浅议高压交联聚乙烯电缆绝缘老化与局部放电检测技术的试探

文章主要阐述了国内外高压交联聚乙烯(XLPE)电缆系统在运行中绝缘老化的统计情况和主要实例,对局部放电检测绝缘老化技术方法作了试验探讨。     

交联聚乙烯绝缘老化程度与放电脉冲参数之间的关系研究

交联聚乙烯绝缘材料中树状放电有丛状放电和枝状放电两种形式。就其枝状放电而言，通过测量枝状放电脉冲参数的变化，研究枝状放电的机理，通过对这些参数的分析，采用多元回归、逐步回归等方法进行拟舍，找出了树枝长度与放电脉冲参数的关系。从而提供了探索固体有机绝缘材料老化工程检测的新途径。     

低密度聚乙烯电树枝老化中氧的影响研究

作者采用了真空脱气后充六氟化硫(SF_6)气体的技术处理材料试样,能有效改进低密度聚乙烯(LDPE)的电树枝特性,把树枝起始电压和树枝起始时间提高到一个新的水平。与单一充SF_6气体的LDPE比较,两者分别提高及延长了一倍。试验表明LDPE中的氧和高能电子一样,都是促使电树枝发展的基本因素。     

高压交联聚乙烯电缆绝缘结构的可靠性设计方法

采用可靠性理论中的应力-强度干涉模型来设计交联聚乙烯（XLPE）电缆绝缘厚度，通过考虑绝缘强度的概率分布与所承受电压分布之间的相互干涉来计算绝缘可靠度。采用的可靠性设计方法可以使所设计的国产220kV XLPE电缆绝缘厚度从27mm减薄到23mm。计算结果表明，在制造过程中，减小绝缘厚度分布的标准差可以提高电缆的可靠度。     

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,探讨了预防交联聚乙烯电缆绝缘电树枝化的可能方法     

核磁共振原理的交联聚乙烯电缆热老化行为分析

在实际运行过程中,交联聚乙烯电缆(XLPE)在高温的长期作用下,会发生不可逆的破坏,使用寿命缩短。研究从材料学的角度,利用核磁共振分析仪研究XLPE的热老化行为,发现了能表征XLPE热老化规律的特征量—纵向弛豫时间和波峰面积。实验结果表明,波峰面积随老化温度和老化时间增大而减小,且波峰面积与老化时间呈近似线性规律;纵向弛豫时间也随热老化程度增大而下降。此方法为准确监测电缆老化情况提供了重要的应用价值。     

直流电压下交联聚乙烯电缆绝缘中电树枝的生长特性研究

为了研究交联聚乙烯电缆绝缘材料中直流电树枝的生长速率、形态特征及通道特性,利用树枝化试验及显微观察系统,在针尖半径为5μm、针-板电极间距为2mm、周期性施加的间断直流电压下,对试样进行了分组试验。试验结果显示:电树枝由细单枝逐渐发展为稀疏丛状结构,树枝通道为非导电型;电树枝生长缓慢,生长速率不超过1.0μm/min;树枝长度主要取决于加压周期数及直流电压幅值,电压持续时间在高压下影响增大;针极意外接地情况下,电树枝将瞬间引发或快速生长。理论分析表明,电树枝生长规律可以由文中所建立的非导电树枝模型及等效电路进行合理解释,而空间电荷效应是产生直流接地树现象的根本原因。     

直流电老化低密度聚乙烯的空间电荷陷阱特征

高压直流电缆绝缘材料的老化与空间电荷有密切关系,探索一种能够表征材料老化程度的空间电荷特征参量显得尤为重要。笔者以低密度聚乙烯(LDPE)材料为例,使用电声脉冲法(PEA)研究了直流电老化程度对空间电荷陷阱特征的影响,提出一种离散分布的空间电荷陷阱模型,并基于此模型计算出陷阱特征参数(陷阱深度和陷阱密度)。结果表明随着直流电老化程度的增大,样品内较浅陷阱转化为较深陷阱,并得到老化程度与陷阱深度、陷阱密度的关系,为聚合物材料老化诊断提供参考。     

