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...     

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。     

电树向水树转化过程中的生长特性

交联聚乙烯(XLPE)电力电缆中生长的电树存在向水树转化的可能性。本研究依据观察到的电树向水树转化现象进行有限元电场仿真,对电树向水树转化的特性及其机理进行了讨论。将电缆样本在交流恒压下进行电树引发实验,在样本引发电树后对其进行加速水树老化实验,通过显微镜观察样本切片中电树向水树转化的特点。基于电场仿真结果并结合实际电缆运行情况,分析了电树向水树转化的特性和机理。结果表明:电树的分枝结构在电树发展过程中起到了一定的电场屏蔽作用。在极度潮湿的环境下,水分受介电电泳力作用向电树枝尖端迁移并填充电树通道,为较低场强下水树的生长提供了条件。湿润的水树包围电树后,水树尖端成为场强集中区域,但削弱了电树尖端电场,抑制了电树的发展,一定程度上减缓了电缆绝缘的劣化。     

高压XLPE电缆中电树枝生长的局部放电检测

通过在线观测XLPE电缆切片中电树枝的生长过程,发现不同电压等级下的电树枝的生长及击穿特性各不相同,二次加压后丛林状电树枝生长速度加快,形状表现出枝状特征.分析电树枝生长过程各时期局部放电数据与电树枝生长程度对比,发现工频周期内的局部放电量之和及放电次数与丛林状电树枝生长长度的发展趋势较为一致,可以较好的反映电压等级较...     

交联聚乙烯中的滞长型丛林状电树枝特性研究

为了弄清楚电树枝生长机理以利于研究耐电树高聚物材料，采用实时显微数字摄像监测技术监测交联聚乙烯中电树枝引发与生长过程。结果发现，在低频下电树枝长成丛枝状后不再生长。原因是绝缘体中被注入分布均匀的空间电荷，构成电场屏蔽，使电树枝尖端处的电场强度降至介质的击穿场强以下，使树枝停止生长。而局部放电、树枝尖端微击穿和电极向介质中注入电荷这三种作用同时加速电树枝的迅速生长。     

温度和电场对XLPE与纳米MgO/XLPE电树枝生长过程中局部放电特性的影响

以交联聚乙烯(crosslinkedpolyethylene,XLPE)和纳米Mg O颗粒添加质量分数为0.5%的交联聚乙烯(MgO/XLPE)为研究对象,研究温度和电场对这2种材料在工频电场下电树枝生长和局部放电特性的影响。此外,该文给出一种基于色度图的局部放电信号提取方法,可以有效反映整个电树枝生长过程中放电相位与幅值的时间分布特性。研究结果表明:当温度升高时,XLPE材料中的电树枝形态由较小的枝状发展为丛状,进而发展为较大的稀疏丛状;同时,因高温下材料聚集态改变,这可能会造成电场畸变,使得高温下局部放电强度增强。当电压增大时,XLPE材料中的电树枝形态由丛状发展为较大的枝–松状,且局部放电强度增加,这与针尖电场以及树枝端部电场的增大有关。此外,纳米Mg O掺杂削弱了高温下的局部放电强度,但由于Mg O/XLPE纳米复合材料在高温下的电气绝缘强度低于XLPE,这促进了高温下Mg O/XLPE材料中电树枝的生长。因此,尽管纳米MgO掺杂削弱了高温下的局部放电,但其对交流电树枝的生长没有明显的抑制作用。     

交联聚乙烯中丛状电树枝的生长机制

为了研究交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)中丛状电树枝的生长机理,采用XLPE薄片试样进行电树枝老化实验,通过实时显微观测系统完整记录了在工频高压下电树枝从引发到击穿的全过程,利用扫描电镜观察丛状电树枝的微观结构,并对电树枝通道进行能谱分析。通过构建丛状电树枝不同阶段的有限元电场仿真模型,进一步分析丛状电树枝生长特性与微观结构的关系。研究表明:电树枝引发初期,气体的迅速膨胀促使非导电型电树枝沿无定形区快速生长;碳颗粒周围产生的局部放电和电-机械应力导致电树枝进一步分叉和生长,碳颗粒的不断聚集使非导电型电树枝逐渐转化为导电型电树枝;丛状电树枝团端部场强相对较小以及电树枝内部局部放电减少,是丛状电树枝滞长的主要原因;电树枝团端部由于电-机械应力作用可能形成新的微孔或裂纹,易形成新的电树枝,最终导致绝缘击穿。     

