不同热老化温度下高压电缆绝缘特性及失效机理.pdfVIP

2024年1月电工技术学报Vol.39No.1

第39卷第1期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYJan.2024

DOI:10.19595/ki.1000-6753.tces.230772

不同热老化温度下高压电缆绝缘特性及

失效机理

11222

段玉兵韩明明王兆琛兰锐李国倡

（1.国网山东省电力公司电力科学研究院济南250002

2.山东省高压绝缘系统与先进电工材料工程研究中心（青岛科技大学先进电工材料研究院）

青岛266042）

摘要高压电缆的运行温度是影响其绝缘性能的关键因素。该文通过对交联聚乙烯（XLPE）

开展不同温度下的加速热老化实验，对比了XLPE微观理化性能和宏观电学性能的变化规律。同

时，在微观层面模拟了XLPE分子在不同温度下自由体积与均方位移的变化规律，在宏观层面结

合XLPE的介电性能分析了高压电缆内部温度场的变化规律，进而揭示了高温下高压电缆的绝缘

失效机理。研究结果表明，随着老化温度的升高，XLPE分子的劣化程度加快，羰基、碳碳双键等

官能团含量增大；介质损耗因数与介电常数逐渐增加，甚至出现了突增的现象；结晶区结构的被

破坏加快了击穿场强的下降；分子运动加剧，自由体积率从12.53%增大至14.07%。老化后介电

性能的下降会导致电缆内部温度升高，从而对电缆的热老化起到了正反馈作用。

关键词：高压电缆热老化交联聚乙烯仿真分析

中图分类号：TM852

0引言起始电压是由于老化过程中的重结晶现象引起的。

文献[17]针对电缆发热问题，研究了不同电压等级

交联聚乙烯（Cross-LinkedPolyethylene,XLPE）

下绝缘层中的电场分布，结果表明电压等级的提升

高压电缆凭借其优异的电学性能与理化性能广泛应

用于高压输电工程[1-4]。随着电力消费和电力生产需导致绝缘层中的介电常数与介质损耗逐渐增大。早

在1930年，V.M.Montsinger[18]证实了高压电缆的

求的增长，以及高压电缆电压等级和载流量的提升，

电缆线芯的温度不断升高[5-7]，由此引发的高温热老运行温度每升高8～10℃，电缆的使用寿命就缩短

一半。高压电缆在运行过程中温度的变化并不稳定，

化问题不容小觑。

尤其是在发生短路故障时，导体的温度可高达

高压电缆的热老化问题是影响电缆安全运行的

关键因素之一[8-10]。目前，对于高压电缆热老化问题250℃。在前期的研究中[19]，仅探究了XLPE电缆

绝缘的寿命变化，并未分析不同热老化温度下

的研究相对广泛，主要包括老化前后微观形貌变化、

结晶度改变、介电性能对比等[11-13]。文献[14]通过对XLPE性能的变化，尤其是涉及寿命失效点之后的

对比研究。同时不同老化温度引起的电缆绝缘性能

XLPE进行加速热老化实验，研究发现了XLPE的

尚不完全清楚，高温下的电缆绝缘