基于低频高压频域介电谱的XLPE电缆电树枝老化状态评估

应用传统的频域介电谱(FDS)法对10 kV及以上电压等级的交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘进行测试时,存在抗干扰能力差、微电流采集困难等问题。因此该文提出一种基于I/V转换微电流采集装置的FDS测试方法,用于电缆绝缘状态评估。搭建了一套低频-高压FDS测试系统,用于对不同老化程度的电缆试样进行频域介电谱测试,发现对于同一老化程度的电缆而言,随着激励电压的升高,在低频段内表征出的非线性特征越加明显。基于老化电缆的频域介电谱所表征出的非线性现象,该文提出非线性特征参数的概念,以定量的形式对老化电缆所表现出的非线性进行分析。结果表明,随电树枝长度的增加,非线性特征参数以指数形式增大。通过指数函数关系式可以以非破坏性手段对电树枝长度进行预测,实现对电缆绝缘状态的有效评估。

温度对硅橡胶电树枝老化特性的影响

电缆系统运行温度对新型超高压预制式电缆附件主绝缘材料高温硫化(HTV)硅橡胶的性能具有重要的影响。为此,针对温度对HTV硅橡胶材料电树枝老化特性的影响展开了试验研究,测定了温度对HTV硅橡胶材料电树枝老化特性的影响规律,并对试验结果进行了理论分析。研究结果表明,在试验温度范围内,温升导致HTV硅橡胶击穿场强呈现略微下降的趋势,而起树电压则随温度的升高明显下降。试验中还发现HTV硅橡胶电树枝形态与温度密切相关,室温条件下以树枝状和松枝状电树枝为主,而高温下则以丛状电树枝为主。对上述试验结果的分析讨论后认为,温升引起HTV硅橡胶起树电压的大幅降低是导致新型预制式硅橡胶超高压电缆附件绝缘故障频繁的重要原因,因此,在电缆附件的绝缘结构设计时,对于温度变化而引起材料电气性能参数变化的相关问题应给予更多的关注。

针尖曲率半径对硅橡胶电树枝老化特性的影响

针对硅橡胶材料电树枝老化特性展开了试验研究。采用针板电极结构,测量了不同针尖曲率半径的起树电压和电树枝形态。结果表明,硅橡胶的起树电压较低,抗电树枝老化性能较差,导致了硅橡胶预制式电缆附件故障频发;硅橡胶中的起始电树枝多以单枝状的通道形成为标志,随后发展为4种不同的电树枝形态。进而提出了硅橡胶电树枝形态发展模型,并以此讨论了不同形态的电树枝老化特性。研究还发现,现场实际运行的硅橡胶预制式电缆附件故障解体后发现了单枝通道起始电树枝,其在运行电压作用下容易发展为细枝型形态,但同样会引发电缆附件的击穿。试验结果为现场故障分析提供了参考依据。

纳秒脉冲下有机玻璃电树枝老化特性研究

介绍了有机玻璃(PMMA)在纳秒脉冲作用下电树枝引发和生长的规律现象。采用压紧针电极与绝缘样品接触、多针并列式的方法制备实验试样,绝缘样品(有机玻璃)加工为120mm×5mm×2.5mm的长方条。实验使用产生30ns上升沿和70ns脉冲宽度的负脉冲固态纳秒脉冲发生器MPC50D作为激励源,在25℃的条件下,施加100Hz的重复频率脉冲,设定初始电压,逐级升压,直至引发电树枝后停止升压,记录电树枝引发电压,观察电树枝生长特点及现象。实验发现PMMA中电树枝出现裂隙状破坏,经过分析讨论,认为是力作用导致的结果。实验中还观察到电树枝生长速度极快的现象,从电树枝引发到击穿只需几秒钟。通过研究证明绝缘油浸入导致了电树枝生长加速,深入讨论分析了绝缘油浸入促进电树枝快速发展的原因、机理及抑制方法。

硅橡胶电树枝老化过程的实验及模拟研究

在交流高电场下研究了硅橡胶的老化过程,通过显微镜观察到了硅橡胶老化后产生的具有分形特征的电树枝结构,并对不同电压下获得的电树枝进行了形态以及分形维数方面的描述.基于修正的DLA模型和球状生长模型分别构建了相应的模拟算法,并对电树枝结构的生长过程进行了数值模拟,获得了较好的电树枝模拟结果.同时,也分析了不同模型下的模拟结果与实验结果在形态以及分形维数上的差异.

重复频率脉冲下环氧树脂电树枝引发特性

脉冲功率设备中绝缘材料的电老化特性影响它运行的可靠性、安全性及寿命。在最大幅值约34 kV、脉冲上升时间约40 ns、半高宽约70 ns的纳秒脉冲下,进行了环氧树脂在不同脉冲重复频率下(1,25,50,100,300和500 Hz)的电树枝引发特性研究。实验得出环氧树脂电树枝老化的引发电压随频率变化的规律:随着频率的升高,环氧树脂材料老化产生电树枝的形态有所变化,高频下丛林状电树枝明显增多;材料的引发电压基本随频率升高而降低,正脉冲作用下E44环氧树脂的引发电压高于负脉冲作用下的;负脉冲下E44环氧树脂的引发电压高于有机玻璃材料的。讨论分析了各种因素随频率变化对环氧树脂材料电树枝引发特性的影响,高频时空间电荷的作用明显增强。