运行3~12年10 kV交联聚乙烯电缆电及理化特性试验

为研究不同运行年限的交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘的电气和理化特性,抽取12只北京地区经过3～12年运行的10 kV交联聚乙烯电力电缆,利用静电计、差热扫描量热仪等仪器对其体积电阻率、介电常数、击穿场强、水树枝及相关理化指标等进行测试。试验结果表明:电缆绝缘性能下降初期,所有不同年限的电缆体积电阻率、相对介电常数、击穿场强、红外光谱等均在正常范围内,这些指标同运行年限关系不大,而运行10年以上的电缆介质损耗因数、熔点和结晶温度的数值明显变大。研究结果为供电企业选择评估电缆绝缘状态的方法提供实验依据和数据支撑。     

用陷阱参数作为聚合物电老化特性参数的试验研究

本文以高分子聚丙烯薄膜材料为试样,在真空与均匀电场中进行加速电老化试验。试验结果表明,试样的老化场强与老化时间呈指数关系。在电老化过程中,用红外光谱分析了试样的内在化学结构变化,用电子顺磁共振测量了老化生成的自由基,用光电导谱和表面电位的测量技术测量了陷阱深度与陷阱密度的变化。试样在电老化过程中,短分子链随时间而增加,陷阱的深度与密度也随时间而增长,都与电老化寿命的经验公式有类似的形式。通过讨论电老化的化学过程,提出陷阱参数可以作为表征材料电老化特性的新参数。本文的结论将为建立新的电老化理论提供了试验依据,并为非损伤性电老化试验创造了前景。     

交联电缆同心度与绝缘偏芯率的控制

本文介绍了交联聚乙烯绝缘电力电缆的同心度与绝缘偏芯度的控制方法.     

液氮环境下电老化对聚丙烯层压纸交流击穿及陷阱分布特性的影响

为了研究高温超导电缆绝缘材料聚丙烯层压纸(PPLP)在实际服役过程中的老化规律及机理,对PPLP绝缘材料进行了不同程度的电老化,通过交流击穿及等温表面电位衰减研究了电老化对PPLP绝缘材料击穿特性及陷阱分布特性的影响,并结合红外光谱、显微形貌观测和热重实验分析其老化机理。实验结果表明:随着电老化程度的增大,PPLP绝缘材料的交流击穿场强由113.3kV/mm降低至92.3kV/mm,浅陷阱密度逐渐增大,深陷阱密度逐渐减小;PPLP外层绝缘纸结构趋于松散,部分纤维素断裂,表面出现大量孔隙,绝缘纸内部氢键及糖苷键对应的红外吸收峰强度降低;同时,绝缘纸的最快热失重温度降低,而中层聚丙烯的热失重过程未发生明显变化,说明在老化过程中PPLP绝缘性能下降的主要原因在于外层绝缘纸的劣化。分析认为:纤维素分子主链上的糖苷键以及分子间的氢键在高能电子的撞击下发生断裂,分子间作用力减弱,结构致密性降低;绝缘纸内部自由体积增大,纤维素分子链段对电荷的束缚能力减弱,电荷更容易在分子链间进行迁移,进而导致PPLP绝缘深陷阱密度和交流击穿场强降低。     

变频牵引电机线圈绝缘电老化规律的研究

为了解决大量变频电机线圈绝缘过早损坏的问题,采用变频牵引电机线圈作为试样,施加高压脉冲方波电压进行电老化试验,研究脉冲电源的电压幅值、脉冲频率、温度对变频牵引电机线圈试样寿命的影响规律.试验结果表明:电机线圈寿命随电压幅值和温度的增加成指数性衰减,而在13～20kHz范围内,试样寿命与频率成负线性关系;在老化条件相同时,同批次试样的寿命差距较大;试样击穿点几乎都发生在电磁线的弯曲部分和铜线棱角处.     

沥青混合料室内加速热氧老化特性与预估研究

为了探明沥青混合料室内加速热氧老化的特性并进行预估,研究采用沥青混合料加速老化系统,利用阿布森法回收沥青进行相关指标测试,建立了与LTOA老化时间与温度的对应关系,对SBSⅠ-C改性沥青AC-13沥青混合料进行加速老化试验,并基于试验结果建立了沥青混合料加速老化性能衰减预估方程。研究结果表明：对沥青混合料在175℃下进行老化后回收的沥青与原样沥青旋转薄膜烘箱加热试验在相同老化时间内的技术指标相仿;随着老化时间的延长,沥青混合料的残留稳定度、TSR逐渐降低;动稳定度逐渐升高;本文所建立的沥青混合料加速老化性能衰减预估方程与试验数据具有较高的相关性。     

