Studies on the Effect of Accelerated Thermal Aging on Electrical and Physicochemical Properties of XLPE Cable

The degradation of crosslinked polyethylene (XLPE) cable insulation during service, such as thermo-oxidation and water treeing may lead to a premature electrical breakdown of the XLPE insulation cables. Therefore, it is necessary to optimize the period of replacement to evenly distribute the replacement cost by ascertaining the deterioration degree. Estimation of the aging degree is at present the most important task for diagnosis of the residual lifetime of the power cable insulation. This paper presents a study on the changes in the dielectric properties of the thermally aged XLPE cables in the frequency range from 0.07～10 MHz. Based on electrical and physicochemical characterization, some new "dactylograms" for the thermally aged XLPE cable insulation have been proposed.

RECENT DEVELOPMENTS IN PHOTOINITIATED CROSSLINKING OF POLYETHYLENE AND ITS INDUSTRIAL APPLICATIONS

The recent developments in the photoinitiated cross-linking of polyethylene and the significant breakthrough of its industrial application are reviewed. The enhanced photo-initiation system, the dynamics of photoinitiated crosslinking, the optimum conditions, the crystal morphological structures and related properties, and the photo- and thermo-oxidation stability of photocrosslinked polyethylene (XLPE) materials have been elucidated systematically. A new technique for producing photocrosslinked XLPE-insulated wire and cable is described in detail. It can be expected that the future applications of photocrosslinking technique of polyolefins will be very promising.

直埋XLPE电缆在不同敷设条件下的温升与载流量仿真

土壤直埋因具有施工周期短、散热性能好等优点而被广泛应用于电力电缆的敷设。埋设过程中各种敷设条件对电缆的温升和载流量都有着重要影响,文中采用Comsol有限元仿真软件,以110 kV交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电力电缆为研究对象,在直埋敷设的基础上考虑回填沙土、加盖混凝土保护板、装设套管等多种因素,建立包含电磁场、热场和流体场的耦合模型,分析这3种敷设条件对电缆温度场变化及载流量的影响。仿真结果表明:回填沙土会提升电缆载流量,随着回填沙土厚度的增加电缆载流量提升速度变缓;加盖混凝土保护板对载流量的影响较小,与不加盖时相比载流量提升幅度在0.5%以下;在排管内填充高导热材料会提升电缆载流量,相比于无填充情况,三相均填充高导热材料与中间相填充高导热材料、其他两相填充低导热材料时载流量的提升幅度均高于50%;在考虑上述因素同时存在情况下,有利于电缆载流量的提升。

高压XLPE电缆缓冲层烧蚀故障机理分析与结构优化

高压交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆缓冲层烧蚀故障频发,在行业内引起广泛关注。电缆结构优化有利于解决放电烧蚀问题,文中从缓冲层放电灼伤机理角度出发,建立电缆有限元模型进行电场仿真,分析讨论不同结构参数下气隙电场分布的变化,并开展模拟试验对结构优化方案进行研究。结果表明:在满足电缆设计要求的前提下,减小缓冲层厚度、减小轧纹深度、增加金属套和缓冲层的挤压深度有利于减弱接触不良导致的气隙电场畸变;平滑铝套结构与缓冲层的接触电阻较小,在抑制缓冲层放电烧蚀故障方面具有优势。

高压电缆交联聚乙烯绝缘料黏度参数对挤出特性影响的仿真研究

高压电缆交联聚乙烯(XLPE)绝缘料及其挤出成型技术是我国高压电缆生产的关键问题。绝缘料的黏度参数会影响其在单螺杆挤出机内包括挤出口流率和流道内熔体最高温度等的挤出特性,进而决定了高压电缆绝缘的成型质量和绝缘性能。该文通过仿真模拟的方法研究了高压电缆交联聚乙烯绝缘料的黏度参数对挤出特性的影响,提出利用绝缘料挤出最高温度-挤出口流率曲线反映不同黏度参数下的挤出特性变化规律。结果表明,最高温度随着挤出口流率增大而升高,零切黏度和松弛时间对最高温度-挤出口流率曲线的斜率影响最大,幂律指数次之,温度系数影响最小。其中,零切黏度和幂律指数与挤出口流率和最高温度的关系均为正相关,且零切黏度增大到一定值后挤出口流率不再明显增大而最高温度持续提升;松弛时间和温度系数与挤出口流率和最高温度的关系均为负相关,且温度系数较小挤出特性较好。最终,根据实际电缆绝缘料挤出生产需求,提出了绝缘料黏度参数的适宜范围。该文可为国产高压电缆交联聚乙烯绝缘料的研发和挤出成型技术的提升提供重要数据支撑与理论依据。

