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XLPE绝缘直流电压耐受指数步进应力评估方法研究

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XLPE绝缘直流电压耐受指数步进应力评估方法研究

作者：李宁一重庆理工大学

学位级别：硕士

以交联聚乙烯（XLPE）为主绝缘材料的高压直流电缆是构建直流电网的物理基础和关键设备,这在极大程度上牵引着对XLPE绝缘失效相关规律的研究工作。来源于反幂模型（Inverse Power Modle,IPM）的电压耐受指数n是研究绝缘失效规律的重要参... 详细信息

以交联聚乙烯（XLPE）为主绝缘材料的高压直流电缆是构建直流电网的物理基础和关键设备,这在极大程度上牵引着对XLPE绝缘失效相关规律的研究工作。来源于反幂模型（Inverse Power Modle,IPM）的电压耐受指数n是研究绝缘失效规律的重要参数,准确获取n值对保证XLPE绝缘电缆运行的可靠性具有重要意义。传统恒定应力法存在获取n值耗时长、失效数据分散性大等问题使其不便于工程应用,而步进应力法以其耗时短、失效数据分散性小等优点成为一种富有前景的绝缘寿命测试方法。然而,步进应力试验参数较多,且缺乏相关章程为其提供选取依据,此外,步进加压可能导致老化机理改变,因此步进应力法获取n值的准确性难以保证。本文研究了XLPE绝缘样品在直流场强下的电寿命特性,划分了有效试验场强区间,提出了适用于多类加速寿命试验的失效数据处理方法,以IPM为基础进行了恒定应力与步进应力试验,归纳出步进应力试验参数选取依据,建立了步进畸变场强模型,旨在为使用步进应力法准确评估n值提供技术支撑,主要工作如下:（1）基于同规格XLPE样品具有的等同损伤提出了一种适用于多类加速寿命试验的失效数据分析方法,该方法通过构建秩为1的奇异矩阵求解IPM参数,较线性拟合获取IPM参数的方法所需数据量更少。由该方法获取的恒定应力试验n=12.43较线性拟合获取的n=12.83仅相差3%;由该方法获取的步进应力试验n=12.06相比n仅相差6%,验证了该方法的有效性,一定程度上提高了采用步进应力法获取n值的效率。（2）依据XLPE绝缘的击穿类型与老化机理划分了加速寿命试验的有效外施场强范围,该范围以绝缘样品的阈值场强E为下限,击穿场强E为上限,并且推导出了步进应力试验参数有效性预估模型,依据该模型进行试验之前的参数预估获取E=20,较E留有5级裕度,并通过与试验结果相比较验证了模型的有效性。此外,通过引入“特征场强E”的概念建立了步进应力与恒定应力法的等效性关系,提出了选取步进应力试验参数的“同比变化”原则,依据该原则进行步进应力试验获取的n=13.04与恒定应力试验获取的n=12.83具有较好的一致性。（3）考虑了直流电场下XLPE绝缘内部畸变场强对绝缘电寿命特性的影响,以过渡态理论中的自由能增量为媒介建立了步进畸变场强模型,该模型考虑了外施场强E、空间电荷密度q、自由能增量?W、温度T等因素。讨论了步进场强作用下畸变场强的损伤累积方式,基于步进畸变场强模型分段求解了不同升压阶段的畸变累积损伤值D,通过分析步进应力试验数据发现,D越小则对n值的影响越小,D组中具有最小的D=8.3×10,其n值仅偏差3.7%。此外,对比D、C两组参数与试验结果发现增加升压步长?U可以促进界面电荷层的形成,在一定程度上削弱畸变场强的影响。

关键词：交联聚乙烯反幂模型电压耐受指数直流电场畸变场强

基于混合应力法的XLPE绝缘电压耐受指数评估研究

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绝缘材料 2022年第5期55卷 68-75页

作者：陈新岗刘新宇马志鹏朱莹月谭悦崔炜康王梅林重庆理工大学重庆400054 重庆市能源互联网工程技术研究中心重庆400054

考虑序进应力试验和恒定应力试验之间的等效性问题,提出一种按照“序进-恒定-序进”应力顺序对样品施加电压的混合应力试验方法,并结合威布尔(Weibull)统计分析对XLPE薄片样品的电压耐受指数进行评估。结果表明:混合应力试验计算得到的... 详细信息

