热老化对配电电缆绝缘等温松弛电流及阈值电场的影响

针对等温松弛电流法在配电电缆绝缘状态评估中的问题及难题,本文采用国产未老化的10 kV配电电缆新样作为检测对象,通过检测140℃下加速热老化288 h过程中电缆段的等温松弛电流和绝缘切片的高场电导,分析了热老化过程中表征绝缘状态的电流松弛分量、老化因子(A)和阈值电场(Et)变化趋势及范围。结果表明:等温松弛电流中存在3个明显的极化松弛峰,时间常数τ_(1)、τ_(2)和τ_(3)分别在7~12 s、31~39 s和210~536 s范围;热老化过程中等温松弛电流峰2和峰3对应的材料陷阱改变较大,其中峰3的改变最为明显;基于等温松弛电流的老化因子A在1.72~3.17范围,随老化时间的增加老化因子A先降后升,而对应的电导阈值电场Et呈先升后降的趋势,这表明阈值电场(Et)和老化因子(A)存在明显的关联,均是绝缘材料内部分子结构的宏观外在表象;国产电缆未老化时的老化因子A为1.91,已近德国标准DIN VDE 0276的“老年”状态,而热老化48 h时的老化因子(A)降至1.72,达到德国标准的“较好”状态,表明国产电缆老化因子A的偏高可能与电缆交联副产物量的残留相关,应完善国产电缆生产中的脱气工艺。

等温松弛电流法在高压电力设备绝缘老化状态评估中的应用

等温松弛电流(IRC)法由于可有效评估多种电气设备的老化状态,因此在高压电气设备绝缘老化状态评估中被广泛应用。首先,介绍了IRC的基本测试原理及其在不同电气设备绝缘老化评估中的应用;然后,根据各电气设备绝缘老化类型,整理并总结了利用IRC对设备绝缘老化进行评估的适用范围;最后,对电力设备绝缘老化评估方面亟需解决的问题及未来的研究方向进行了展望。

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。

单因子老化中定子线棒等温松弛电流的研究

为研究电机定子线棒老化后的绝缘特性,制备了按实际线棒尺寸比例缩小的线棒试样,并对其进行了单独的热、电老化实验,后测量了不同老化程度线棒试样的等温松弛电流,并基于等温松弛理论研究分析了线棒绝缘内的陷阱分布变化。结果表明:线棒绝缘在冷热循环老化过程中存在"后固化"的现象,绝缘内陷阱密度先增加后减小;而在电老化过程中,试样绝缘内浅能级陷阱密度增加。根据不同极化过程对等温松弛电流的贡献,建立了定子线棒等温松弛电流的三阶指数衰减模型。研究表明,电机线棒老化的主要表现是环氧树脂和云母之间界面中缺陷的增加,而三指数衰减模型对等温松弛电流数据的拟合结果也足够准确。

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。

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1200~1800 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。

基于等温松弛电流的变压器测温用荧光光纤护套的老化状态评估

基于等温松弛电流方法,使用沿面电极布置的形式,对光纤护套材料的油中热老化状态进行分析评估,并通过机械拉伸实验和傅里叶红外光谱对试样力学性能和化学结构进行辅助分析。结果表明:光纤护套在变压器油中热老化后力学性能劣化,拉伸强度和断裂伸长率在老化前期迅速下降,后期降速减缓;傅里叶红外光谱结果表明光纤护套在变压器油中热老化后没有明显的醛类产物生成,亚甲基、甲基等振动峰强度有一定程度的减弱,可能有分解过程发生;等温松弛电流结果表明随着老化时间及温度的增加,老化因子A的值逐渐增加,说明等温松弛电流法能够反映光纤护套在变压器油中的热老化程度,可以作为老化评估的有效手段。

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。

电压极性和加压时间对XLPE电力电缆等温松弛电流的影响

针对电力电缆老化状态评估中较有效的等温松弛电流法,研究了振动噪声对等温松弛电流的影响,等温松弛电流的可重复性,电压极性和加压时间对等温松弛电流的影响。试验结果表明,等温松弛电流的可重复性较好,改变电压极性不一定改变松弛电流的极性,即存在反常放电电流现象,极化时间30 min交联聚乙烯极化已达到稳定状态。

基于等温松弛电流法的10kV电缆老化程度分析

等温松弛电流法作为一种非破坏性的电缆老化评估手段,为电缆老化程度的评估提供了参考依据.文中试验截取输电线路中一根运行近30年的10 kV交联聚乙烯电力电缆,进行等温松弛电流试验,利用三阶指数函数对所得的电流数据进行拟合处理,计算出函数各参数,进而计算老化因子初步诊断电缆老化状态,之后对等温松弛电流曲线进行I*t-lg(t)坐标变换,拟合分峰处理研究三种不同松弛过程对电流整体的影响,对lg-lg坐标下的松弛电流进行线性拟合得到拟合斜率,研究线性拟合斜率与电缆老化程度的关系,最后基于能级缺陷的角度,微观上分析老化程度与能级缺陷密度之间的关系.根据老化因子计算结果并结合老化判据得出结论,该试样电缆一相老化明显,两相老化严重,可知电缆整体上老化比较严重,同时对每相电缆的等温松弛电流数据进行多角度分析验证,所得结果与电缆老化因子计算值相符,进一步验证等温松弛电流试验结果的准确性,对工程线路中电缆的更换与维修有着一定的参考价值.

