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  • 頭條步進應(yīng)力試驗參數(shù)選取,將嚴重影響XLPE絕緣直流電壓耐受指數(shù)值
    2021-02-26 作者:楊麗君 李仲軒 等  |  來源:《電工技術(shù)學(xué)報》  |  點擊率:
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    導(dǎo)語步進應(yīng)力法作為一種高效的電壽命試驗方法,其試驗參數(shù)的選取對耐受指數(shù)n值的結(jié)果影響較大。交聯(lián)聚乙烯(XLPE)絕緣的直流電壓耐受指數(shù)n是材料的重要性能參數(shù),也是直流電纜絕緣厚度設(shè)計及出廠試驗電壓參數(shù)選取的重要依據(jù)。 輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點實驗室(重慶大學(xué))、國網(wǎng)重慶市電力公司南岸供電分公司研究人員楊麗君、李仲軒、姚人允、邊浩然、袁媛,在2019年第24期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文,提出一種步進應(yīng)力試驗的參數(shù)選取方法,為絕緣材料的步進應(yīng)力和恒定應(yīng)力電壽命試驗結(jié)果的等效性評價提供了理論支撐。試驗數(shù)據(jù)表明,通過該方法篩選的步進應(yīng)力試驗參數(shù)獲得的電壓耐受指數(shù)n值(n=12.0)與恒定應(yīng)力下的結(jié)果(n=12.2)具有較好的一致性。

    交聯(lián)聚乙烯(XLPE)直流電纜憑借其優(yōu)良的電氣絕緣水平和簡易的敷設(shè)過程獲得了快速發(fā)展。XLPE電纜絕緣在敷設(shè)和長期運行過程中,會受到電、熱、機械等各種應(yīng)力的作用,導(dǎo)致絕緣老化,降低電纜壽命,嚴重時會造成突發(fā)性擊穿事故,影響電網(wǎng)的安全運行。

    XLPE絕緣材料的電壓耐受指數(shù)是反映絕緣在長期電場作用下性能變化的重要參數(shù)之一,通常采用恒定應(yīng)力法,通過獲取不同恒定電場下的絕緣失效時間,以擬合獲得電壓耐受指數(shù)。然而,該方法具有耗時長、效率低的缺點,而且由于試驗時間跨度較大,影響材料失效的因素較多,導(dǎo)致數(shù)據(jù)分散性非常大。世界各地對XLPE的電壓耐受指數(shù)統(tǒng)計結(jié)果從9~20不等。

    通常采用加大應(yīng)力的方法加速其失效過程,將加速試驗結(jié)果外推到正常狀態(tài),采用步進應(yīng)力法等效獲取材料的電壓耐受指數(shù)。步進應(yīng)力法是目前用得比較多的求取電壓耐受指數(shù)的有效方法,該方法假設(shè)固體絕緣材料在不同電場下在累積損傷量相等情況下?lián)舸?,以一定的起始升壓電壓U0、電壓步長ΔU和各電場下的持續(xù)時間Δt作為試驗參數(shù),給試品施加逐漸遞增的電場直到擊穿失效,進一步根據(jù)試驗參數(shù)及失效時間,采用數(shù)學(xué)等效方法求取材料的電壓耐受指數(shù)。

    步進應(yīng)力試驗時間短、效率高、失效數(shù)據(jù)的分散性較小。但是,不同的試驗參數(shù)選取對獲得的電壓耐受指數(shù)結(jié)果影響較大,目前研究學(xué)者均根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置試驗參數(shù),關(guān)于參數(shù)選取與恒定應(yīng)力試驗結(jié)果等效性的試驗研究結(jié)果較少。

    輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點實驗室(重慶大學(xué))、國網(wǎng)重慶市電力公司南岸供電分公司研究人員楊麗君、李仲軒、姚人允、邊浩然、袁媛,在2019年第24期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文(論文標題為“獲取XLPE絕緣直流電壓耐受指數(shù)的步進應(yīng)力試驗參數(shù)選取方法研究”),研究XLPE絕緣在直流電場下電壓耐受指數(shù)的步進應(yīng)力求取方法,考察不同試驗參數(shù)對電壓耐受指數(shù)值的影響。針對步進應(yīng)力試驗與恒定應(yīng)力試驗等效性問題,以失效機理為等效判別依據(jù),提出基于累積損傷發(fā)展曲線的等效分析方法,并開展相關(guān)試驗進行驗證。

    圖2 步進應(yīng)力與恒定應(yīng)力等效分析

    本文分析了步進應(yīng)力試驗參數(shù)影響規(guī)律,設(shè)計不同試驗參數(shù)的步進應(yīng)力試驗驗證了分析方法。

    1)提出一種步進應(yīng)力試驗的參數(shù)選取方法,該方法以累積損傷-時間(D-t)曲線、損傷矩陣D方差與n值關(guān)系曲線S(n)及S(n)曲線的二階導(dǎo)數(shù)d2S(n)/dn2三個指標作為試驗參數(shù)選取的依據(jù)。

    2)對XLPE樣品設(shè)計了六組不同試驗參數(shù)的步進應(yīng)力試驗以求取其壽命指數(shù)n,結(jié)果表明采用本文提出的方法進行參數(shù)篩選并計算出的n值為12.0,該值與恒定應(yīng)力下得到的值n=12.2較為吻合,驗證了本文提出方法的有效性。

    3)試驗結(jié)果還表明,增加升壓步長t參數(shù)的個數(shù)及tmax/tmin值將有助于提高步進應(yīng)力試驗與恒定應(yīng)力試驗結(jié)果的等效性,但過多的t個數(shù)及過長的升壓步長將極大降低試驗效率。