进入新世纪以来,我国加大了对城市电网和农村电网的建设投资,大幅提高了全国尤其是农村地区的电缆使用率。交联聚乙烯(XLPE)具有良好的电学性能和耐热性能,在电力输配电系统中被广泛应用于不同电压等级的电缆绝缘中。然而电缆绝缘老化问题对社会正常的生产和生活造成了巨大的威胁。由于农村的环境条件比城市更为恶劣,湿度更大,电缆绝缘老化的问题更为严峻。因此,本文围绕电缆绝缘老化、电荷特性、介电及其理化性能展开研究,梳理了绝缘老化方式和老化机理,为农业电气化和城网的升级改造提供一定的理论基础和数据支撑。首先,开展了多因素加速老化实验,研究发现工频交流下新旧电缆的电树枝生长特性存在差异,随着工频电压等级的提高,电树枝的结构发生了明显的变化。在相同电压等级下电树生长速度随着频率的提高而加快。温度能改变树枝的结构和生长特性,高压高温耦合作用能够迅速提高树枝的生长速度,电-热-水联合老化下将加速绝缘的劣化。经历加速老化后,绝缘的表面电位衰减速度得到提升,陷阱密度提高,介电常数增大,发生分子链断裂,微观结构发生明显的劣化。其次,通过表面电位测试、空间电荷测试等实验,分析陷阱电荷特性对绝缘性能的影响,并结合理化特性的表征结果研究电缆绝缘在实际工况中的老化原理。研究发现,发生故障且投运时间较长的电缆表面电荷消散的速度更快。新电缆中深陷阱中心的电荷密度高于浅陷阱中心,老化的电缆电荷密度高于新电缆,而陷阱能级有变浅的趋势。此外,新电缆电极附近积聚异极性空间电荷,而旧电缆则以注入同极性空间电荷为主;异极性电荷的消散速度明显低于同极性电荷。随着电缆投运时间增加,绝缘切片击穿强度下降,电阻率在同一数量级内变化,介电损耗提升,表面微观形貌明显劣化,出现C=C键、羰基和羟基等极性基团,而结晶状态的变化并不单一。最后,结合等温松弛电流法、绝缘介电及电荷特性综合评估现役电缆的老化状态,通过多个特征参数建立数学评估模型,模糊判定现役电缆的剩余寿命。分析发现,经历一定实际运行老化的电缆松弛电流在高频阶段衰减较快,电缆绝缘老化越严重,电流低频分量的衰减速度越慢;严重老化或经历过故障的电缆其老化因子出现骤升,电缆投运时间与老化因子呈近似线性关系。电缆绝缘的特征参数之间存在一定的相关性,基于相关性分析和多个电缆特征参数建立起来的数学评估模型,能初步预测现役电缆的剩余使用寿命。本文的研究结果进一步表明,电树和陷阱的产生是电缆老化的重要标志。在农业电气化过程中,如何防止土壤中的金属微量元素混入电缆绝缘和电荷积聚问题对提高电缆寿命至关重要。此外,在农业使用的电缆中,亦可通过本文建立的数学评估模型结合影响电缆老化的主要因素开展多因素老化评估和预测,防止因电缆老化导致的用电安全隐患,并可在某种程度上提高电缆的使用寿命。