考虑序进应力试验和恒定应力试验之间的等效性问题,提出一种按照“序进-恒定-序进”应力顺序对样品施加电压的混合应力试验方法,并结合威布尔(Weibull)统计分析对XLPE薄片样品的电压耐受指数进行评估。结果表明:混合应力试验计算得到的电压耐受指数n为16.11,与恒定应力试验评估的n偏差为5.36%,且总评估时间比后者缩短了98.04%,证明该方法可以有效对XLPE绝缘的电压耐受指数进行评估。

关键词：电压耐受指数交联聚乙烯电寿命恒定应力试验混合应力试验

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获取XLPE绝缘直流电压耐受指数的步进应力试验参数选取方法研究

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电工技术学报 2019年第24期34卷 5244-5251页

作者：杨丽君李仲轩姚人允边浩然袁媛输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆400044 国网重庆市电力公司南岸供电分公司重庆401336

交联聚乙烯(XLPE)绝缘的直流电压耐受指数n是材料的重要性能参数,也是直流电缆绝缘厚度设计及出厂试验电压参数选取的重要依据。步进应力法作为一种高效的电寿命试验方法,其试验参数的选取对耐受指数n值的结果影响较大。该文提出一种步... 详细信息

交联聚乙烯(XLPE)绝缘的直流电压耐受指数n是材料的重要性能参数,也是直流电缆绝缘厚度设计及出厂试验电压参数选取的重要依据。步进应力法作为一种高效的电寿命试验方法,其试验参数的选取对耐受指数n值的结果影响较大。该文提出一种步进应力试验的参数选取方法,该方法以累积损伤-时间(D-t)曲线、损伤矩阵D方差与n值关系曲线S(n)及S(n)曲线的二阶导数d^2S(n)/dn^2三个指标作为试验参数选取的依据。该方法为绝缘材料的步进应力和恒定应力电寿命试验结果的等效性评价提供了理论支撑。试验数据表明,通过该方法筛选的步进应力试验参数获得的电压耐受指数n值(n=12.0)与恒定应力下的结果(n=12.2)具有较好的一致性。

关键词：恒定应力试验步进应力试验电压耐受指数 XLPE绝缘累积损伤高压直流电缆

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温度及试样厚度对XLPE绝缘交、直流电压耐受指数的影响研究

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温度及试样厚度对XLPE绝缘交、直流电压耐受指数的影响研究

作者：徐鹏飞重庆大学

学位级别：硕士

工程中常采用反幂模型(Inverse power model,IPM)作为交联聚乙烯(Crosslinked polyethylene,XLPE)电缆绝缘的电寿命模型,以描述外施场强E与绝缘失效时间t所呈现的E-t特性关系。IPM中的参数——电压耐受指数n是交、直流电缆绝缘设计及出... 详细信息

工程中常采用反幂模型(Inverse power model,IPM)作为交联聚乙烯(Crosslinked polyethylene,XLPE)电缆绝缘的电寿命模型,以描述外施场强E与绝缘失效时间t所呈现的E-t特性关系。IPM中的参数——电压耐受指数n是交、直流电缆绝缘设计及出厂试验考核的重要依据。目前,高压直流电缆的绝缘设计依旧参考交流电缆的设计和运行经验,但由于交、直流电缆中电场分布规律存在较大差异,XLPE绝缘在交、直流下的n受绝缘厚度和温度的影响规律及差异尚不明确。本文以XLPE绝缘试样的交、直流电压耐受指数(n&n)为对象,首先提出了采用步进应力试验高效获取n、n的方法,并验证了其有效性;随后,基于该方法的试验结果,对比了100、150、200μm XLPE绝缘试样在30、50、70℃下n与n的差异;最后,探究了造成交、直流下,温度及试样厚度对XLPE绝缘n影响差异的机理。得到的主要结论包括:(1)提出了一种能够使得步进应力法和恒定应力法所获n值等效的参数选取方法。该方法以累积损伤效应和Nelson模型为理论基础,构建累积损伤矩阵D,求取矩阵D的方差与n值关系曲线S(n),S(n)最小时所对应的数值n即为所求绝缘n值。同时,该方法能够提取特征量min S(n)及S(n)的二阶导数绝对值λ作为判断所获n值准确性和唯一性的依据。(2)对比了温度及试样厚度对n和n影响差异,发现温度及试样厚度对n和n的影响呈现完全相反的规律。n会随着温度的上升而下降,随着厚度的上升而上升,而n却会随着温度的上升而上升,随着厚度的上升而下降。(3)分析了空间电荷的积聚造成温度及试样厚度对n和n影响差异的机理。以过渡态理论和反幂模型为基础,引入外施场强导致的绝缘活化能改变量ΔW,推导出n的物理表达式。由于交流电压下,不考虑空间电荷积聚,而直流电压下,空间电荷积聚会致使绝缘内部电场分布畸变,进而导致ΔW的变化,因此造成温度及试样厚度对n和n影响差异。

