摘要
交联聚乙烯(XLPE)电缆的水树老化是导致其绝缘水平下降和运行寿命减少的主要原因。为了确保XLPE电缆能够安全可靠地长期工作，防止大规模断电情况发生，分析XLPE电缆水树枝的老化机理、判断其水树老化程度、掌握水树枝引发规律、探究水树生长特性显得非常重要。 本文为了探究不同条件下XLPE电缆水树枝生长特性，选用不同离子、不同浓度、不同酸碱环境以及不同气压环境对XLPE电缆进行水树老化，基于水针电极法搭建了不同条件下电缆的水树老化平台并进行了老化。为了判断XLPE电缆水树老化程度，本文从宏观介电性能测试与微观形貌检测相结合的角度，分析了XLPE电缆在不同条件下水树枝的生长特性。 宏观测试方面，使用极化-去极化电流法(PDC)对不同条件下老化后的电缆进行了测试，并依据PDC测试结果计算了电缆的直流电导率、0.1Hz介质损耗因数及老化因子等介电性能参数。微观检测方面，使用光学显微镜观测、扫描电子显微镜(SEM)观测以及红外光谱(FTIR)对电缆片状试样进行检测，通过计算水树生长体积以及水树通道微孔面积定量分析了电缆内部水树枝生长情况。依据FTIR测试结果计算出含水指数来判断电缆的水树老化程度，并通过与水树体积进行拟合验证了其准确性。 对不同离子溶液老化后的电缆进行宏观微观测试，发现Na+和K+会促进电缆水树生长，而Cu2+和Al3+会抑制电缆水树生长;对不同浓度溶液老化后的电缆进行宏观微观测试，发现随着溶液浓度的增加，电缆水树老化程度呈现先增大后减小的趋势，且溶液浓度约为2.223mol/L时，水树老化最严重;对不同酸碱环境老化后的电缆进行宏观微观测试，发现与中性环境相比，酸性和碱性环境都会促进水树生长，酸性条件下生长的水树枝要比碱性条件下生长的体积更大、染色更深;对不同气压环境老化后的电缆进行宏观微观测试，发现在老化初期，气压条件对电缆水树老化的促进作用很小，到了老化中期，随着气压的升高，电缆水树老化程度也随之升高。将不同条件下老化后电缆的宏观测试结果与微观测试结果相结合，得到了使用直流电导率、0.1Hz介质损耗因数及老化因子对XLPE电缆内部水树密度的预测模型，实现了对不同条件下老化后电缆水树老化程度的无损检测。
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