XLPE高压电缆绝缘老化状态评估研究
交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘老化问题探析
了 相关 的建议。
水树 ； 窀树 ； 建议
｜ ÷
交 联 聚 甏烯 电 缆 绝 缘 老 化 ； 电 缆 故 障 ；
１绝缘 老化概 况
Ｘ Ｐ 电 缆线 路 除 外 力破 坏造 成 故 障 ， ＬＥ 般 在 运 行 较 长 时 间 后 出现 绝 缘 损 坏 故 障 的原 因往往是绝缘老化导致击 穿。在对全 国主 要 城 市 １６ ＸＬ Ｅ电缆 运 行 维 护单 位 ２家 Ｐ １ Ｖ 以 上 的 电缆 （ ０ｋ 总长 度 ９ ０ ０ ｋ ） １ ０ ｉ 运 ｎ 行 状 态进 行 调查 统 计和 故 障原 因分 析 发现 ， １ — ２ ｋ 电缆 的 平 均 运行 故障 率 ２ ０ 年 ０ ２０ Ｖ ０１ 为 ５ 次 ／（ 公里 ・ ） ．２ 百 年 。
型：
（） １ 由于 机 械 应 力 的破 坏 使 ＸＬ Ｅ Ｐ 绝缘 产 生 应 变 造成 气 隙 和裂 纹 ， 引 发 电树 枝放
电 。Ｊ Ｊ 力一 方 面 是 因 为 电缆 生 产 、 设 ｆ械 ・ Ｌ 敷 运 行 中 不 町避 免地 弯 曲 、托 伸 等 外 力产 串 废 力 ，另 方 面 是 由干 电缆 在 运 行 中 电动 力 埘 绝缘 产生 的应 力 。 （ ）气 隙放 电造 成 电树 枝 的 发展 。现 ２ 代 的 生 产 工 艺 管 可 以 消除 交联 电缆 生 产 线巾某些宏观的气隙 ， 但仍有 １ ０ Ｉ或 ～ｌ Ｔ Ｉ 少 量 的 ２ ～３ ｍ 的 气隙 形 成 的 微观 多扎 ０ ０ 结 构 。 多孔结 构 中 的放 电形 式 牛 要以 电晕 放 ｒ 为 ｌ 通 道 中 的放 电所 产 生 的气 体 压 乜 丰。 力 增加 ，导敛 了埘 枝 的扩 展和 形 状 的 变 化 。 （） ３ 场致发射效应导致树枝性放 电。 在 高 电 场 作 用 下 ，电 极 发射 的 电 子 山于 隧 道 效 应 注 入 绝缘 介 质 ， 电 子 在 注 入过 程 中获 得 足 够 的 动 能 ，使 电 子 不 断地 与 介 质碰 撞 引 起 介 质破 坏 ，导 致 树 枝放 电 。 （ ）缺 陷 。缺 陷 主 要 是导 体 屏蔽 卜的 ４ 节 疤 和 绝 缘 屏 蔽 中 的毛 刺 以 及绝 缘 内的 杂 质 和 空穴 。 些 缺 陷 使 绝缘 内 的 电场 集 小 ， 这 局部 场 强 提 高 。 引起 场 致 发射 ， 致树 枝 性 导
XLPE高压电缆绝缘监测与试验研究
华中科技大学硕士学位论文XLPE高压电缆绝缘监测与试验研究姓名：汪培月申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：陈俊武2011-05-27华中科技大学硕士学位论文摘要近年来电力建设的飞速发展电力电缆的应用日益广泛，XLPE电缆以其优越的电气性能和耐热性能在电缆输电线路研究中受到重视。
随着电缆数量的增多及运行时间的延长，电缆的故障也越来越频繁。
自二十世纪八十年代以来，人们陆续研究出了多种在线监测方法来监测电缆的绝缘老化状况，但这些方法都存在一定的局限性不利于推广应用。
在综合分析各种在线监测方法的基础上，本文旨在提出一种新的绝缘在线监测方法，该方法主要优点易于与各种干扰信号分离，便于监测且精度较高。
本文首先通过分析电缆故障发生的原因，排除电缆终端头、接头不良等早期故障以及外力破坏等事故，从而获得水树老化是造成XLPE电缆击穿的主要原因。
从微观的角度分析了水树的形成原理及其特征，理论研究水树形成的因素。
根据XLPE电缆的特性提出了利用低频信号检测电缆绝缘状况。
本文通过理论和试验分析得出了利用低频信号监测电缆的水树老化状况反应更加灵敏；人工培养一批不同老化程度的试验电缆，分析实验数据得出该结论的可行性。
同时，本文还提出了低频信号的两种主要来源：叠加法产生的低频信号和电力系统固有的低频信号，前一种信号来源在其理论推导和仿真分析的基础上，说明了该方法可以产生所需的低频信号，并且频率为一确定值，有利于排除干扰；后一种信号来源由于信号的不确定性，需要进一步研究。