XLPE电力电缆综合绝缘诊断策略研究

长久以来,有关交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘现场试验或诊断被清晰的分为离线和在线两类,绝缘监测目标也往往以针对电缆本体或针对电缆附件区别对待。本文第一次提出针对电缆整体,在电缆整个运行期的综合绝缘监视方法,同时提出以在线监测为主,离线绝缘诊断为辅的综合绝缘评价策略,论证了推行这种策略的必要性。

退役高压XLPE电缆绝缘空间电荷行为研究

文中对两回110 kV退役高压交联电缆进行180 a预鉴定试验,目的在于研究不同运行年限的退役高压交联电缆老化前后的空间电荷行为差异,并评估电缆重新投入实际运行的可靠性。通过电声脉冲(PEA)法测量试验前后绝缘层交联聚乙烯(XLPE)试样的空间电荷分布,结合傅里叶红外光谱(FTIR)实验、X射线衍射(XRD)实验揭示试样的微观结构、聚集态结构状态变化与空间电荷的迁移、积聚和消散过程的潜在关系。实验结果表明:实际运行16 a的电缆绝缘由于存在大量杂质使得空间电荷的积聚严重,老化试验后,杂质的减少和淬火反应使得空间电荷的积聚降低且消散过程加快;实际运行32 a的电缆绝缘空间电荷的积聚和消散过程缓和,老化试验后,由于绝缘降解作用和晶态结构的破坏使得空间电荷的积聚加剧且消散过程变得缓慢。

XLPE电缆绝缘仿真判据探讨

为获得交联聚乙烯绝缘电缆(简称XLPE电缆)绝缘击穿的判据,对10kV XLPE电缆单相和三相接地不平衡电流建立绝缘仿真模型,用Matlab软件对单相、三相的整体、局部绝缘故障进行仿真计算,得出接地不平衡电流i与绝缘层电阻、电容、介质损耗因数之间的关系。仿真结果:绝缘层电容、介质损耗因数的变化对i的影响较明显;三相整体老化时i的变化极小,三相局部绝缘故障时i的变化较明显;单相局部绝缘故障的i值随故障严重程度变化,三相局部绝缘故障时电缆首尾两端接地不平衡电流之比随故障点位置变化。对仿真结果进行分析并得出结论:通过监测接地不平衡电流可以判断电缆绝缘状况和确定故障点位置,绝缘判据与电缆长度、电压、负载和电缆劣化前参数有关。

高压XLPE电缆缓冲带动态导电特性与机理

高压交联聚乙烯(XLPE)电缆缓冲层烧蚀是近年来受到广泛关注的电缆故障类型。缓冲层烧蚀通常在受到挤压以及吸收水分的情况下发生,因此研究压强和吸水对于缓冲层烧蚀的影响机理具有重要意义。文中针对干燥和吸水的阻水缓冲带(简称缓冲带)在不同压强下开展模拟实验,以获得缓冲带电流密度、电压以及交流体积电阻率在烧蚀过程中的动态变化规律。同时,采用扫描电子显微镜,获得缓冲带试样的微观形貌特征。结果表明:在烧蚀过程中,干燥缓冲带试样的交流体积电阻率随时间逐渐升高,并出现短暂的电流激增和电压骤降的现象;吸水缓冲带试样的交流体积电阻率会出现随时间逐渐降低的过程,并且吸水后缓冲带试样的交流体积电阻率相比干燥时有所下降;当压强从1.09 kPa增加至5.45 kPa时,干燥与吸水缓冲带试样的交流体积电阻率均逐渐降低。结合缓冲带烧蚀模拟实验结果以及微观形貌特征可得出压强和吸水对缓冲带动态导电特性的影响机理。

铝护套结构对XLPE电缆绝缘屏蔽层悬浮电位影响

近年来,高压交联聚乙烯(XLPE)电缆缓冲层烧蚀缺陷频繁发生,对电缆安全运行造成严重影响,研究如何降低缓冲层缺陷造成的影响迫在眉睫,文中通过改进铝护套结构以降低缓冲层烧蚀缺陷的严重程度。首先,理论分析形成缓冲层烧蚀缺陷的原因;然后,建立缓冲层分压模型;最后,以某缺陷电缆为仿真对象,计算在含有缓冲层白斑缺陷时,分别降低铝护套最小内径以及铝护套波谷处曲率后的绝缘屏蔽层悬浮电位以及缓冲层电场强度值变化。以文中缺陷电缆为例,由仿真定量分析得出,当铝护套最小内径减小后,绝缘屏蔽层悬浮电位下降30%,缓冲层间电场强度值下降30.9%;当铝护套波谷处曲率降低后,绝缘屏蔽层悬浮电位下降13.7%,缓冲层间电场强度值下降13.3%。当出现缓冲层白斑后,铝护套最小内径和铝护套波谷处曲率的减小可降低绝缘屏蔽层悬浮电位以及缓冲层间电场强度值,从而抑制缓冲层间局部放电的发生,降低缓冲层缺陷造成的影响。

