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从上世纪60世纪开始,交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)就开始逐渐广泛用作高压电缆(110kV及以上电压等级)的绝缘材料,除了它具有优异的电热特性以外,同时它还具有环保性和经济性等优点。因此到目前,仍然没有其他材料可以替代交联聚乙烯。
对完整结构的高压电缆而言,在不同敷设环境和运行条件下,绝缘层交联聚乙烯微观结构及热-电特性的劣化始终是国内外学者和电网运行部门热切关注的问题。从交联聚乙烯高压电缆开始进入商业运行以来,各种条件下的绝缘劣化机理,以及理化、电气性能的劣化过程一直受到持续深入的研究。在此基础上,不同工艺和条件下交联聚乙烯的微观结构及各种物理化学特性的变化过程都有了较为完整的研究。基于此,各种用于评估交联聚乙烯等聚合物劣化的数学模型开始被各学者提出来。从最开始单一模型,到后来多因子老化模型,主要目的之一就是将这些理论和方法用于评估实际运行电缆的绝缘性能。由于高压电缆运行时的负荷和绝缘层温度并不恒定,且运行状况并不具备一定的规律性,因此利用已有的理论和模型去评估实际运行多年电缆绝缘层的劣化状态,得到的数据缺乏准确度,获得的剩余寿命也缺乏说服力。且实际运行电缆评估数据积累不足,还需进行大量研究。研究表明,部分电缆投入运行后,电缆绝缘性能会获得提升,且运行二十多年电缆的绝缘性能并未出现显著下降,部分电缆仍然符合运行标准。正是这样,这一类电缆是否可以继续运行,又逐渐吸引了广泛关注。
追述至电缆生产阶段,电缆生产工艺的调整,一方面可提升电缆的绝缘性能,另一方面各特性参数符合相关标准,满足电缆长期运行的需要。当电缆各项参数检测参数符合电缆运行标准时,也无法保证检测参数的特性处于材料的最佳状态,因此有文献针对退役电缆研究就发现了运行过程中的热过程促进了微观结构的进一步变化,可提升绝缘性能。
本文基于电缆绝缘劣化相关的理论,结合电缆实际运行中可能温度范围和交联聚乙烯结晶特性与温度的变化关系,研究了短时高温热过程对电缆绝缘层结晶结构和热-电特性变化的影响。以3根不同运行年限的退役电缆为研究对象,分四步进行了短时热过程实验和绝缘层教练聚乙烯热-电性能的测试:1)利用常规恒温箱,以电缆绝缘内层交联聚乙烯为研究对象,分别在四个温度点(85,90,95,100℃)进行短时热循环处理实验,分析了交联聚乙烯的结晶结构及热-电特性的变化。初步可知退役电缆绝缘层交联聚乙烯结晶结构和热-电特性仍然具有提升的可行性;2)对比了不同的热处理方法在相同温度下对交联聚乙烯结晶结构及热-电特性的影响,确定设定温度和恒温时间分别对试样微观结构和热-电特性变化的影响。3)用短电缆试样模拟电缆运行的热过程,研究不同温度下热作用对绝缘层不同位置的交联聚乙烯结晶结构和热电特性的影响。确定了短时高温热过程不会引起绝缘层的劣化,且适宜温度可以改善结晶结构,提升热-电性能,同时获得了最适宜的温度数值;4)以长电缆,接头,附件等部件搭建真实电缆线路,模拟电缆实际的运行,研究电缆在3)最适宜温度为设定温度下热处理后绝缘层交联聚乙烯热-电特性提升的可能性。最后得到退役电缆绝缘层交联聚乙烯在最适宜温度下短时热处理不会引起交联聚乙烯的劣化,且可以有助于改善结晶结构,提升热-电特性。初步得到通过模拟在运电缆在高温下进行短时的运行,可以用于提升电缆绝缘性能的可行性。
对完整结构的高压电缆而言,在不同敷设环境和运行条件下,绝缘层交联聚乙烯微观结构及热-电特性的劣化始终是国内外学者和电网运行部门热切关注的问题。从交联聚乙烯高压电缆开始进入商业运行以来,各种条件下的绝缘劣化机理,以及理化、电气性能的劣化过程一直受到持续深入的研究。在此基础上,不同工艺和条件下交联聚乙烯的微观结构及各种物理化学特性的变化过程都有了较为完整的研究。基于此,各种用于评估交联聚乙烯等聚合物劣化的数学模型开始被各学者提出来。从最开始单一模型,到后来多因子老化模型,主要目的之一就是将这些理论和方法用于评估实际运行电缆的绝缘性能。由于高压电缆运行时的负荷和绝缘层温度并不恒定,且运行状况并不具备一定的规律性,因此利用已有的理论和模型去评估实际运行多年电缆绝缘层的劣化状态,得到的数据缺乏准确度,获得的剩余寿命也缺乏说服力。且实际运行电缆评估数据积累不足,还需进行大量研究。研究表明,部分电缆投入运行后,电缆绝缘性能会获得提升,且运行二十多年电缆的绝缘性能并未出现显著下降,部分电缆仍然符合运行标准。正是这样,这一类电缆是否可以继续运行,又逐渐吸引了广泛关注。
追述至电缆生产阶段,电缆生产工艺的调整,一方面可提升电缆的绝缘性能,另一方面各特性参数符合相关标准,满足电缆长期运行的需要。当电缆各项参数检测参数符合电缆运行标准时,也无法保证检测参数的特性处于材料的最佳状态,因此有文献针对退役电缆研究就发现了运行过程中的热过程促进了微观结构的进一步变化,可提升绝缘性能。
本文基于电缆绝缘劣化相关的理论,结合电缆实际运行中可能温度范围和交联聚乙烯结晶特性与温度的变化关系,研究了短时高温热过程对电缆绝缘层结晶结构和热-电特性变化的影响。以3根不同运行年限的退役电缆为研究对象,分四步进行了短时热过程实验和绝缘层教练聚乙烯热-电性能的测试:1)利用常规恒温箱,以电缆绝缘内层交联聚乙烯为研究对象,分别在四个温度点(85,90,95,100℃)进行短时热循环处理实验,分析了交联聚乙烯的结晶结构及热-电特性的变化。初步可知退役电缆绝缘层交联聚乙烯结晶结构和热-电特性仍然具有提升的可行性;2)对比了不同的热处理方法在相同温度下对交联聚乙烯结晶结构及热-电特性的影响,确定设定温度和恒温时间分别对试样微观结构和热-电特性变化的影响。3)用短电缆试样模拟电缆运行的热过程,研究不同温度下热作用对绝缘层不同位置的交联聚乙烯结晶结构和热电特性的影响。确定了短时高温热过程不会引起绝缘层的劣化,且适宜温度可以改善结晶结构,提升热-电性能,同时获得了最适宜的温度数值;4)以长电缆,接头,附件等部件搭建真实电缆线路,模拟电缆实际的运行,研究电缆在3)最适宜温度为设定温度下热处理后绝缘层交联聚乙烯热-电特性提升的可能性。最后得到退役电缆绝缘层交联聚乙烯在最适宜温度下短时热处理不会引起交联聚乙烯的劣化,且可以有助于改善结晶结构,提升热-电特性。初步得到通过模拟在运电缆在高温下进行短时的运行,可以用于提升电缆绝缘性能的可行性。