关键词：XLPE电缆；在线监测；水树枝；低频信号监测；交流叠加法华中科技大学硕士学位论文AbstractWith the development of electrical power construction,XLPE cable was widely used with its superior electric performance and heat resistance. But as the increasing of cable and the extension of running time, the cable's faults become more and more frequently. Since the 1980s, a variety of online monitoring methods have been developed to monitor insulation aging of the cables. However, to a certain extent, these methods have their limitations. Thus, they are not conducive to the large-scale popularization. On the basis of a comprehensive analysis of various online monitoring methods, this paper aims to propose a new online monitoring method for insulation, the characteristic signals of which can be easily separated from those undesired signals.Moreover, this monitoring method shows high accuracy.This paper analyse XLPE cable insulation failure, water-tree degradation is considered the main cause of XLPE cable breakdown after incipient failures such as bad terminals and joints and some mechanical damages are ruled out. This paper analyses the growth process of water tree from point of view of microcosmic, summarized the characteristics of water tree, summed up the faetor to form water tree.According to the characteristics of XLPE cable ,it proposed to use low frequency signal to detecte cable insulation situation. This paper obtained the advantages of using low-frequency signals to detect water tree that be more sensitive reflect water tree aging condition by theoretical and experimental analysing. This paper has artificially cultured a few different aging water tree cables and then verified the above conclusion by analysing the test results. Meanwhile this paper has proposed two main sources of low-frequency signals: the low-frequency signals generated by AC Superposition Method and the inherent low frequency signals of the power system. Though theoretical analysis and simulation analysis of the former one, this paper has concluded that the method can generate the required low frequency signals and the frequency has a fixed value, therefore, they are easily removed interference. The latter one still needs to do a lot of study for application because of the uncertainty of the signals.Key Words：XLPE power cable；On-Line Monitoring；water tree branches；Low-Frequency signal monitoring；AC superposition method独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘老化问题探析