直流XLPE电缆绝缘中空间电荷的抑制方法综述

交联聚乙烯(XLPE)因其优异的介电、理化性能而被广泛应用于电缆绝缘领域。在电缆的服役过程中,电缆绝缘内部会积聚空间电荷,严重时可引发电场畸变,导致电缆击穿事故发生。对于直流XLPE电缆,空间电荷的积聚及影响更加不容忽视。针对直流XLPE电缆绝缘中产生的空间电荷积聚效应,目前学界主要采用共混改性、聚合物链段接枝极性基团、纳米掺杂改性及制备高纯净绝缘料等方法来进行控制,改性后的直流XLPE电缆绝缘对空间电荷产生的抑制效果均有所提升。文中首先对上述直流XLPE电缆绝缘中空间电荷的抑制方法进行综述,介绍其抑制原理以及相应的抑制效果,然后对比总结不同抑制空间电荷方法的优缺点,最后对未来直流XLPE电缆绝缘中空间电荷抑制方法的研究发展作出展望。

交流500 kV XLPE海缆绝缘材料在电-热联合应力下的工频击穿特性与寿命模型

为深入掌握交流500 kV交联聚乙烯(XLPE)海缆绝缘材料在电-热应力下的工频击穿特性并建立电-热联合寿命模型,本研究首先对500 kV海缆主绝缘进行25、40、55、70℃步进应力下的电-热联合绝缘击穿试验,对电气强度和耐压时间进行Weibull统计分析,获得不同温度下等效电气强度和等效耐压时间的变化规律。然后,通过多元线性回归建立FALLOU、SIMONI和CRINE模型并进行误差分析。最后,研究构建适用于该交流500 kV XLPE材料的E-T耦合参数模型。结果表明:在相同温度下,随着每级电压持续时间的增加,等效电气强度逐渐降低;在每级电压持续时间相同时,随着温度的升高,等效电气强度和电压持续时间均呈现先上升后下降的趋势。对电-热联合老化模型的分析表明,3种模型拟合误差较大,拟合优度不满足精度要求。本研究通过利用逐步回归计算电-热变量与寿命的显著性与相关性,获得改进的电-热联合老化寿命模型,误差分析显示改进模型具有较好的拟合精度。

基于DRSN的高噪声环境下XLPE电缆故障识别

为对高噪声环境下交联聚乙烯(XLPE)电缆故障进行智能化识别,提出了一种基于深度残差收缩网络的XLPE电缆故障识别方法,该方法将软阈值作为非线性变换层嵌入到网络深层结构中,并引入软注意力机制对软阈值进行加权优化,从而加强深度神经网络从高噪声局部放电信号中特征学习的能力,进而提高电缆故障诊断精度。首先,根据运维、检修经验制作了4种典型的终端故障,并搭建局部放电测试系统,测试得到不同电压等级下局部放电数据,并对其进行加噪处理;然后,通过深度残差收缩网络完成不同噪声环境下故障数据特征提取及分类;最后,与其他故障诊断方法进行对比。结果表明:该方法能够有效地对噪声信号进行抑制,极大地提高了高噪声环境下电缆故障诊断精度,为后续的工程应用提供了切实可行的方法。

电热联合老化对XLPE电缆绝缘特性的影响

为了探究达到设计寿命的高压交联电缆继续运行的可靠性,文中对一回实际运行32 a的110 kV高压交联聚乙烯(XLPE)电缆采用预鉴定试验方法,进行为期180 d的电热循环加速老化试验。通过综合分析比较试验过程中电缆绝缘内、中和外层的电场强度和温度场变化的差异,并将各绝缘层试验条件转化为导体芯表面得到相应的等效试验条件,发现电缆绝缘中层和外层的等效试验条件接近电缆的实际运行情况。通过相关理化实验分析比较试验前后电缆绝缘各层的微观和聚集态状况。结果发现:绝缘内层在严苛的试验条件下热氧化降解占主导;绝缘中层虽然发生一定的氧化降解,但晶体结构仍有所改善;绝缘外层的结晶形态在温度效应的热刺激下趋于完善。因此,可以评估该退役电缆的其余部分在实际运行条件下仍具有长期服役的潜能。

