交联聚乙烯电缆绝缘中电树枝测试系统设计

交联聚乙烯(xlpe)电力电缆的树枝状老化研究(尤其是电树枝老化)是诊断电缆绝缘故障的有效方法。文中采用针板模型模拟电缆绝缘中电树枝的产生,并通过ansys软件计算不同曲率半径及不同电压等级下起始状态针尖处的场强分布。最后,根据实验室所搭建的实验系统观察不同电压下绝缘中电树枝的起始发展情况。

首先介绍了由“直流分量法”、“交流叠加法”和“损耗电流测量法”三者结合起来的综合判断方法,然后重点论述了交流叠加法的具体实现方案。基于3种方法的综合应用,制成的装置可以在不改变电力系统接地方式的情况下实现xlpe电缆水树老化状况的在线检测。

针对高压交联聚乙烯电缆绝缘试样,在1000—2000hz10kv峰值正弦电压下,采用计算机实时显微数字摄像技术进行了电树枝培养实验.基于半结晶绝缘材料中电树枝生长机理和电树枝结构的分形特征,提出了一个在高频范围定量预测电应力驱动下交联聚乙烯电缆绝缘中电树枝生长特性的动力学模型,获得了电树枝生长率方程和从电树枝生长到击穿过程的寿命公式.将该模型预测值与实验中获得的电树枝生长规律实验数据进行比较,其结果有较好的一致性,表明提出的模型化方法可以应用到交联聚乙烯电缆绝缘中电树枝老化规律的定量分析研究中.

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。

研究发现,交联聚乙烯中存在导电型、非导电型和混合型三种电树枝,分别对应于不同的生长机理,主要取决于介质的聚集态和施压频率等。实验表明,均匀结晶态中的电树枝为导电型,非均匀结晶态大球晶界面的电树枝为非导电型;频率会促进非导电型电树枝的发展,但对导电型电树枝的引发与生长不产生显著影响。非导电型电树,会缓慢发展成为混合型。研究分析证实,空间电荷限制下的树枝尖端微击穿是深入到晶体中的导电型电树枝缓慢发展的主要过程,局部高温高压气体沿晶界弱区迅速膨胀、树枝通道中的局部放电和电荷复合等是非导电型电树枝发展的主要过程。

为了研究交联聚乙烯电缆绝缘中的残余应力及其随温度的变化与松弛情况,利用电阻应变计与电阻应变仪连接的试验线路,在升温至80°c和90°c以及在这两个温度下的保温过程中,测量了绝缘截面上不同部位的应变量。试验发现,生产过程导致交联聚乙烯绝缘层中存在残余机械应力/应变以及半径方向的形态不均匀,这是导致电缆性能下降的重要原因,尤其对绝缘较厚的高压和超高压电缆,需恰当的热处理工艺消除其影响,改善绝缘性能。所提测试方法简单易行,可与计算机连接完成自动连续测量,因此可用于工艺参数的优化设计。

交联聚乙烯电缆绝缘的应变测量与分析

交联聚乙烯(xlpe)绝缘电缆的发展已有40年的历史,由于优点很多,前景广阔,发展迅猛。张家口供电公司配电网从2002年起,大规模使用交联聚乙烯绝缘电缆,收益良好,但也存在很多问题。多年来,该公司针对交联聚乙烯电缆绝缘击穿事故进行分析和处理,掌握了一套在交联聚乙烯电缆运行维护中,"如何减少电缆绝缘被击穿"的有效方法。

分析了交联聚乙烯绝缘电缆在国内外的发展趋势,指出研究这种电缆绝缘在线检测的必要性,并阐述了国内外交联聚乙烯绝缘电缆在线监测的几种方法.

采用共焦raman光谱分析法对交联聚乙烯电缆绝缘发生击穿后的通道,以及在试验条件下加18kv工频电压得到的电树枝的不同生长长度处树枝通道进行化学产物分析,最终获得了击穿通道产物的材料特性、击穿通道处有游离碳的特征峰谱线的存在,并依此判断电力绝缘发生击穿后绝缘材料被碳化,针尖附近亦测到游离碳的存在,但离针尖较远处的谱图上均没有测得碳峰,谱图上均有荧光背景存在,不同生长长度处电树枝通道的谱线含有不同的交联聚乙烯基带峰,表明材料发生裂解,并且随着电树枝的生长其裂解程度不同。