３．５ 选择专业的电缆敷设队伍，加强 电缆施工管理，防止缆敷过程中电缆受损。
３．６ 建议 ＸＬＰＥ 电缆采取交流耐压试 验，取代现行的直流耐压试验。
３．７提高电缆接头制作工艺
４ 结语
本文讨论了 ＸＬＰＥ 电缆在运行中发生 故障的主要原因之一即绝缘老化引起的系 统故障。通过分析做好 ＸＬＰＥ 电缆的防老化 措施可以有效的减缓绝缘的老化速度，从 而延长电缆的使用寿命、减少系统的故障 率，为电力系统的稳定运行提供了保证。
交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘老化问题探析
上接第 １５０ 页
算出的时间间隔△ｔ 就是相应桥臂上的脉 １ｊ
由于局部放电侵蚀绝缘，以致发生老 化形态，而使绝缘性降低，导致绝缘击穿。
２．３ 电树枝 主要是由于绝缘内部放电产生的细微 开裂，形成细小的通道，其通道内空，管壁 上有放电产生的碳粒痕迹。通道分支少而 清晰，呈树枝状。 电树枝按产生的机理分为以下几种类 型： （１）由于机械应力的破坏使 ＸＬＰＥ 绝缘 产生应变造成气隙和裂纹，引发电树枝放 电。机械应力一方面是因为电缆生产、敷设 运行中不可避免地弯曲、拉伸等外力产生 应力，另一方面是由于电缆在运行中电动 力对绝缘产生的应力。 （２）气隙放电造成电树枝的发展。现 代的生产工艺尽管可以消除交联电缆生产 线中某些宏观的气隙，但仍有 １～１０ μ ｍ 或 少量的 ２０～３０ μ ｍ 的气隙形成的微观多孔 结构。多孔结构中的放电形式主要以电晕 放电为主。通道中的放电所产生的气体压 力增加，导致了树枝的扩展和形状的变化。 （３）场致发射效应导致树枝性放电。在 高电场作用下，电极发射的电子由于隧道 效应注入绝缘介质，电子在注入过程中获 得足够的动能，使电子不断地与介质碰撞 引起介质破坏，导致树枝放电。 （４）缺陷。缺陷主要是导体屏蔽上的 节疤和绝缘屏蔽中的毛刺以及绝缘内的杂 质和空穴。这些缺陷使绝缘内的电场集中， 局部场强提高。引起场致发射，导致树枝性
冲信号０或１状态在时间轴上的宽度。其中：
，α ＝２； ＜ ０，α ＝１；ｖ －ｕ ＞ ０， ｊｏ ｊ
β ＝２；ｖｊｏ－ｕｊ ＜ ０，β ＝１。启动各桥臂△
XLPE电力电缆绝缘老化分析
XLPE电力电缆绝缘老化分析摘要：本文对电缆的绝缘老化原因和主要绝缘监测技术进行分析，首先建立了气隙局放等效电路模型，在此基础上搭建电缆绝缘介质气隙放电仿真模型。
提出基于监测电缆绝缘介质局部放电信号为主的模糊综合评价法，为基于局部放电信号的电缆绝缘监测提供了理论依据。
关键词：电力电缆；绝缘老化；仿真模型1电缆绝缘老化故障及监测方法1.1绝缘材料老化基于物联网的配电线路监测系统，由前端的智能电网传感器和通常电缆绝缘劣化分为电劣化、热劣化、化学劣化、机械劣化及鼠虫害引起的劣化等。
最常见的类型是电劣化。
电劣化的主要形式有局部放电劣化和电树枝劣化。
电缆浸水是影响电缆安全运行的主要隐患。
研究表明，聚乙烯聚合物的绝缘老化需要先经过树枝老化。
1.2绝缘监测方法现有的电缆绝缘性检测方法分为离线检测试验和绝缘在线监测两种。
而离线检测多以周期预防性试验为主。
预防性实验的模式为周期巡检、定期停电实验。
离线检测方法主要包括介质损耗检测试验、直流耐压试验、局部放电试验及交流耐压试验等。
传统的电缆离线检测方法需要停电为辅，这对人们的生产、生活带来极大的困扰，难以适应当今电网全面自动化、智能化的趋势。
在线监测可以在对电缆无任何损伤情况下实现对电缆的绝缘水平评估、实时掌握电缆运行状况。
其独特的优势成为近几年来学者们热衷的话题。
国内外主流的电缆在线监测方法有直流分量法、直流叠加法、交流叠加法、介质损耗法、局部放电法、低频叠加法等依托电信号监测的方法以及温度分布测量法、电缆应力测量法等物理特征监测方法。
1.3局放在线监测方法监测局部放电信号是定量分析绝缘劣化的主要方式之一，可以判断内部是否存在缺陷，作为警告或预警信息。
还可根据信号分析电缆的老化情况，预估电缆的剩余使用寿命。
局部放电会产生的放电现象有很多种，有些诸如电流脉冲、介质损耗突然增大、电磁波辐射等电气现象，另外一些则属于非电气现象，例如光、热、噪声等。
通过这些现象完成对局部放电现象的监测。
用于评估XLPE电缆绝缘老化状态的介电分析方法[发明专利]