硅橡胶电树枝通道微观形貌研究

电树枝是引起聚合物绝缘材料破坏的重要因素之一,电树枝通道形貌包含了材料绝缘寿命、缺陷形成机理等重要信息。为此,利用共焦显微镜,首次使用荧光显微法对电缆内绝缘用硅橡胶(SIR)材料中电树枝老化通道进行逐层扫描观测,得到荧光显微法三维电树枝形态图和透射光源法电树枝微观形态图。另外,利用扫描电子显微镜(SEM)对电树枝通道横切面进行观测,得到电树枝通道横切面电镜图像并利用暗视野显微成像得到电树枝通道落射光法显微图像。通过上述4种实验观测方法得到的电树枝通道形貌图表明,硅橡胶电树枝通道整体形态为由球状破坏点连成的树枝状中空气隙通道,这种形貌特点首次通过实验方法直接观测得到。进而,基于这一实验结果和电树枝局部放电理论,提出了硅橡胶电树枝球状生长模式,不仅与实验观测相符合,也可为进一步研究硅橡胶中电树枝生长机理提供基础。

硅橡胶电树枝的引发与生长过程

交联聚乙烯电力电缆的应用日渐广泛,但电缆附件的电树枝击穿故障时有发生,电缆附件材料硅橡胶的电树枝引发和生长过程尚缺乏深入研究。为此,通过材料的测试分析与计算等手段,定量描述了硅橡胶材料微观结构,测试、分析了电树枝引发期的电树枝通道特征和局部放电特性。研究结果表明:硅橡胶中同时存在主链上的化学交联以及通过氢键吸附形成的物理交联;在交流场强下物理交联破坏使得材料中的微裂纹逐渐扩大,最终导致电树枝引发;硅橡胶电树枝通道呈现良好的绝缘特性,电树枝生长主要依靠局部放电下气体受热膨胀或电磁力产生的撕裂作用;增强机械性能尤其是撕裂特性可以提高材料的抗电树枝老化性能。研究硅橡胶材料的电树枝引发和生长过程为其在电缆附件中的合理使用提供了理论依据。

ns脉冲下有机玻璃电树枝的引发特性

脉冲功率装置中绝缘材料的老化问题影响装置的安全性、可靠性及效率，电树枝老化是最主要的老化方式之一。为此总结分析了目前高聚物绝缘材料中电树枝老化现象、电树枝引发影响因素的研究成果，进行了不同重复频率（75～300Hz）、不同电压等级ns脉冲（半高宽70ns）下有机玻璃电树枝老化特性的实验，重点研究了在不同条件下有机玻璃中电树枝引发阶段的特性，最后总结讨论了电树枝的引发条件和影响因素。实验表明不同频率ns脉冲下有机玻璃中电树枝引发的起始电压高于交流，低于直流．频率升高，电树枝起始电压有下降趋势；不同时刻有机玻璃的电树枝引发率，基本上随着电压等级的上升而下降；电子轰击、空间电荷分布和电机械应力对绝缘材料的电树枝引发具有关键作用，而在高频的脉冲强场下电机械应力起主要作用。

交联聚乙烯电缆树枝发展过程及其防止

通过一些实验结论阐述了交联聚乙烯电缆绝缘电树枝老化的发展过程。

高压/超高压电力电缆关键技术分析及展望

随着电力工业规模的发展和发电、送电形式的多样化,城市用电、水电送出、海底送电、资源环境保护的需要,各类电缆的应用日益广泛,包括气体绝缘电缆(管道)的应用也逐步提上日程。在总结电缆发展历史、存在的问题和国内外发展现状的基础上,对电缆今后的重点发展方向进行了探讨。讨论了电缆研究和发展中存在的高性能材料、电树枝老化、空间电荷、绝缘结构及工艺和电缆运行检测等重要问题,认为今后相当长的时间内,直流电缆在输电中的应用将越来越受到重视,但也面临由于空间电荷和非线性温度特性引起的绝缘的可靠性和新型材料的开发问题。在强调电缆需求越来越大的同时,也指出了拓展电缆应用范围与社会、经济和环境提出的新要求密切相关。提出在未来电网中,由架空线路、电力电缆线路和气体绝缘管道3种送电方式构成的混合输电线路模式,以解决远距离、大容量架空输电线路由于高海拔、跨海和生态环境保护带来的线路瓶颈问题,并对该混合输电线路模式的技术问题和可能存在的社会经济意义进行了深入探讨。强调由于用电需求增大、城市规模扩大和应用环境复杂化,交直流电力电缆的应用规模将得到大幅度增长,电力工业将迎来电力电缆和气体绝缘管道发展的新时代,随之而来的可靠性和经济性问题则是制约其发展的关键因素。

高压/超高压电力电缆关键技术分析及展望

随着电力工业规模的发展和发电、送电形式的多样化,城市用电、水电送出、海底送电、资源环境保护的需要,各类电缆的应用日益广泛,包括气体绝缘电缆(管道)的应用也逐步提上日程。在总结电缆发展历史、存在的问题和国内外发展现状的基础上,对电缆今后的重点发展方向进行了探讨。讨论了电缆研究和发展中存在的高性能材料、电树枝老化、空间电荷、绝缘结构及工艺和电缆运行检测等重要问题,认为今后相当长的时间内,直流电缆在输电中的应用将越来越受到重视,但也面临由于空间电荷和非线性温度特性引起的绝缘的可靠性和新型材料的开发问题。在强调电缆需求越来越大的同时,也指出了拓展电缆应用范围与社会、经济和环境提出的新要求密切相关。提出在未来电网中,由架空线路、电力电缆线路和气体绝缘管道3种送电方式构成的混合输电线路模式,以解决远距离、大容量架空输电线路由于高海拔、跨海和生态环境保护带来的线路瓶颈问题,并对该混合输电线路模式的技术问题和可能存在的社会经济意义进行了深入探讨。强调由于用电需求增大、城市规模扩大和应用环境复杂化,交直流电力电缆的应用规模将得到大幅度增长,电力工业将迎来电力电缆和气体绝缘管道发展的新时代,随之而来的可靠性和经济性问题则是制约其发展的关键因素。