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XLPE电缆空间电荷检测与老化评估方法研究

作　者: 李宏博
导　师: 杜伯学
学　校: 天津大学
专　业: 高电压与绝缘技术
关键词: 热脉冲电流法空间电荷 XLPE 电缆老化评估
分类号: TM247
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

交联聚乙烯(XLPE)电力电缆与传统充油电缆和油浸纸电缆相比,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,被广泛应用于城市的配电网中。电缆在运行过程会受到在电场、温度、水分等因素的共同影响而发生老化,如水树枝老化、电树枝老化、热电老化等。电缆老化可能会引发事故,给电网的安全运行带来隐患。因此,XLPE电缆的老化检测研究具有很重要的理论意义和实用价值。电缆老化后会使绝缘层内的陷阱增多,导致电荷在绝缘层内积累形成空间电荷。本文基于XLPE电缆老化与空间电荷积累的关系,提出了一种评估电缆老化的新方法,即热脉冲电流法。热脉冲电流法的基本原理是,给含有空间电荷的被测试样施加热脉冲,温度波在绝缘介质内传播的时会引起材料的介电常数和形状发生变化,打破已建立的静电平衡,使得试样两端的电极上感应出热脉冲电流。热脉冲电流的幅值与电缆的老化程度具有相关性,以此评估电缆的老化程度。文中选取XLPE切片和10 kV XLPE电缆作为实验样品,并用加速水树老化试验对电缆样品进行处理。将电缆浸在一个充满自来水的容器内,施加交流电压26 kV (5.9 kV/mm),每天给电缆加热至8小时,温度为45℃。将电缆分为A、B、C三组,分别老化360天,180天和120天。利用热脉冲电流法的两种方式,外冷法和内热法,对试样进行老化了检测,研究了热脉冲电流与试样老化程度的关系。实验结果表明,热脉冲电流的幅值会随着试样老程度的增大而增大;热脉冲电流与直流电压的幅值正相关;内热法与外冷却法分别适用于电缆的整体和局部老化检测,但是对于老化程度较轻的电缆,内热法具有更高的灵敏度。通过对实验室老化的电缆试样进行实验,验证了热脉冲电流法实验系统评估电缆老化的有效性,并积累了一些实验数据和经验,为实际老化电缆的检测奠定了基础。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-14
  1.1 概述  7
  1.2 选题背景  7-9
  1.3 国内外研究现状  9-13
    1.3.1 空间电荷检测方法  10-11
    1.3.2 基于空间电荷检测的电缆老化评估方法  11-13
  1.4 本文研究内容  13-14
第二章热脉冲电流法评估XLPE 电缆老化的基本原理  14-29
  2.1 XLPE 电缆的老化现象与机理概述  14-19
    2.1.1 XLPE 电缆老化现象  14-15
    2.1.2 XLPE 电缆老化机理  15-19
  2.2 XLPE 电缆老化与空间电荷的关系  19-20
  2.3 热脉冲电流法检测空间电荷原理  20-29
    2.3.1 热脉冲电流法检测切片内空间电荷  21-23
    2.3.2 热脉冲电流法检测电缆绝缘层内空间电荷  23-29
第三章热脉冲电流法实验系统与实验方法  29-38
  3.1 试样制备  29-31
    3.1.1 切片试样制备  29-30
    3.1.2 电缆试样制备  30-31
  3.2 XLPE 切片老化评估系统  31-33
  3.3 XLPE 电缆老化评估系统  33-36
    3.3.1 外冷却法实验系统  33-34
    3.3.2 内热法实验系统  34-36
  3.4 实验内容与方法  36-38
    3.4.1 基本参数测量与计算  36-37
    3.4.2 热脉冲电流法检测XLPE 切片老化  37
    3.4.3 热脉冲电流法检测10 kV XLPE 电缆老化  37-38
第四章实验结果与分析  38-51
  4.1 基本参数的测量及计算结果  38-39
  4.2 XLPE 切片老化实验结果  39-42
  4.3 10 kV XLPE 电缆老化检测实验结果  42-50
    4.3.1 外冷法实验结果  42-46
    4.3.2 内热法实验结果  46-50
  4.4 本章小结  50-51
第五章结论与展望  51-53
  5.1 全文总结  51-52
  5.2 研究展望  52-53
    5.2.1 实验系统的改进  52
    5.2.2 热脉冲电流法的发展  52-53
参考文献  53-56
发表论文和科研情况说明  56-57
致谢  57-58
附录1 电缆绝缘层中空间电荷分布计算程序  58-60
附录2 切片中空间电荷分布计算程序  60-61

XLPE电缆空间电荷检测与老化评估方法研究

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