等温松弛电流法在35kV交联电缆绝缘老化评估中的应用

研究出一套针对投运超过20年以上35kV交联电缆绝缘老化有效评估方法,对电缆的技改工作提供有效的指导。本研究体系基于等温松弛电流法(非破坏性方法)设计的测试系统,通过研究去极化电流特性来分析交联聚乙烯电缆的绝缘老化状况,为了方便对交联电缆绝缘老化状况划分,引入老化因子A的概念,通过研究表明利用等温松弛电流法能够很好地评估电缆的绝缘老化程度。

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。

基于等温松弛方法的发电机定子线棒绝缘检测方法研究

定子线棒绝缘状态是重要的电气状态量之一,关系到电网的稳定及安全。本文使用非破坏性的基于等温松弛电流法的线棒绝缘检测及数据分析方法,测试了三种不同结构与老化方式的线棒,数据分析结果表明:log-log坐标下电流拟合斜率的绝对值随着老化程度而下降,能够较好的判断绝缘状态;频谱曲线幅值随老化下降,说明绝缘缺陷增加。对于电热联合老化,老化因子的变大可以看出其绝缘状态的劣化,但对于冷热循环老化,由于线棒绝缘的特殊结构及老化机理,老化因子呈相反趋势。

基于IRC法和局部放电法的车载高压电缆绝缘状态评估

为准确评估乙丙橡胶(EPDM)车载电缆的绝缘老化状态,引用了等温松弛电流(IRC)法和局部放电(PD)法,分别讨论了老化因子、局部放电特征信息与电缆老化状态之间的映射关系,结果表明:随着车载电缆运行里程的增加,老化因子、局部放电量、放电次数和放电电流均呈现规律性增长趋势,多种老化应力协同作用是造成车载电缆绝缘劣化的主要原因,绝缘材料内部陷阱的增多和加深是车载电缆老化的微观表现。协同等温松弛电流法和局部放电法对车载电缆绝缘状态的评估具有有效性和可行性,通过建立微观陷阱分布特性与宏观局部放电特性之间的联系,分析可得:深陷阱捕获电荷的能力较强,电荷极易集聚,局部放电容易发生,因此基于IRC法和局部放电法对车载电缆绝缘状态进行评估具有一定的价值意义,可指导高速动车组电网规划及电缆检修工作。

荧光光纤温度传感器护套材料在变压器油中的热老化

荧光光纤温度传感器长期浸没在变压器油中,随着使用时间的增加,其护套材料不可避免地会经历老化过程。通过有限元仿真发现荧光光纤温度传感器及其护套在工作时所处的电场很小,热老化是护套材料老化的主要形式。为此,针对荧光光纤温度传感器的3种不同护套材料即交联聚烯烃、聚氨酯和聚氯乙烯,在不同温度的变压器油中进行了热老化;然后使用Fourier变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)对试样的化学结构进行了辅助分析,并且基于机械拉伸实验和使用沿面电极布置形式的等温松弛电流方法,对不同护套材料的老化状态进行了分析评估。红外光谱实验结果表明:交联聚烯烃和聚氨酯护套在变压器油中热老化后均发生一定程度的分解,聚氯乙烯护套的红外光谱在老化前后没有大的变化。机械拉伸实验结果表明:交联聚烯烃护套的断裂伸长率和拉伸强度都大幅下降,聚氨酯护套的断裂伸长率下降但是拉伸强度却增加,而聚氯乙烯护套的断裂伸长率和拉伸强度均没有太大变化。等温松弛电流方法计算结果表明:老化后各种护套的老化因子值均大于未老化护套的值。综合评估可得:交联聚烯烃护套在油中热老化性能最差,聚氨酯护套次之,聚氯乙烯护套性能最好。

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。

基于IRC和逐级耐压法的110kV XLPE电缆剩余寿命评估

在运行20多年的电缆上截取长、短试样，分别进行等温松弛电流法试验，再利用电热老化前后的长样进行等温松弛电流法试验．结果显示长样由于带有电缆接头而体现出老化因子大的特点，表明电缆接头是电缆的薄弱环节，接头更容易受到电热作用而发生老化；经电热老化后的长样因内部缺陷增加而使老化因子增大，说明电热处理会加重电缆老化程度；通过逐级耐压法对电缆试样进行试验，结果表明试样的剩余寿命在10～20年的范围内，和设计时的预期寿命一致．基于等温松弛电流法的试验结果对XLPE电缆进行老化状况评估，通过耐压法试验结果给出其具体的剩余寿命，两者相辅助结合可以进行比较全面的判断．