![用于评估XLPE电缆绝缘老化状态的介电分析方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/c034142b974bcf84b9d528ea81c758f5f61f29fc.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810580802.2(22)申请日 2018.06.07(71)申请人 国网上海市电力公司地址 200002 上海市浦东新区中国（上海）自由贸易试验区源深路1122号申请人 西安交通大学(72)发明人 周利军 蒋晓娟 张屹 陈立荣 王承 陆俊 侯东雨 杨舒婷 周宏 徐伟 何磊 朱宇明 陆青 汤敏吉 沈斌 (74)专利代理机构 上海科盛知识产权代理有限公司 31225代理人 应小波(51)Int.Cl.G01R 31/12(2006.01)G01R 27/26(2006.01)(54)发明名称用于评估XLPE电缆绝缘老化状态的介电分析方法(57)摘要本发明涉及一种用于评估XLPE电缆绝缘老化状态的介电分析方法，包括以下步骤：步骤1、在设定温度下测量XLPE电缆绝缘的复介电常数的频谱，获得介电常数实部ε'和介电常数虚部ε”随频率的变化曲线；步骤2、对介电常数实部ε'进行数学变化后获得含有介电常数实部ε'的数学式随频率的变化曲线；步骤3、根据步骤2的变化曲线分析XLPE电缆绝缘老化状态。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：简单易行，具有一定的工程应用前景。
权利要求书1页 说明书2页 附图2页CN 108508337 A 2018.09.07C N 108508337A1.一种用于评估XLPE电缆绝缘老化状态的介电分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在设定温度下测量XLPE电缆绝缘的复介电常数的频谱，获得介电常数实部ε'和介电常数虚部ε”随频率的变化曲线；步骤2、对介电常数实部ε'进行数学变化后获得含有介电常数实部ε'的数学式随频率的变化曲线；步骤3、根据步骤2的变化曲线分析XLPE电缆绝缘老化状态。
2.根据权利要求1所述的一种用于评估XLPE电缆绝缘老化状态的介电分析方法，其特征在于，所述的步骤2中的含有介电常数实部ε'的数学式为3.根据权利要求1所述的一种用于评估XLPE电缆绝缘老化状态的介电分析方法，其特征在于，所述的步骤1中的测量温度为80℃。
基于等温松弛电流法的XLPE绝缘电力电缆老化评估判据研究
基于等温松弛电流法的XLPE绝缘电力电缆老化评估判据研究高树国;朱永华;吴长顺;尹毅【摘要】XLPE绝缘电力电缆,特别是中压电缆在运行过程中可能产生水树枝等缺陷,并且进一步发展为电树枝,最终导致电缆击穿.除了常规的物理和化学评估方法以及在线监测等技术能够为电缆的状态评估和运行提供必要的判据,等温松弛电流法作为一种具有丰富物理内涵的方法也已经在国外的XLPE电缆老化状态以及寿命的评估方面发挥积极的作用.对目前国内外电缆评估的方法进行了简略的分析,着重介绍了等温松弛电流法的原理.在详细分析欧美等多个国家对等温松弛电流法老化状态评估的关键参数——老化因子A的基础上,初步研究了国产电缆在未老化的初始状态的老化因子以及热老化后的老化因子的变化.研究表明国产电缆在未老化时期老化因子就大于国外电缆的.论文初步分析了出现该现象的原因,为等温松弛电流法在我国的应用提供了必要的基础.【期刊名称】《电线电缆》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】4页(P34-37)【关键词】交联聚乙烯电力电缆;老化评估;等温松弛电流法;老化因子;判据【作者】高树国;朱永华;吴长顺;尹毅【作者单位】国网河北省电力公司电力科学研究院,河北石家庄050021;上海电缆研究所,上海200093;上海电缆研究所,上海200093;上海交通大学电子信息与电气工程学院电气工程系,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TM247.10 引言自1960年在美国出现了交联聚乙烯(XLPE)电缆制造技术后，该技术立即传入欧洲和日本。
此后XLPE绝缘电力电缆在美国、欧洲和日本开始逐渐成熟，并逐渐向超高压电缆方向迅速发展。
我国XLPE电缆主要开始于上个世纪80年代，其中1985年长春电业局首次使用了由沈阳电缆厂制造的66 kV XLPE电缆。
到目前为止，110 kV及以下电压等级电网已全面使用XPLE电缆，仅在220 kV及以上电压等级仍保留有部分充油电缆线路。
XLPE高压电缆绝缘老化状态评估研究
Research on Assessment Method for Insulation Aging State of XLPE Cables
领 域：电气工程 研 究 生：薛程 指导教师：杜伯学 教授 企业导师：朱晓辉 高工
天津大学电气与自动化工程学院 二零一三年十二月
（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）
学位论文作者签名：
签字日期：
年月日
Байду номын сангаас
导师签名：
签字日期：
年月日
摘要
