基于扩展对数微分谱参量的XLPE电缆绝缘老化状态评估研究

作     者：赵晰晰 

作者单位：广西大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘捷丰;张玉波

授予年度：2022年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 08[工学] 

主      题：交联聚乙烯电缆 绝缘老化 频域介电谱 极化信息 扩展对数微分谱参量 老化评估 

摘      要：交联聚乙烯（XLPE）电缆被广泛用于高压输配电系统中并承担电能输送的任务,其老化状态是影响电缆绝缘性能、运行风险的关键因素。因此研究XLPE电缆绝缘的老化特性并准确评估其老化状态,是保障电力系统安全可靠运行的重要一环。与现有电缆老化评估方法相比,介电响应法是一种能够有效实现对电缆老化状态定量评估的新型检测技术。鉴于频域介电谱（FDS）技术具有无损检测、抗干扰能力强等优点,被广泛应用于XLPE电缆的现场评估。然而,FDS中-低频区域的极化信息会被直流电导分量所覆盖,严重制约了基于FDS技术评估XLPE电缆绝缘老化状态的准确性。因此,提取FDS曲线中可有效表征XLPE电缆绝缘老化状态的特征参量,进而定量评估XLPE电缆老化程度,是业内亟需解决的关键难题。鉴于此,本文通过在实验室开展XLPE电缆加速热老化实验,制备不同老化时间/温度下的XLPE电缆样品并测试其FDS及断裂伸长率;其次通过深入分析XLPE电缆绝缘老化状态对介电频域响应特性及断裂伸长率的影响规律,提取了可用于表征绝缘极化信息的扩展对数微分谱参量;最后建立了扩展对数微分谱参量与XLPE电缆绝缘老化状态的定量关系。论文的主要研究内容如下:（1）为提取可有效表征XLPE电缆绝缘老化状态的特征参量,本文提出了一种基于扩展对数微分谱（ELS）提取介电频率响应松弛极化信息的方法。首先,基于对FDS曲线的微观机理分析,提出以不受绝缘几何形状影响的介质损耗因数为老化信息载体,并基于ELS提取仅包含介电频率响应过程中极化分量的复极化率数学表达式;其次,在深入分析老化时间及老化温度对XLPE电缆样品复极化率影响规律的基础之上,提出了基于弛豫峰分析的扩展对数微分谱参量提取方法;最后,借助多元回归分析建立了不同老化时间/温度与上述参量间的定量关系;（2）为解决断裂伸长率实验因具有破坏性而无法实现对XLPE电缆老化状态的无损评估这一问题,本文建立了扩展对数微分谱参量与断裂伸长保留率的量化关系模型。在当前工作中,首先通过加速热老化实验制备具有不同老化程度的XLPE电缆样品;其次依据断裂伸长保留率划分所制备样品的老化程度;最后研究分析了断裂伸长保留率与扩展对数微分谱参量间的量化关系,并基于多元回归分析建立了基于扩展对数微分谱参量的XLPE绝缘老化评估模型,实现对XLPE电缆老化程度的无损定量分析;（3）为验证扩展对数微分谱参量表征XLPE电缆绝缘老化状态的准确性与可行性,通过新制备XLPE电缆样品进行验证实验,结果表明:扩展对数微分谱参量对XLPE电缆样品老化时间及老化温度表征的准确度分别达到99.17%及99.24%;此外,讨论了所建立基于扩展对数微分谱参量的XLPE绝缘老化评估模型对XLPE电缆绝缘老化程度表征效果的准确性与可行性,结果表明:基于扩展对数微分谱参量的XLPE绝缘老化评估模型对两个具有不同老化程度的新XLPE样品的断裂伸长保留率计算结果准确度达到99.25%及96.63%。本文研究工作提供了一种基于扩展对数微分谱的介电频率响应松弛极化信息提取方法,可有效表征XLPE电缆绝缘老化效应,为实现基于FDS技术的XLPE电缆绝缘老化程度评估提供了新思路,为完善基于FDS技术的电介质绝缘老化状态分析方法提供新的理论基础。