交联聚乙烯凭借其优异的电气、物理化学以及力学性能,已被广泛用作输配电电缆的典型绝缘材料. 随着工业的蓬勃发展,电力需求迅猛增长.为实现电力的经济传输和满足电力需求,电网朝着高压、大容量化的方向发展,导致电缆的运行条件更加恶劣,这将进一步促使交联聚乙烯电缆老化,如电、热老化、水树枝老化等的发生.因此,了解电缆绝缘的老化机理并建立合理的绝缘诊断方法显得十分必要.理想的绝缘诊断技术应该能够采用非破坏性的方法,检测出某段电力电缆中潜在的问题,以便采取预防性措施避免该段电力电缆在运行时可能发生的绝缘失效,并且预测其最佳更换时期. 众所周知,对于交联聚乙烯电力电缆,现有诊断技术并不能够提供非常有效的非破坏诊断方面的信息.然而,关于交联聚乙烯电缆绝缘的介电研究仅局限于时域频谱方.去和低频测量.因此,有必要在更宽的频率范围内进一步研究热老化交联聚乙烯绝缘的介电谱. 水树被认为与聚乙烯电缆的介电强度下降和最终绝缘失效有较大关联.关于电缆水树的研究已经进行了将近40年,也发表了许多理论和实验研究数据.但是,仍然需要进一步进行诸如:热老化交联聚乙烯绝缘的水树行为,数值分析在水树研究中的应用等研究,以便全面理解水树发生,生长的机理并改善交联聚乙烯材料的抗水树性能. 本文给出了热老化交联聚乙烯电缆的介电和水树行为研究结果,主要创新点和贡献如下: 1) 首次在相对更宽的频率范围(70kHz～10MHz)研究了不同热老化程度的交联聚乙烯电缆绝缘的介电谱,找到了相关"指纹"特征. 2) 证明了多样品击穿方法在介电击穿试验中的适用性;并采用有限元法(FEM)分析了在交联聚乙烯电缆试样击穿试验中水槽里的电场畸变.从而实现了减少介电击穿试验的时间的试验方法,提高了击穿实验数据分析的可靠性、精确度. 3) 本文详细研究了热老化交联聚乙烯电缆的介电击穿行为,有助于分析热老化交联聚乙烯电缆的击穿机理和评估交联聚乙烯电力电缆的运行寿命. 4) 首次详细研究了不同热老化程度的交联聚乙烯电缆试样的水树生长特性,阐述了交联聚乙烯电缆绝缘的水树生长机理. 5) 首次采用有限元法详细分析了各种内在因素,诸如:几何尺寸、介电特性以及相邻水树问的距离等对增加水树内外电场强度的影响,更加有助于解释水树机理. 6) 本文首次引入Taguchi(田口)实验设计方法--著名的有力稳健参数设计方法,结合有限元法评估了各个内在因素对增强水树尖端电场的作用,确定影响最大的因素和最适宜的试验条件、评价各因素间的协同效应,节省了水树研究的时间等.本课题为上海市科技重点攻关项目(№045211024).