工频电压下110kV级XLPE电缆绝缘中电树枝生长阶段特性

基于实时显微数字摄像技术和局部放电连续测量相结合的实验方法,研究了不同外施工频电压下110kV级XLPE电缆绝缘中电树枝的结构特征及其生长特性。结合大量实验结果,研究发现在不同外施电压的作用下,电树枝结构呈现出多样性的特点,生长过程及其局部放电具有鲜明的阶段特性,而且每个阶段存在不同生长机理。     

交联聚乙烯电缆绝缘中的电树枝与绝缘结构亚微观缺陷

半结晶高聚物中的电树枝特性远比纯脆性或柔性聚合物复杂,源于材料中的结晶区和无定形区两相共存.在厚绝缘交联聚乙烯(XLPE)中还存在不均匀结晶和微孔高度集中,以及残存应力,导致电树枝特性更加复杂.本文提出利用生长速度比和扩展系数两个新参数来研究XLPE中的电树枝生长规律.根据XLPE电缆绝缘中电树枝结构特征和生长特性,研究了电树枝的影响因素和绝缘中的四种亚微观绝缘结构弱点,分析了微孔集中、大球晶边界及结晶排渣、应力、电场局部集中所导致的电树枝在绝缘内侧的迅速扩展现象,提出了超高压XLPE电缆发展所必须解决的亚微观绝缘结构缺陷在电缆绝缘内侧集中问题及其对策.     

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。     

硅橡胶绝缘介质中电树的特性研究

电树枝的生长是聚乙烯(PE)和交联聚乙烯(XLPE)电力电缆绝缘电老化的主要原因。电缆附件中结构复杂、电场分布不均匀,其主绝缘材料———硅橡胶长期处于高场强下。因此,非常有必要研究硅橡胶绝缘介质中电树枝的生长特性及机理。笔者选取了电缆附件应力锥的硅橡胶材料作为试验样本,研究了其电老化现象。实验过程中采用了典型的针—板电极,通过施加直流和交流电压以及改变试验参数等方式促进电树枝的生长。实验中使用数字显微成像系统实时拍摄了电树枝的整个生长过程。结果表明:硅橡胶绝缘介质中由硅的化合物形成的电树枝通道是绝缘的,完全不同于PE和XLPE电力电缆中具有导电或者半导电性质的碳化通道;电树枝的生长速度和结构完全依赖于试验电压种类、交流电压幅值和电源频率,随着电压幅值以及电源频率的增加,生长速度明显增快。     

交联聚乙烯电力电缆电树枝生长的混沌特性分析

采用实际的XLPE电缆作为试验样品,以针尖模拟电场应力的集中,开展了工频12～21kV电压和常温到70℃下的电树枝化试验;引入了混沌理论分析电树枝生长的过程,并以电树枝局部放电单位时间内的最大放电量和总放电量作为分析对象,结合电树枝的生长的物理机理,分析了电树枝生长的混沌特征。结果显示XLPE电缆电树枝的生长过程具有确定性混沌特性,电树枝混沌特征的最大Lyapunov指数和关联分形维数值表现出随树枝分形维数的增大而减小的趋势。     

直流电压下XLPE电树枝化过程中的局部放电特性

为揭示XLPE直流电缆绝缘中电树枝生长与局部放电之间的相关性,该文基于针–板电极结构建立直流电树枝生长与局部放电实验,并通过油浴循环研究温度对直流电树生长与局部放电特性的影响。此外,借助电树枝放电的气–固两相电荷仿真模型,探讨空间电荷与温度对直流电树枝放电的影响机制,揭示直流电压下局部放电驱动的电树枝生长机理。研究表明,当直流电树枝发展至地电极附近时,会因在地电极附近形成的介质阻挡层而“转向”沿水平方向生长。同时,当电树枝沿电场方向生长时,放电强度会增大,而沿垂直电场即水平方向生长时,放电量保持稳定,甚至会出现因新旧电树枝通道的产生与自愈造成放电强度波动。根据气–固两相电荷仿真,表明温度是影响直流电树枝生长的一个关键因素。一方面,温度升高使固体绝缘中电荷的迁移扩散速度加快,针尖处电场增强,增幅达45%;另一方面,高温下电树枝气体通道内电子碰撞电离加剧,带电粒子浓度与放电电流增加,提升了直流电树枝放电强度,加快了直流电树枝发展。     