关键词： XLPE绝缘电压耐受指数温度试样厚度空间电荷

160kV直流XLPE电缆绝缘的直流E-t特性

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高电压技术 2019年第1期45卷 130-135页

作者：刘霞于钦学刘明昊钟力生傅明利侯帅西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室国网延安供电公司南方电网科学研究院有限责任公司

目前关于XLPE电缆绝缘在直流电压下的击穿特性以及电压耐受指数的研究十分欠缺,在世界范围内依然缺少科学且有效的直流电缆绝缘的试验考核手段。为研究高压直流XLPE电缆绝缘在直流电压下的击穿特性和电压耐受特性,建立了一套高压直流试... 详细信息

目前关于XLPE电缆绝缘在直流电压下的击穿特性以及电压耐受指数的研究十分欠缺,在世界范围内依然缺少科学且有效的直流电缆绝缘的试验考核手段。为研究高压直流XLPE电缆绝缘在直流电压下的击穿特性和电压耐受特性,建立了一套高压直流试验系统,对高压直流电缆XLPE中层绝缘试样进行了击穿场强与击穿时间的关系试验,即E-t特性试验。基于反幂定律,采用两种方法对试验数据进行分析,得到直流电缆绝缘在70℃下的电压耐受指数以及其寿命分别为30年和40年时的耐受电场强度。

关键词： XLPE 电缆绝缘直流电压击穿特性电压耐受指数 E-t特性反幂定律

基于累积损伤曲线的电寿命模型步进应力试验方法及在XLPE电缆中的应用

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中国电力 2020年第9期53卷 125-132页

作者：边浩然杨丽君马志鹏丁志文李仲轩输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆400044

交联聚乙烯(XLPE)的反幂函数电寿命模型(IPM)表征了XLPE电缆绝缘的长期耐压特性,包括电压耐受指数(VEC)在内的IPM模型参数是电缆绝缘设计和预鉴定试验电压选取的重要依据。步进应力试验具有耗时短、效率高的优点,适用于求取电缆样品的... 详细信息

交联聚乙烯(XLPE)的反幂函数电寿命模型(IPM)表征了XLPE电缆绝缘的长期耐压特性,包括电压耐受指数(VEC)在内的IPM模型参数是电缆绝缘设计和预鉴定试验电压选取的重要依据。步进应力试验具有耗时短、效率高的优点,适用于求取电缆样品的电寿命模型参数。然而,步进应力试验参数的选择尚无规程可参考,目前主要依靠经验和主观确定,严重影响了试验结果的有效性和可比性。将固体绝缘材料累积损伤“D-t曲线”作为判断绝缘失效机理的主要依据,分析不同试验参数下步进应力与恒定应力试验的等效性,提出适合工程应用的步进应力试验参数选取及现场试验方案。通过该方法设计绝缘厚度分别为2.8 mm和3.5 mm的2种模型电缆的步进应力试验,并获取2种模型电缆的IPM电寿命模型参数,验证该方法的可行性。

关键词：交联聚乙烯电缆电压耐受指数步进应力试验寿命模型

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