空间电荷特性在挤包绝缘交联聚乙烯高压直流电缆老化评估中的应用研究

摘要

挤包绝缘交联聚乙烯高压直流电缆作为直流输电中的重要设备，其安全运行对输电网的稳定性至关重要，因此有必要对挤包绝缘交联聚乙烯高压直流电缆进行老化评估。本文对挤包绝缘交联聚乙烯高压直流电缆进行了型式试验和电缆切片热老化，通过对电缆绝缘材料的理化性能和空间电荷的综合测试分析，探讨基于空间电荷特性的挤包绝缘交联聚乙烯高压直流电缆的绝缘老化评估方法，为建立挤包绝缘交联聚乙烯高压直流电缆的全寿命管理平台提供理论和技术支持。 本研究主要内容包括：⑴理化测试结果表明，型式试验不会对电缆绝缘造成破坏，反而可能促进交联聚乙烯材料的二次交联。100℃和125℃热老化0~336h过程以热交联为主，电缆绝缘的老化并不明显。140℃热老化0~144h热交联和热氧化反应均有所作用，但热交联反应占据主导地位。随着老化时间的增加，热降解占优、热氧化反应剧烈，电缆绝缘逐渐发生劣化。⑵空间电荷研究表明，国产电缆绝缘的表面区域在高电场下容易积累大量异极性空间电荷，从而导致电场畸变因子过高。通过绝缘切片的实验室脱气处理研究发现，该现象主要与因电缆脱气技术不完善导致的绝缘内部交联副产物过多有关。在100℃~125℃温度区域热处理后，电缆绝缘内部的异极性空间电荷积累明显下降。因此可选择该温度区域对实际的挤包绝缘交联聚乙烯直流电缆进行适当加热处理，促进电缆中交联副产物的脱气，以抑制异极性空间电荷积累，同时可有效改善挤包绝缘的结晶度，以提高挤包绝缘交联聚乙烯直流电缆的质量。但具体的加热温度和加热时间需要作进一步系统全面的研究。140℃热老化初期，异极性空间电荷积累快速消散，表明交联副产物的脱出更迅速，但老化后期部分电缆样品内部发生明显空间电荷积累，致使电场畸变率和平均单位体积空间电荷密度明显上升、阈值电场明显下降，表明电缆绝缘发生了严重的劣化现象。⑶通过理化参数和空间电荷参数的相关性分析可知，短路平均单位体积空间电荷密度与其他各项参数的相关性较好，因此该参数可作为挤包绝缘交联聚乙烯高压直流电缆老化评估的重要参数。另外，空间电荷测试与差示扫描量热测试之间存在着较强的相关性，因此空间电荷测试应用于挤包绝缘交联聚乙烯高压直流电缆的绝缘老化评估具有一定的可行性。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2课题研究现状

1.3课题研究内容

第二章 挤包绝缘高压直流电缆的老化、制样与测试

2.1挤包绝缘高压直流电缆的样品

2.2挤包绝缘高压直流电缆的老化

2.3研究方案和试样制备

2.4本章小结

第三章 挤包绝缘高压直流电缆的理化性能研究

3.1理化性能测试原理及条件

3.2型式试验对理化性能的影响

3.3热老化对理化性能的影响

3.4本章小结

第四章 挤包绝缘高压直流电缆的空间电荷研究

4.1测量原理和测试条件

4.2型式试验对空间电荷特性的影响

4.3热老化对空间电荷特性的影响

4.4本章小结

第五章 挤包绝缘高压直流电缆的老化评估

5.1型式试验对挤包绝缘高压直流电缆绝缘状态的影响

5.2热老化对挤包绝缘高压直流电缆绝缘状态的影响

5.3空间电荷在挤包绝缘高压直流电缆老化评估中应用的可行性

5.4本章小结

第六章 结论与展望

6.1主要结论

6.2后续研究内容

参考文献

致谢

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