在交联聚乙烯电缆交联度测试中,热延伸法测量表明,高压交联电缆绝缘内层的延伸率大于外层,说明绝缘内层的交联度小于外层,但凝胶含量试验方法的测试结果却与热延伸试验的结果完全相反,通过分析认为是内、外层绝缘结晶形态和结晶度的不同导致了凝胶含量试验法测试交联度的不准确性;此外,通过物理机械性能试验,发现绝缘内层的抗拉强度和伸长率小于外层,这些结果说明电缆绝缘交联度存在径向的非均匀性。

随着技术的不断发展和电缆原材料的不断革新，抗水树交联聚乙烯电缆应运而生。欧美在抗水树电缆领域已走在前面，而我国抗水树电缆的研制尚处于起步阶段。我国抗水树交联聚乙烯电缆的试验标准主要包括gb／t12706-2008《额定电压lkv（um=1．2kv）到35kv（um=40．5kv）挤包绝缘电力电缆及附件》和dl／t1070-2007《中压交联电缆抗水树性能鉴定试验方法和要求》等。目前，抗水树交联聚乙烯电缆已在北美、南美、欧洲和部分亚洲地区得到广泛的应用。我国诸多材料生产厂家已加入到抗水树材料的研发行列中，并取得了一些阶段性成果。抗水树电缆未来具有广泛的应用前景，必将成为国内电缆领域的主流。

热老化过程不但会影响交联聚乙烯电缆绝缘的电磁学和物理化学性能,还对绝缘内水树的产生与生长有着一定的影响。通过研究热老化过程对xlpe电缆绝缘中的水树现象的影响,以及在几个有可能的影响因素当中,哪个因素对水树现象的影响最大。实验结果表明,在与xlpe电缆绝缘的热老化有关的各种因素对水树现象的影响中,热氧化对xlpe电缆绝缘表层水树的产生和生长的影响最大。尽管热氧化所引起的缺陷有可能就是xlpe电缆绝缘中水树生长过程中的起始点,但是它在一定程度上抑制着水树的成长,甚至有着"水树延迟效果"的美称。

本文简单介绍了交联聚乙烯(xlpe)电力电缆绝缘损坏的主要原因,并论述了xlpe电力电缆的离线和在线诊断技术。特别提出了用0.1hz超低频交流耐压代替直流耐压的优越性和可行性。对xlpe电缆绝缘在线诊断的意义及发展方向进行了探讨。

为掌握运行多年的交联聚乙烯(xlpe)电缆绝缘劣化状况及出现劣化的原因,采用热重法、红外光谱、机械强度试验分析了退运的14条110kv和220kvxlpe电缆绝缘。研究了电缆绝缘材料的热稳定性、物质成分及机械性能与电缆绝缘劣化的对应关系,并分析了14条退运电缆历史运行数据。结果表明,14条退运电缆中,有4条电缆绝缘出现了劣化,而这些电缆都经受过穿越故障电流或外部高温;起始分解温度、羰基指数、断裂能对表征xlpe电缆绝缘的劣化状况有很好的一致性,当绝缘出现劣化时,其起始分解温度降低、羰基指数升高、断裂能减小;交联电缆经受大的故障电流冲击或外部高温,都会加快绝缘的劣化。

本文总结了日本和近年来欧洲开发的500kv高压交联电缆结构的研究设计方法和结构选型经验,供国内有关单位参考。

500kV交联聚乙烯电缆绝缘结构的研究设计

针对交联聚乙烯电缆水树枝老化的问题,介绍电缆水树枝形成和发展的过程,分析电缆水树枝修复技术的原理、修复液注入工艺和研究现状,提出该技术应用中需要解决的关键问题。

本文分析了电缆及其附件绝缘老化原因和形态,叙述了xlpe电缆绝缘老化的机理。指出对高压电缆附件和缺乏径向防水构造的xlpe电缆需重视绝缘老化问题.最后,对绝缘老化检测方法作了探讨.

介绍了目前交联聚乙烯电缆绝缘在线检测的各种方法,并叙述各自的有效性及实用性

交联聚乙烯(xlpe)电缆在我国的应用越来越广泛,其绝缘老化的在线检测也日益提到议事日程上来。论文就直流叠加法在线检测电缆老化进行了研究,用软件作仿真,并通过实验得出直流叠加法的切实可行性。

阐述了高压交联聚乙烯(xlpe)绝缘收缩的原因,以悬链式生产线为例列举降低220kvxlpe绝缘收缩的相应技术措施,通过实际工艺验证220kvxlpe绝缘收缩率能够达到不大于4%的指标。