应用磁场分布特征提取的35 kV XLPE电缆劣化评估

35 kV交联聚乙烯电缆在配电网中得到了广泛应用,但在运行中热、机械、电等因素会引发电缆绝缘劣化。为提高电力电缆状态评估的可靠性,本文提出了一种基于磁场分布特征分析的电缆绝缘劣化评估方法。基于搭建的35 kV单芯交联聚乙烯电缆仿真计算模型,分析了主绝缘气隙和半导电层凸起缺陷时电缆磁场分布特征,建立了缺陷类型、大小、位置和劣化程度与磁场强度和磁场畸变特征的关系,利用磁场畸变特征检测电缆故障,提升了电缆故障检测的有效性和准确性。

高压XLPE电力电缆绝缘老化状态评价研究进展

高压交联聚乙烯(XLPE)电力电缆的绝缘老化状态关系到供电可靠性,故电缆绝缘老化状态检测及评价方法的研究意义重大。对于高压电缆的绝缘老化状态检测及评价,国内外已有相关研究成果,文中总结了目前常用的高压电缆绝缘状态离线、在线检测及评价方法。离线检测手段准确性高,但不适于对在役电缆进行大面积取样检测;在线监测的环境干扰因素太多,存在的干扰会对监测结果产生影响,有一定检测局限性,且缺乏大量的实验数据支撑;而对于电缆绝缘老化状态评价方法,尚未有广泛认可的评价标准和体系。文中在总结概述现有方法的基础上,提出了目前电缆老化绝缘状态综合评价方法存在的难点及未来电缆绝缘老化评价研究可提升的方向。

基于超低频介损的XLPE电缆绝缘受潮检测判据研究

电缆超低频介损测试技术在国内刚刚起步,所采用的IEEE Std 400.2-2013超低频介损判据并不完全适用于我国本土化交联聚乙烯(XLPE)电缆,开展针对电缆超低频介损检测的研究迫在眉睫。文中通过加速水树老化实验验证了超低频介损检测对于检测水树劣化情况的有效性,并开展现场测量,对所测252组数据进行状态分级,发现介损变化率为负的电缆线路处于注意或异常状态,多处于异常状态;且介损的波动值可更加清晰直观地反映电缆运行状态。因此,在现有的电缆超低频介损三大判据之外,提出了新的特征量反向介损变化率和介损极差,吸纳韩国Skirt介损判据,最终形成更为完善的超低频介损检测判据体系,为我国配网电缆绝缘老化状态评价规程的制定提供参考。

110kV XLPE电缆中间接头磁场分布特征及劣化评估

110 kV交联聚乙烯电缆中间接头存在制造与施工破坏等问题,导致电缆附件产生劣化,影响电力的可靠输送。本文提出了一种基于磁场特征提取的电缆中间接头劣化评估方法,通过有限元分析软件建立了交联聚乙烯电缆中间接头仿真模型,分别求解了中间接头未劣化和存在主绝缘划伤、机械破损时的磁场分布,建立了劣化类型、大小、程度与磁场强度和磁场畸变特征的关系。该评估手段利用磁场畸变特征检测中间接头缺陷,提升了电缆状态监测的有效性和准确性。

调频串联谐振装置在XLPE绝缘电缆试验中的应用

介绍一种调频串联谐振装置的原理及工作过程,并在高压交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆交流耐压试验中应用。

±320 kV直流电缆交联聚乙烯/三元乙丙橡胶附件击穿特性

高压直流电缆接头与终端为电缆系统故障的多发点,其击穿强度为直流输电系统安全稳定运行的重要基础。文中以±320 kV高压直流海底电缆中交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)/三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)附件为研究对象。首先,研究电缆及附件负荷循环耐压试验,发现附件界面为击穿薄弱环节;其次,研究绝缘材料电导率随温度变化特性对电场分布的影响规律,通过有限元仿真模拟电缆空载和满载运行时附件的温度分布与电场分布,发现最大电场出现在电缆绝缘靠近附件应力锥一侧,为29.5 kV/mm,低于附件材料的击穿场强;最后,研究界面在直流电场下空间电荷特性对电场分布规律的影响,通过电声脉冲法测试复合叠层片状样品介质界面的空间电荷及其电场分布,发现场强畸变率约为100%~200%。同材料本征绝缘匹配相比,界面空间电荷积聚对附件内部电场造成的畸变程度更严重,在后续附件提升中应更注重开发抑制空间电荷的绝缘材料。