电热老化XLPE电缆的空间电荷特性研究

摘要

随着城市建设发展，架空线路被电缆线路取代成为必然趋势。交联聚乙烯电缆作为常用电缆品种有着优秀的电气性能和耐热性能，制造工艺成熟且简单，在城市配电网中得到了广泛的应用。在长期运行过程中受到电场和温度等因素的影响电缆内会出现空间电荷，空间电荷的存在是催生电缆绝缘老化的重要因素。空间电荷在绝缘层中积聚会导致局部电场的畸变，破坏绝缘材料微观结构，随着微观结构被破坏，电缆中可以堆积更多的空间电荷，如此最终导致绝缘性能逐渐被破坏。因此，本文对电热老化的交联聚乙烯电缆空间电荷特性进行研究，旨在发现XLPE电缆空间电荷的分布特征和其随老化的发展规律，完善XLPE电缆绝缘的老化特性，这对于电缆的实际运行有着重要的意义。
　　本文对10kV交联聚乙烯电缆进行了电热联合加速老化，老化电压工频交流26.1kV，老化温度选择103℃、114℃和135℃，定期取样得到不同老化阶段的电缆试样。使用电声脉冲法测试了电缆本体空间电荷、直流极化切片空间电荷和工频交流极化切片空间电荷。为配合空间电荷测试，对电缆不同位置的绝缘层切片试样进行了X射线衍射、红外光谱、介电频谱和凝胶含量测试。实验结果表明，老化后电缆试样内出现不随电场撤去而短时消散殆尽的空间电荷，所有的老化电缆空间电荷堆积最大位置都在两侧应力锥覆盖下绝缘层的中层偏外位置。随着老化程度加深，最大堆积位置电荷量上升，电荷堆积区域的镜向和轴向宽度变大，在介电谱测试中该堆积电荷位置的介质损耗峰值大于其他位置。直流极化下电缆切片在极化初始阶段存在电荷的快速注入，空间电荷积聚的饱和值在老化初期下降，之后持续上升。工频交流极化下电缆切片存在空间电荷的积聚，采用全相位平均法分析发现，积聚空间电荷的增长速度随加压时间延长持续下降，试样内空间电荷积聚达到的饱和值与直流切片空间电荷呈现出一致的特性，短路消散过程的电荷衰减曲线衰减时间常数在老化初期下降，之后持续上升。不同老化程度电缆不同绝缘位置都存在偏中层位置结晶度小于内、外层，偏中层位置晶粒尺寸大于内、外层的情况。电缆绝缘层由内至外凝胶含量逐渐降低，两侧被应力锥覆盖的位置的凝胶含量大于中间位置。

目录

声明

摘要

1．1 选题背景及其意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本论文的主要研究内容

第2章 试样制备与试验方法

2．1 试验样品的制备

2．2 试验方法与设备

2．2．1 电缆本体空间电荷测试

2．2．2 电缆切片直流测试

2．2．3 电缆切片交流测试

2．2．4 凝胶含量测试

2．2．5 X射线衍射(XRD)测试

2．2．6 红外光谱测试

2．2．7 介电谱测试

2．3 本章小结

第3章 空间电荷测试及其分析

3．1 电缆本体空间电荷测试

3．2 切片交流空间电荷测试

3．2．1 极化过程中交流空间电荷特性的研究

3．2．2 去极化过程中交流空间电荷特性的研究

3．3 直流电压下XLPE切片的空间电荷特性

3．3．1 极化过程中直流空间电荷特性的研究

3．3．2 去极化过程中直流空间电荷特性的研究

3．4 本章小结

第4章 理化性能测试及其分析

4．1 X射线衍射(XRD)图谱分析

4．2 红外光谱分析

4．3 介电频谱测试及分析

4．4 凝胶含量测试试验结果及分析

4．5 本章小结

第5章 结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及其它成果

致谢