交联聚乙烯绝缘电缆在国内已有 40 多年的运行历史，国内外大量研究表明， 交联聚乙烯电缆绝缘老化并不是单一应力作用的结果，而是电、热、环境等多种 因素共同作用的结果。运行中的电缆绝缘的老化状况一直是电网单位关注的重 点，但目前国内外对 XLPE 电缆绝缘老化的研究大多是未投入运行的新电缆，对 已运行交联聚乙烯电缆绝缘老化机理及老化状态的研究还较少。不同老化程度 XLPE 电缆绝缘的介电及理化性能特征明显不同。因此，测量老化前后 XLPE 电 缆绝缘的电气性能、理化性能的变化，研究电缆绝缘材料各项性能与其老化之间 的对应关系，找出有效的 XLPE 电缆老化状态评估方法很有必要。
关键词： XLPE 电缆 理化性能 老化状态 宽频介电谱 氧化诱导期 交流耐压
ABSTRACT
The XLPE cable has been more than 40 years’ operation history in China. A lot of research show that the degradation of XLPE cable insulation is not the result of a single factor, but a variety of factors such as electrical stress, thermal stress and environmental effect. The operating cable insulation degradation conditions is always the focus of attention of the grid operation corporation, but at present , most studies of XLPE cable insulation degradation is new cable which is never put into operation in China and abroad, the study of performance of operating XLPE cable insulation degradation is less. The dielectric and physicochemical characteristics of XLPE cable insulation varies with its aging state obviously. Therefore, the test of the dielectric properties, physicochemical properties and power frequency breakdown characteristics of XLPE cable insulation before and after aging is necessary. The measurement of these parameters can be used as an effective method for aging state assessment of operating XLPE cable. In this paper, the research contents and achievements are as follows:
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
学位论文作者签名：
签字日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解 天津大学 有关保留、使用学位论文的规定。 特授权 天津大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检
索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。
1. It studied the relationship between the dielectric properties, physicochemical properties and the aging state of XLPE cable insulation. The dielectric properties, physicochemical properties will change with the influence of electrical stress, thermal stress and environmental effect, etc. The influence of electrical stress, thermal stress is the most important. The measurement of these parameters can be used as an effective method for aging state assessment of XLPE cable insulation.