直流预压时间对直流叠加冲击电压下XLPE中电树枝引发特性的影响

为探究直流预压时间对直流叠加冲击电压下电树枝引发特性的影响,在幅值为0、±10kV预压时间为1、10、60、180 min的直流偏置电压下分别叠加±50 kV的雷电冲击电压.此外,利用双极性载流子输运模型对复合电压下针尖附近空间电荷及电场分布进行了仿真分析.试验及仿真结果指出,随着直流电压作用时间的增加,复合电压下的电...     

XLPE电缆绝缘中电树枝生长的阶段性特性实验研究

本文研究发现,XLPE电缆绝缘中电树枝的生长过程多数呈阶段性特征,并且在较低的电压频率下伴随着两种不同的电树枝结构。但在较高的电压频率下电树枝生长的阶段性不甚明显,并且仅仅存在一种电树枝结构。本文最后分析了产生这个实验现象的原因。     

XPLE电树枝生长过程中局部放电SHF信号特性研究

交联聚乙烯(XLPE)电缆中电树枝的生长伴随局部放电(PD)的产生,二者间存在一定关联。XLPE材料绝缘强度较高,其中发生的PD在超高频(SHF,3～30 GHz)频段的信号幅值相对较高。文中采用基于针-板电极结构和XLPE绝缘材料的试样,在不同温度和电压下对电树枝生长过程中的形态和PD的SHF信号进行同步检测,分析了电压与温度条件对二者的影响,并研究了二者间的特征关系。研究表明XLPE中电树枝的长与宽和温度与电压呈正相关,电压较低时对分形维数较低,较高时分形维数无明显变化。SHF信号幅值也与温度和电压呈正相关关系,电压较高时,信号幅值呈现先增大再减小至平缓趋势,频率在电压较低时信号有一定程度下降。电树枝生长情况和SHF信号的幅值呈正相关关系,且当电树枝生长速度较快时,SHF信号的频率也会升高。     

工频电压下220kV级XLPE电缆绝缘中电树枝生长特性研究

采用实时显微数字摄像技术和局部放电连续测量相结合的实验方法,研究不同外施工频电压下220 kV级XLPE电缆绝缘中电树枝的引发及生长特性,将其结构特征与110 kV电缆绝缘中的电树枝进行对比,利用差示扫描量热法和热失重分析法研究220 kV和110 kV电缆绝缘材料的微观聚集态结构。结果表明:在相同外施工频电压下,220 kV和110 kV电缆绝缘材料中的树形结构相同;在外施电压为9 kV和11 kV下,110 kV电缆绝缘中电树枝的引发时间相对较短,而在高电压等级下两者基本一致;110 kV电缆绝缘中电树枝在9 kV和27 kV下的生长时间相对较长,而在其他电压等级下220 kV电缆绝缘中电树枝的生长时间相对较长。220 kV电缆绝缘材料热稳定性和结晶度更高,结晶速率更快,即具有更好的结晶特性。     

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。     

温度梯度叠加极性反转电压下硅橡胶电荷输运及电树枝特性

直流电缆长期运行在高温度梯度作用下,且时常遭受极性反转、冲击电压等暂态电压,严重影响电缆绝缘可靠性。该文选用电缆附件主绝缘硅橡胶材料,针对不同温度梯度场和极性反转电压下的电树枝起始特性进行研究。搭建极不均匀场下双极性载流子输运模型,研究不同温度梯度和极性反转过程中电荷输运和电场分布特性。研究结果表明：随着针尖温度的上升,空间电荷注入量和注入深度不断增加,反转前后电场的变化更大。温度从30℃增加至120℃,电树枝起始电压下降26.2%,电树枝形态趋于密集,但电树枝长度先增加后减少。结合空间电荷输运特性,给出极性反转电树枝起始的过程,并分析温度梯度对电树枝引发特性的影响规律。     

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。