直流电压下油纸绝缘纤维杂质迁移运动特性及动力分析模型

换流变压器阀侧绕组运行过程中长期承受直流电场分量,其内部纤维杂质易积聚成桥,严重影响复合绝缘性能。为此,探究了直流电压下油纸绝缘纤维杂质迁移运动特性,对其轨迹、速度、偏移距离等特征参数进行了定量分析。在此基础上,建立了直流电压下纤维杂质动力分析模型,还原了纤维杂质的整个运动轨迹,并定量解释了其运动过程中速度及偏移距离变化的动力学机制。结果表明:球板电极下,单个纤维杂质在电极间往复运动,同时向强场区域水平迁移。其单次运动周期分为“抬升”、“上升”、“下降”3个阶段,最大运动速度可达10^(2)mm/s量级。随加压时间增加,油中纤维杂质在强场区域积聚为杂质小桥,小桥间因同号电荷相斥最终呈现中间密集而边缘稀疏的形态特征。仿真研究纤维杂质迁移运动特性,发现其“上升”阶段运动速度先急速增大再缓慢增加,“下降”阶段速度则先急剧增大至极大值而后逐渐减小,最大加速度可达10^(2)m/s^(2)量级。进一步地,纤维杂质运动过程中水平方向偏移距离随碰撞次数增加逐渐减小,其关系服从指数函数。以上研究可明确直流电压下纤维杂质全运动过程,实现杂质动力学特征定量计算,为后续纤维杂质绝缘危害性评估工作提供理论依据。

短时高热运行对XLPE电缆绝缘聚集态结构及介电性能的影响

为了研究交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆经历短时高热运行后绝缘性能的变化,通过对短电缆样本进行短时高热老化来研究其聚集态结构与介电性能的变化及关联性。首先对10 kVXLPE电缆样本分别在90、105、120、135和150℃下热老化2 d,然后将所有样本在90℃下热处理90 d,最后采用极化–去极化电流测试、击穿电压测试对热处理前后的样本进行电气性能表征。为了解其聚集态结构变化,采用差示扫描量热测试、傅里叶红外光谱测试对热处理前后的样本进行理化性能表征。结果表明,当电缆经历短时高热运行后,若短时高热温度处于XLPE熔融温度范围内,绝缘的界面极化强度、抗氧化剂消耗速率会减小;而当短时高热温度超过XLPE熔融温度时,绝缘的界面极化强度、抗氧化剂消耗速率会增加。这一结果表明了当电缆短时高热运行温度处于XLPE熔融温度范围时,之后电缆热氧老化进程会因XLPE重结晶效应而被减缓;当温度高于XLPE熔融温度时,之后电缆热氧老化进程会由于XLPE发生热裂解而被促进。

电场作用下含电压稳定剂修复液的扩散及对热氧老化电缆绝缘性能的影响

为了研究含不同类型电压稳定剂的修复液在电场作用下的扩散行为,以及它们对热氧老化电缆绝缘性能的影响。选取安息香、抗氧剂300和UV-P 3种电压稳定剂,配置13组不同含量修复液,进行热氧老化电缆压力注入式修复。对修复前后电缆样本进行红外光谱分析、电树引发和生长实验以及介电性能测试。研究结果表明:修复液注入后,短期内依靠压力和浓度差在绝缘中分层扩散;电场作用使得交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)分子链发生取向、修复液中极性分子受正介电泳力朝电场最强处定向运动,二者促使修复液向绝缘缺陷处加速扩散并聚集,电缆绝缘性能明显提升。不同成分修复液均能提高电缆绝缘的电树引发电压,其中质量分数为1.0%的抗氧剂300修复液对热氧老化电缆的电树抑制效果最好。此外,修复后电缆的直流电导率和介质损耗因数增大,修复液极性对XLPE电缆的绝缘性能和介电性能具有双向作用。

