批产品所用聚酯薄膜的击穿电压附表2。聚酯薄膜     

110kV高压电缆柔性终端击穿故障分析

结合济南供电公司在处理多起110 kV电缆柔性终端击穿故障中积累的经验,对故障的原因进行详细的分析和总结,并提出了消缺方案和预防措施。     

描述高压直流电缆绝缘材料电导率的公式比较

以高压直流交联聚乙烯(cross-linked polymeric,XLPE)电缆为研究对象,研究讨论了现阶段描述直流电压下绝缘材料电导率公式对XLPE材料的适用情况。首先基于两种不同电导率公式推导了稳态下高压直流电缆中电场反转的临界温差、绝缘层温度分布、电场、电导率和距离电缆中心的乘积以及绝缘层电场分布,并通过比较有限元仿真结果和公式计算结果证明了所推公式的可靠性。然后通过对不同电导率公式计算值的比较,以及不同公式在相同条件下引起的绝缘材料热电特性,证明了公式互换的可能性。     

真空灭弧室冲击电压作用下的击穿统计特性研究

本文实验测取了实际真空灭弧室在雷电冲击电压下的静态击穿统计特性。根据实验结果，引入一个特征参量ｘ来描述电场应力的作用，指出真空灭弧室的绝缘击穿是在电场应力达到一定值后才有可能发生。借助击穿弱点的概念，从间隙击穿的微观过程出发，推导了击穿累积概率分布特性，并对理论结果和击穿机理做了分析。最后，对ｘ参数的物理意义进行了初步探讨。