交联溴化丁基橡胶与聚乙烯的共混研究

为有效利用交联溴化丁基橡胶边角料,制备了具有较好加工性能的聚乙烯/交联溴化丁基橡胶共混物。研究了共混温度、共混时间、橡塑质量比以及相容剂用量对共混物力学性能的影响。结果表明：当共混温度为120℃,共混时间为8min,交联溴化丁基橡胶/聚乙烯质量比为1：5,相容剂氯化聚乙烯含量为7%,硫化温度175℃时,可获得拉伸强度为4.7MPa、断裂伸长率为218%的共混胶料。     

加速热老化对苎麻纤维/聚丙烯复合材料性能的影响

采用模压工艺制备苎麻纤维/聚丙烯复合材料,研究了复合材料在100℃加速热老化前后的性能。结果表明：纤维长度、纤维含量对复合材料的力学性能及熔融性能均存在明显的影响,氢氧化钠碱处理纤维及使用界面增容剂均可改善复合材料的力学性能,提高熔融峰温度。然而,热老化将明显降低复合材料的力学性能,改变熔融状态及结构形貌。     

脱气时间对交联聚乙烯电缆绝缘材料聚集态结构与链结构的影响

通过对完整切段交联聚乙烯(XLPE)电缆进行实验室脱气处理,在不同脱气处理时间下对其绝缘层材料XLPE进行了红外光谱测试、差示扫描量热分析(DSC)、扫描电镜分析(SEM)、交联度测量及拉伸测试,研究XLPE中交联副产物含量、聚集态结构与链结构的变化。结果表明:XLPE中的交联副产物在脱气处理过程中得到了有效消除,其中苯乙酮含量随脱气处理进行至168h大幅减少,而后趋势变缓至336h后不再显著变化;枯基醇减少速度缓慢,随脱气处理进行至336h后减少趋势才变缓,说明XLPE电缆合理脱气时间应在168~336h内。脱气处理前期,XLPE电缆绝缘材料内部自由基再交联,链结构发生变化,导致断裂伸长率增大,同时还产生晶核生成和晶粒生长两种聚集态结构变化的现象,新的小晶体出现,进一步促进断裂伸长率增大,且球晶生长完善,结晶度增大。其中链结构变化持续时间较短,聚集态结构变化持续时间较长,随着脱气处理的进行,这些变化在后期均趋于稳定。根据上述实验结果,提出了XLPE材料内部在脱气处理过程中的聚集态结构和链结构变化模型,对脱气处理过程中微观结构和宏观断裂伸长率变化进行了解释。     

贮藏期间加速老化对大豆品质和个体发育的影响

许多作物种子含糖量及其他营养成份随老化而降低,从而影响品质和植株生长。本研究旨在探讨种子贮藏期间加速老化对种子可溶性糖、脂肪酸、蛋白质含量的影响,以及幼苗生长情况。参试大豆品种3个,置于37℃高温下处理20、40、60、80天,以及在48℃高温下处理48小时,以常温(18～20℃)贮存大豆作对照。加速种子老化使大豆种子可溶性含量糖明显降低,脂肪酸和蛋白质也有不同程度下降。萌发率及个体发育受到高温处理的严重影响,特别是随着老化时间延长及温度升高,影响程度更为明显。不同品种之间,存在对加速老化的反应差异,其中以山东1号可溶性糖下降最多,达13～37.4%。     

加速老化对JH-14性能的影响试验和数值模拟

为了解老化过程对传爆药爆炸和安全性能的影响,将JH-14药柱放置于71℃、空气环境中恒温加热0 d、4 d、19 d、38d和76 d,用板痕试验检验了老化前后JH-14的起爆能力。通过SSGT小隔板试验测试了不同试样的冲击波感度。利用AUTODYN模拟施主炸药产生的冲击波在有机玻璃隔板中的衰减规律。试验和计算结果表明:老化前后试样的起爆能力没有显著变化,不同老化时间试样的临界起爆隔板厚度分别为6.9 mm、7.0 mm、7.5 mm、8.1 mm和7.8 mm,隔板中对应的冲击波超压分别为2.91 GPa、2.85 GPa、2.60 GPa、2.40 GPa和2.50 GPa,试样的直径和高度都随老化时间的增加而增加,说明冲击波感度的变化主要是药柱密度的微小改变造成的。