基于改进定阶法的海底电缆绝缘状态诊断研究

为了解决极化-去极化电流法在目前海底电缆绝缘诊断中支路辨识易受噪声干扰的问题,基于信息熵理论提出一种改进的支路辨识定阶方法。首先分析导致传统支路辨识方法在噪声环境下定阶不够准确的理论原因,之后利用信息熵理论对奇异值所带信息进行阶数确定,最后分别对实验室新电缆以及水树老化电缆运用该方法进行绝缘支路辨识。结果表明:水树老化缺陷的存在导致电荷在电缆的去极化过程中的弛豫时间与其他极化形式不同,最终使得支路数增加。改进定阶法在对水树老化电缆进行支路辨识时,能够更为准确地辨识出水树老化对应的极化支路,验证了所提方法的有效性,并为海底电缆绝缘状态诊断提供参考。

基于连续PDC测试的XLPE电缆水树老化判别方法

为了判断XLPE电缆绝缘中是否出现水树老化现象,基于水树老化后特有的微观结构及在电场下的力学蠕变特性,提出一种基于连续极化去极化电流(polarization and depolarization current,PDC)测试的水树老化XLPE电缆检测方法。首先分析水树区域在电场下受到麦克斯韦应力下的力学形变,使得流过这一区域的电流在连续PDC测试过程中逐渐增大。之后,对这一过程下的水树区域进行电流仿真,验证了这一现象。最后,对不同老化形式(水树、热、辐照老化)的电缆样本进行连续PDC测试,分析在连续PDC测试过程中直流电导率的变化情况。实验结果表明:对于内部出现水树老化的电缆样本,它们均出现了电导率随测试次数增加而明显增加的现象,同时电导率增加的幅度与水树枝平均长度相关,水树枝越长,则电导率增加越明显;而其他老化形式样本(不包含水树)电导率基本保持不变。这一对比分析结果说明:通过对电缆进行连续多次PDC测试并分析其电导率变化情况,能够判断XLPE电缆中是否存在水树老化现象。

退运中压XLPE和EPR电缆老化特性分析

通过对退运交联聚乙烯(XLPE)和乙丙橡胶(EPR)电缆进行理化性能测试和介电性能测试,研究退运电缆老化特性及界面极化效应。对电缆绝缘进行宽频介电谱测试和红外光谱分析,发现退运电缆绝缘内外侧的介电参数和各特征基团吸收峰强存在明显差异。通过对新电缆与退运电缆进行不同电压下的极化去极化电流(PDC)测试,提取了界面极化电流成分。结果表明:退运电缆存在非均匀老化现象,绝缘内侧老化程度较外侧更严重,绝缘内部存在"界面效应",在PDC测试过程中存在界面极化电流,且绝缘非均匀老化程度越严重、PDC测试电压越高,界面极化电流越大。可以采用红外基团相对吸收比Rn表征绝缘非均匀老化程度,采用界面极化电荷量Q表征绝缘界面极化强度,以对运行老化电缆的老化特性进行分析。

电缆高压侧极化-去极化电流检测装置研究

为解决工业现场的电缆绝缘状态诊断问题,设计了一种电缆高压侧极化-去极化电流(PDC)检测装置。通过分析工业现场环境中影响PDC测试的因素,表明了高压侧测试方式更适合工业现场的电缆绝缘状态诊断。由于电缆的极化去极化电流变化范围大(pA~mA),且现场存在各种电磁干扰,装置中的微电流检测电路采用了自动换挡和低通滤波的设计,满足了装置对快速变化的电流的测量以及抗干扰能力的要求,装置的电流测试范围为±1 pA~±2 mA,分辨率为1 pA。该装置采用与上位机之间采用了无线通信的数据传输方式,使得该装置在现场放置时灵活性强,能够适应复杂的测试环境。经现场应用表明,该装置能够对电缆的绝缘状态进行准确评估。