本文的研究内容和取得成果如下： 1、确立了 XLPE 电缆绝缘的老化状态与其电气及理化性能之间的相关性。 XLPE 电缆绝缘在电场、温度、机械及环境等的同时作用下其电气性能及理化性 能会发生变化，其中温度和电场是造成 XLPE 电缆绝缘发生老化的最主要因素。 通过对比不同老化程度的 XLPE 电缆绝缘的介电及理化性能等参数的测量，可以 对其老化状态进行有效评估。 2、研究了多种 XLPE 老化性能评估方法，包括宽频介电阻抗谱测试、傅里 叶红外光谱（FTIR）测试、差示扫描量热（DSC）测试、机械性能测试以及耐压 性能测试。采用上述方法对人工加速老化及实际运行不同年限的 XLPE 电缆试样 进行了老化评估，结果证明了 XLPE 电缆绝缘的宽频介损频谱、氧化诱导期、羰 基指数、断裂伸长率、耐压性能在表征电缆绝缘的老化状态方面有很好的一致性。 当绝缘出现老化时，材料的介质损耗增大、氧化诱导期减小、羰基指数升高、断 裂伸长率降低、耐压性能下降。 3、XLPE 电缆绝缘的宽频介损频谱（尤其是低频区）与其老化状态存在明 显关联，该方法精度高，测试快，可以用来准确地表征其老化程度。缺点是只能 反映电缆整体的老化程度，对局部树枝化的反映较差，且仪器价格昂贵，不易推 广。测试 XLPE 电缆绝缘的氧化诱导期和羰基指数可以定性地评估其热氧老化程 度，但对样品要求较高，测试步骤较复杂。测试 XLPE 电缆绝缘在恒定电场下的 耐压时间比击穿电压能更好地反映其老化程度，该方法简单有效，适合工程应用， 但需多次测量减小误差。
XLPE 高压电缆绝缘老化状态评估研究
Research on Assessment Method for Insulation Aging State of XLPE Cables
领 域：电气工程 研 究 生：薛程 指导教师：杜伯学 教授 企业导师：朱晓辉 高工
天津大学电气与自动化工程学院 二零一三年十二月
关键词： XLPE 电缆 理化性能 老化状态 宽频介电谱 氧化诱导期 交流耐压
ABSTRACT
The XLPE cable has been more than 40 years’ operation history in China. A lot of research show that the degradation of XLPE cable insulation is not the result of a single factor, but a variety of factors such as electrical stress, thermal stress and environmental effect. The operating cable insulation degradation conditions is always the focus of attention of the grid operation corporation, but at present , most studies of XLPE cable insulation degradation is new cable which is never put into operation in China and abroad, the study of performance of operating XLPE cable insulation degradation is less. The dielectric and physicochemical characteristics of XLPE cable insulation varies with its aging state obviously. Therefore, the test of the dielectric properties, physicochemical properties and power frequency breakdown characteristics of XLPE cable insulation before and after aging is necessary. The measurement of these parameters can be used as an effective method for aging state assessment of operating XLPE cable. In this paper, the research contents and achievements are as follows:
2. The method for aging state assessment of XLPE cables are studied, including dielectric loss (tan δ), fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), oxidative induction time (OIT) and breakdown voltage. The dielectric and physicochemical properties of XLPE cables before and after aging are analyzed. The experimental results indicate that the dielectric loss of XLPE insulation、oxidative induction time, carbonyl index and breakdown voltage have good consistency in terms of characterization of the cable insulation degradation performance. The dielectric loss increases, oxidative induction time decreases, carbonyl index degradation increases and breakdown voltage decreases when the cable insulation degradation occurs.
KEY WORDS：XLPE Power Cable, Physicochemical Properties, Aging State,
Broadband Dielectric Spectroscopy, Oxidation Induction Time, AC Breakdown Voltage
目录
（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：签源自日期：年月日导师签名：
签字日期：
年月日
摘要
交联聚乙烯绝缘电缆在国内已有 40 多年的运行历史，国内外大量研究表明， 交联聚乙烯电缆绝缘老化并不是单一应力作用的结果，而是电、热、环境等多种 因素共同作用的结果。运行中的电缆绝缘的老化状况一直是电网单位关注的重 点，但目前国内外对 XLPE 电缆绝缘老化的研究大多是未投入运行的新电缆，对 已运行交联聚乙烯电缆绝缘老化机理及老化状态的研究还较少。不同老化程度 XLPE 电缆绝缘的介电及理化性能特征明显不同。因此，测量老化前后 XLPE 电 缆绝缘的电气性能、理化性能的变化，研究电缆绝缘材料各项性能与其老化之间 的对应关系，找出有效的 XLPE 电缆老化状态评估方法很有必要。