车载高压电缆终端应力控制管热老化特性研究

摘要

电应力控制管(Stresscontroltube,SCT.以下简称“应力管”或“应控管”)作为缓和并改善车载高压电缆终端(Vehiclehighvoltagecableterminal.以下简称“电缆终端”或“终端”)内部集中电场分布、保证电缆终端维持优良绝缘性能的重要组成部件，工程上对其设计和安装有着更高要求。应力管由于其特殊的运行工况和安装位置，易受到电缆缆芯和外界环境温度热应力长期干扰，导致其材质出现老化改性，生成缺陷，相关电气和机械性能维稳性降低，最终致使终端整体绝缘性能下降，进而严重威胁到动车组的运行安全。　　本文为探究长时间自然热老化作用对应力管电气及机械性能带来的影响，遵循绝缘材料人工加速热老化速率与自然老化速率相关对应规律，并参考相关试验标准，设计了应力管人工加速热老化试验方案，进行了相关特性参数测量研究，探明了不同老化条件下应力管试样的电气及机械性能劣化机理及演变规律。主要研究工作如下：　　首先，搭建了车载高压电缆终端应力管人工加速热老化试验平台，并结合电缆终端实际运行工况及故障类型，研究了不同老化条件下应力管试样介电常数、介质损耗、体积电阻率等电气性能参数的变化规律。借助有限元仿真软件，探明了应力管试样相应介电特性参数变化对整个电缆终端电场分布的影响情况。　　其次，搭建了老化应力管试样与乙丙橡胶(EPDM)所组成的电缆终端复合层间界面模型闪络试验平台，探明了在不同老化条件下的应力管试样对复合层间界面模型的放电特性影响规律，并推演揭示了实际电缆终端复合层间界面的放电发展过程。结合二参数Weibull分布模型对复合层间界面模型闪络电压相关特性参数进行了估计，并结合拟合函数关系式判别模型在任一电场下的耐闪络电压能力。同时开展了不同老化条件下应力管试样的表面电位研究工作，建立了表面电荷输运模型，借助Matlab辅助绘制了试样表面电位衰减曲线，从微观角度分析了应力管试样表面陷阱特性变化、载流子迁移率和电导率对复合层间界面模型闪络过程的影响机理。　　最后，搭建了车载高压电缆终端应力管机械性能参数测试平台，通过对不同老化条件下应力管试样的拉伸强度及断裂伸长率进行测试，找出了材料机械参数老化失效临界点，探明了相关机械性能劣化规律。借助FTIR、SEM测试分析技术，从微观的层面上研究了不同老化条件下应力管试样微观分子基团类别及表面形态的变化规律，间接揭示了应力管机械性能劣化及演变规律。　　顺利开展以上研究及测试工作，可为指导应力管的生产、安装以及评估终端整体绝缘寿命提供理论参考依据，具有一定的工程参考价值及意义。

目录

声明

第1 章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 车载高压电缆终端基本概况

1.2.2 车载高压电缆终端应力管基本特性

1.2.3 热老化试验方法研究现状

1.2.4 介电特性研究现状

1.2.5 机械特性研究现状

1.3 目前存在的问题

1.4 本文的研究内容

第2 章应力管热老化试验方案设计

2.1 老化温度范围选择

2.2 试样准备

2.2.1 应力管选择

2.2.2 试样制作

2.3 研究平台

2.3.1 恒温恒湿老化试验系统

2.3.2 介电性能分析测试系统

2.3.3 傅里叶红外光谱分析测试系统

2.3.4 扫描电镜分析测试系统

2.4 热老化试验设计

2.5 本章小结

第3 章热老化对应力管拉伸性能及微观特性的影响

3.1 热老化对应力管拉伸性能的影响

3.1.1 应力管试样拉伸性能测试原理和方法

3.1.2 拉伸试验与结果分析

3.2.1 傅里叶红外光谱测试方法

3.2.2 傅里叶红外光谱测试结果分析

3.3.1 扫描电子显微镜测试结果与分析

3.4 本章小结

第4 章 热老化对应力管电气性能的影响

4.1.1 体积电阻率测试原理及测试方法

4.1.2 试验结果与分析

4.1.3 应力管电导率与外界温度和场强的非线性函数关系

4.2 介电频谱测试技术

4.2.1 介电参数试验原理及测试方法

4.2.2 应力管介质损耗测试原理及测试方法

4.2.3 测试结果与分析

4.3 电缆终端电场分布规律

4.3.1 电缆终端仿真建模及网格划分

4.3.2 特征参数提取

4.3.3 仿真计算结果分析

4.4本章小结

第5 章应力管与EPDM复合层间界面放电特性

5.1 复合层间界面闪络试验设计

5.2 沿面闪络测量结果

5.2.1 起始放电电压测量结果

5.2.2 复合层间界面放电过程及闪络电压统计分析

5.3 基于二参数Weibull分布的复合层间界面闪络电压参数估计

5.3.1 不同电极下复合层间界面闪络电压参数估计

5.3.2 不同老化条件下复合层间界面闪络电压参数估计

5.4 复合层间界面闪络特性微观分析

5.4.1 表面陷阱特性对复合层间界面闪络特性的影响

5.4.2 载流子迁移特性对复合层间界面闪络特性的影响

5.5 本章小结

结论与展望

一、结论

二、展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果