基于PDC法的XLPE长电缆中局部水树的诊断

针对极化–去极化电流法(polarization and depolarization current method, PDC)对于局部水树老化的诊断灵敏度随着交联聚乙烯(XLPE)电缆长度增加而下降的问题,提出了一种新的基于PDC法的长电缆中局部水树的诊断方法。由于水树区域XLPE的蠕变特性,使得水树通道在极化过程中打开且在去极化过程中关闭,宏观上表现为极化和去极化过程的不对称性。通过对长电缆进行三支路Debye模型参数辨识并提取出第三支路极化和去极化时间常数的不对称系数τas以反映这种不对称现象,且实现对局部水树老化的诊断。对加速水树老化后的短电缆、长电缆和退运电缆进行了PDC测试,结果表明:水树老化使得Debye模型中支路电容明显增加,并且局部存在水树老化电缆的参数τas增加并逐渐偏离1,且随着电缆长度的增加,诊断灵敏性并未明显下降。水树老化后的电缆及退运电缆的诊断结果证明了不对称系数τas可以反映XLPE电缆的水树老化现象且灵敏度不受电缆长度的影响。

基于PDC法的核电站XLPE电缆辐照老化研究

为了对辐照老化后的核电站用中压交联聚乙烯(XLPE)电缆的绝缘状态进行评估,首先对电缆进行不同程度的辐照老化,研究不同辐照剂量下电缆的极化去极化电流,分析0.1 Hz介质损耗因数、直流电导率等老化参数的变化规律。然后使用改进的3支路Debye模型对电缆绝缘进行拟合,得到不同辐照剂量下的支路电阻与支路电容,对电缆的老化情况进行评估。结果表明:核电站用XLPE电缆在低辐照剂量(小于216 k Gy)下的支路电容与支路电阻变化较小,随着辐照剂量的增加,支路电阻大幅下降,支路电容大幅上升,电缆直流电导率、介质损耗因数不断上升,并与断裂伸长率、氧化诱导时间的测试结果相符,验证了PDC方法可以有效地检测辐照老化电缆的绝缘情况。

水树老化电缆的绝缘评估图谱特征

针对现有基于极化–去极化电流(polarization and depolarization current method,PDC)法的绝缘评估方法无法综合反映老化电缆特征参数变化特性这一问题,提出了绝缘评估图谱来多维度表现电缆老化状态。绝缘评估图谱中包含特征参数图谱和支路辨识图谱。水树老化是对电缆绝缘结构影响较大的老化形式之一,对水树老化电缆和退运电缆进行PDC测试后分析了其绝缘评估图谱的变化特征,并利用其他理化分析手段更加深入地分析了退运电缆的异常老化特征,结果表明:随着水树老化时间增加,电缆的电导率σ未出现明显变化趋势,而单位化去极化电量Qn和介质损耗因数最大值tanδmax参数则先减小后增大,这导致水树老化电缆的特征参数图谱面积先减小后增大;电缆发生水树老化后,其支路辨识图谱形态会发生显著变化,且随着水树老化进行支路辨识图谱上移;若电缆交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)绝缘中存在树枝通道状的不同质结构,会导致去极化电流中存在违背指数衰减规律的异常增大的电流分量,在支路辨识图谱中表现为拟合系数Ai为负数。

核电厂退运乙丙橡胶电缆的老化特性分析

为了探究核电厂运行老化乙丙橡胶(EPR)电缆的绝缘老化特性及机理,对核电厂退运中压乙丙橡胶电缆进行了微观结构和介电性能测试。结果表明:退运乙丙橡胶电缆绝缘径向存在非均匀老化现象,内外侧绝缘中均存在大量微孔。与外侧绝缘相比,内侧绝缘中微孔分布更加密集,含氧基团的红外特征吸收峰强度更大,电导率与介电常数也较大。根据红外相对吸收比R_n可以辅助判断电缆的非均匀老化程度。