交联温度对交联聚乙烯电缆绝缘中空间电荷特性的影响

交联温度对交联聚乙烯电缆绝缘中空间电荷特性的影响EffectofCross-linkingTemperatureontheBehaviorofSpaceChargeinXLPEPowerCableInsulation学科专业：高电压与绝缘技术研究生：杨林指导教师：杜伯学教授天津大学电气与自动化工程学院二零一二年六月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日我是爱天大的！！学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要近些年来，随着经济、社会的发展与城市化的进程，电力工业进入高速发展期，电力电缆越来越多的应用到电力系统之中，尤其是交联聚乙烯电力电缆，凭借着其优异的电气、机械以及耐热特性，获得了非常广泛的应用，大有一枝独秀之意。随着交联聚乙烯电力电缆在电力系统中应用数量的增多，其绝缘材料的安全性与可靠性对整个电力系统安全与稳定的运行具有至关重要的影响。交联聚乙烯电力电缆在运行过程中会产生电树枝老化、水树枝老化以及热电老化现象，它们都会导致空间电荷在电缆绝缘层中的聚集，致使绝缘层中局部电场发生畸变，场强大为增强，进一步导致绝缘层的老化，形成恶性循环。因此研究交联聚乙烯电缆生产过程中某些因素会否对空间电荷的特性造成影响，对从源头上防治电缆老化延长电缆使用寿命有着极其重要的现实意义。本文从交联聚乙烯电力电缆生产工艺中的两个重要因素（交联温度和交联时间）着手，采用LDPE作为基料，以DCP作为交联剂，制作出了不同交联温度和交联时间下的薄片状样品，搭建了老化试验平台与空间电荷检测试验平台，通过加速老化试验，模拟了不同交联工艺下生产的交联聚乙烯绝缘材料在长期运行后的情况，采用温差法测量了老化样品中的空间电荷的分布与电场畸变情况。为生产企业和电力公司运行管理部门提供了可供参考的科学数据。温差法数据结果显示，绝缘层中空间电荷的分布与电场的畸变都会受到交联温度与交联时间的影响利用温差法测量空间电荷，最后给出了不同交联温度和交联时间对交联聚乙烯电缆绝缘层中空间电荷特性的影响。关键词：交联聚乙烯，电力电缆，空间电荷，交联温度，交联工艺ABSTRACTInrecentyears,electricalindustryexperiencedahugeadvancewithsocialdevelopmentandtheprogressofurbanization.Powercables,especiallyXLPEcables,wereuniversallyemployedinthepowersystemthankstotheirexcellentperformanceinelectrical,mechanicalstrengthandheatresistance.WiththegrowingamountofXLPEcablesinpowersystem,theirqualityandreliabilitycountalotforthesecurityandstabilityofthesystem.Inservice,someagingphenomenawillbeobservedininsulationlayer,suchaswatertreeandelectricaltree.Allofthemwillleadtotheaccumulationofspacechargeininsulationlayer,whichwillstrengthenlocalelectricfield,acceleratingtheagingprocess.Accrodingtothereasonsabove,researchingthebehaviorofspacechargeinXLPEcablesismeaningfulforpreventingthepreagingofXLPEcables.Inthispaper,wefocusontwoimportantfactorsinthemanufacturingprocessofXLPEcables,crosslingtemperatureandcrosslinkingtime.LDPEistakenasbasematerialtomaketestingsample,withDCPworkingascrosslinkingagent.Testingsamplesaredividedbycrosslinkingtemperatureandtime.Weestablishasystemforacceleratingagingexperimentandspacechargediagnosis.TSMmethodistakentodiagnosisspacechargeintestingsamples.Finally,wefigureouttheeffectofdifferentcrosslinkingtemperatureandcrosslinkingtimeonspacechargebehaviorinXLPEinsulation,providingdataforfactoriesandpowercompany.TheresultsofTSMshowthatthedistributionofspacechargeininsulationwillbeaffectedbycrosslinkingtemperatureandtime.Finally,weconcludetheeffctofcrosslinkingtemperatureandtimeonspacechargebehaviorininsulationofXLPE.KEYWORDS：XLPE,PowerCable,SpaceCharge,Crosslinkingtemperature目录目录 目录..........................................................................................................................................3 第一章绪论....................................................................................................................................1 1.1电力电缆的分类和特点...................................................................................................1 1.2交联聚乙烯电力电缆的特性.............................................................................................3 1.3交联聚乙烯电力电缆的制造工艺....................................................................................4 1.3.1生产流程.................................................................................................................4 1.3.2交联生产工艺........................................................................................................6 1.3.3现代交联聚乙烯电缆生产线技术特点..................................................................7 1.4交联聚乙烯电力电缆生产实例介绍.................................................................................8 1.5选题背景及国内外研究现状...........................................................................................10 1.5.1选题背景...............................................................................................................10 1.5.2国内外研究现状...................................................................................................11 1.6本文的主要内容..............................................................................................................15 第二章温差法检测空间电荷基本原理.......................................................................................17 2.1交联聚乙烯电缆老化机理概述.......................................................................................17 2.2空间电荷对交联聚乙烯电力电缆老化影响..................................................................18 2.3空间电荷和电场分布情况的计算...................................................................................19 2.4本章小结.........................................................................................................................22 第三章温差法试验系统的搭建..................................................................................................23 3.1试验样品的制作以及试验前的预处理工作...................................................................23 3.2温差法检测空间电荷..............