摘要: 电力电缆因其占地面积少、可靠性高等优点，在城市电能运输与长距离输电中逐渐普及应用。但是，早期电缆投运的年限逐渐提高，且在运行过程中电缆受到电、热等应力的侵蚀，逐渐出现绝缘击穿放电等损毁现象。为避免此类现象甚至更大事故的发生，现场需... 展开 电力电缆因其占地面积少、可靠性高等优点，在城市电能运输与长距离输电中逐渐普及应用。但是，早期电缆投运的年限逐渐提高，且在运行过程中电缆受到电、热等应力的侵蚀，逐渐出现绝缘击穿放电等损毁现象。为避免此类现象甚至更大事故的发生，现场需要实时监测电缆的运行状态，发现状况并进行处理。绝缘层是电缆安全可靠运行的重要保障，交联聚乙烯本身具有优秀的绝缘性能，是10-220kV电力等级电缆的主要绝缘材料，研究交联聚乙烯材料的老化特征并评估其绝缘状态与剩余寿命能够有效帮助上述问题的解决。 绝缘材料的潜伏性缺陷很难被介质损耗、泄漏电流等宏观检测手段检测出来，绝缘材料的老化本质上是一个化学反应过程，活化能作为材料的本征属性，能够表征材料发生化学反应的难度壁垒。本文以交联聚乙烯样片作为试样，开展不同温度下的加速热老化处理，测量其微观特性、电气性能以及动力学特性随老化状态的变化规律，基于温度加速因子与击穿场强得到绝缘失效电导活化能判据，最终提出基于电导活化能的交联聚乙烯绝缘老化状态评估与寿命预测方法。 针对交联聚乙烯绝缘试样开展100℃与130℃加速热老化试验。为表征热老化对试样微观特性的影响，进行扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FITR)以及差示扫描量热测量。实验结果表明:随着老化程度的加深，试样表面逐渐出现层状、鳞片状结构，固体小颗粒析出物增多。绝缘的老化可以分为两个阶段:老化初期，内部基团反应不剧烈，羰基指数在初始值1.0729附近波动，结晶度有略微的上升;老化后期，材料内部分子链断裂，发生氧化还原反应，羰基、醚基等官能团大幅增加。 为研究热老化对交联聚乙烯绝缘热动力学特性的影响，测量XLPE试样的电导活化能与热重活化能。未老化试样的热重活化能为276.444kJ/mol，初始电导活化能为0.783eV，通过曲线拟合与计算求解发现:两种活化能与温度的关系都符合阿伦尼乌斯方程，且数值走势相同，都呈现总体曲折下降的趋势。 本文测量了试样在不同老化时间下的介质损耗与击穿电压，研究热应力对于交联聚乙烯绝缘电气特性的影响。在两种老化温度下，绝缘试样的老化过程存在差异性，导致其介质损耗变化规律不相同，分别呈现曲折下降与先上升再下降再上升的变化规律;交联聚乙烯初始击穿场强为31.143kV/mm，随着老化时间的增加，击穿场强呈现先上升后下降的现象。 本文建立了交联聚乙烯绝缘失效活化能判据，提出基于电导活化能评估交联聚乙烯绝缘老化状态与剩余寿命的方法。以击穿场强下降至初始值的50％作为绝缘失效的判据，得到此XLPE绝缘试样的寿命为13.177a与12.764a，交联聚乙烯绝缘试样绝缘失效时对应的电导活化能为0.4623eV;提出了交联聚乙烯绝缘试样老化状态评估方法与寿命计算公式，当电导活化能低于0.75eV，绝缘材料已经进入老化后期，运用经验公式即可得到试样剩余寿命。测量退役电缆绝缘A、B、C的电导活化能分别为0.4593、0.5136、0.4824eV，预测其剩余寿命为-0.0951a，1.4387a以及0.5843a，结果与实际运行情况相符。 收起