热老化对高压直流电缆用交联聚乙烯材料电气及机械特性的影响

摘要

随着时代的进步，高压直流输电(HVDC)适用于大功率、远距离传输电能，被广泛应用于跨地区电力传输，对于实现电网区域互联，形成全国性的能源互联网有着重要意义，目前发展高压直流输电技术已经成为电力网络建设的趋势。为了适应城市和海底环境的输电，高压电力电缆是不可缺少的重要设备。现代远距离高压直流输电电缆一般采用交联聚乙烯(XLPE)绝缘材料，交联聚乙烯因其具有质量轻、制造工艺简单、安装敷设容易、电气性能和耐热性能良好、运行维护方便等优点而被广泛应用于高压直流输电电缆制造中，它是电力电缆制造中不可或缺的重要组成部分。
　　一般交联聚乙烯电力电缆的运行寿命设计值为60年左右，但是电缆的实际运行寿命因为受到周围环境条件与负荷电流大小变化的影响，其工作寿命常常小于预期值。交联聚乙烯电力电缆在电应力、热应力，机械应力以及环境应力的联合作用下，其绝缘会逐渐发生老化与劣化，影响电缆的正常工作，同时基于电缆的结构组成，电缆屏蔽材料和交联聚乙烯绝缘材料紧密贴合在一起，这种物理结构与单一的交联聚乙烯材料相比其电气性能也会有一些不同。目前关于热老化对高压直流电缆绝缘材料的影响和电缆屏蔽材料对其热老化后绝缘材料影响的研究还不够充分。
　　为了更好研究电缆热老化过程中交联聚乙烯的电气性能和机械性能的变化，了解半导体电缆屏蔽料在老化过程中对交联聚乙烯电气性能的影响，本课题针对国产320kV、国产100kV、北欧化工500kV三种不同的高压直流交联聚乙烯电缆的绝缘料进行加速热老化实验，通过实验分析得知，热老化对XLPE的一些电气和机械性能有着显著的影响，XLPE在热老化条件下其电阻率下降、介电常数和介电损耗升高、抵抗空间电荷注入性能下降、机械拉伸性能下降，随老化时间增加其性能劣化加剧，温度越高劣化速率越快。老化过程中国产320kV的热固性、电阻性能和机械拉伸性能最优，国产100kV介电性能最优，北欧化工0550屏蔽料与三种交联聚乙烯配合抵抗空间电荷性能比北欧化工4401屏蔽料好。本论文为更加真实合理的对三种电缆绝缘料在实际运行过程中其性能指标随温度和时间变化情况提供参考。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外XLPE老化研究现状

1．2．1 热老化方式研究

1．2．2 空间电荷研究

1．2．3 机械性能研究

1．3 目前存在的问题

1．4 论文主要研究内容

第2章 交联聚乙烯材料热老化试验方案设计

2．1 温度范围选择

2．2 样品制备

2．2．1 样品选择

2．2．2 样品制备

2．3 研究平台

2．4 试验方法

2．5 本章小结

第3章 热老化对HVDC电缆用XLPE材料电气性能的影响

3．1 热老化老化对XLPE电导性能的影响

3．1．1 电阻率试验原理及测试方法

3．1．2 交联聚乙烯体积电阻率测试设备

3．1．3 电阻率试验结果及对比分析

3．2 热老化对XLPE介电损耗的影响

3．2．1 介质损耗的概念

3．2．2 交联聚乙烯介质损耗测试原理及测试方法

3．2．3 交联聚乙烯介电损耗测试设备

3．2．4 介质损耗因数试验结果及对比分析

3．3 热老化对XLPE介电常数的影响

3．3．1 介电常数概念

3．3．2 介电常数试验结果及对比分析

3．4 本章小结

第4章 热老化对交联聚乙烯与屏蔽复合材料空间电荷特性的影响

4．1 空间电荷变化原理

4．2 交联聚乙烯绝缘材料空间电荷变化测试原理和方法

4．3 交联聚乙烯空间电荷试验设备选择

4．4 不同屏蔽料对交联聚乙烯空间电荷的影响

4．4．1 国产320kV XLPE测试结果分析

4．4．2 国产100kV XLPE测试结果分析

4．4．3 北欧化工500kV XLPE测试结果分析

4．5 本童小结

第5章 热老化对交联聚乙烯材料拉伸性能的影响

5．1 拉伸性能概念

5．2 交联聚乙烯绝缘材料拉伸性能测试原理和方法

5．3 交联聚乙烯拉伸性能测试设备选择

5．4 电阻率试验结果

5．4．1 XLPE老化后体积电阻率测试数据

5．4．2 不同温度对交联聚乙烯材料机械性能的影响

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