- 頭條脫氣處理對高壓直流電纜絕緣特性有何影響？南網專家發布研究成果2022-06-20 作者：羅兵、孟繁博 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語直流輸電技術國家重點實驗室（南方電網科學研究院有限責任公司）、浙江大學電氣工程學院浙江省電機系統智能控制與變流技術重點實驗室的研究人員羅兵、孟繁博、王婷婷、賈磊、陳向榮，在2021年《電工技術學報》增刊2上撰文，研究了不同脫氣時間對高壓直流電纜絕緣特性的影響。他們發現脫氣處理有利于交聯聚乙烯試樣中交聯副產物的揮發以及其絕緣性能的提高，而且可以通過最優化脫氣時間改善材料的絕緣性能，從而降低企業的生產和時間成本。
交聯聚乙烯（Cross-Linked Polyethylene, XLPE）以其優越的電氣、熱與力學性能而廣泛應用于電力電纜絕緣。近20多年來，隨著XLPE電纜絕緣材料技術的不斷突破和柔性直流輸電技術的持續進步，XLPE直流電纜的電壓等級不斷提高。
其中，ABB與Nexans公司先后完成了525kV XLPE直流電纜的研發；2017年，NKT公司將XLPE直流電纜的電壓等級進一步提高到640kV；國內寧波東方、中天科技和江蘇亨通等企業也開展了500kV XLPE直流電纜的研發工作，并取得了一定突破性進展。
目前，高壓直流電纜的設計主要是參照了交流電纜的設計原則，同時為了保證電纜的可靠運行，通常會選擇相對保守的絕緣厚度和脫氣工藝設計原則，其中電纜的脫氣工藝還主要停留在經驗上，目前沒有明確的規定和標準。對于500kV高壓直流電纜，長達幾十天的脫氣時間，大幅度增加了企業的生產成本，延長了電纜的投運時間，而脫氣過程中絕緣介質的電氣性能是否得到了有效改善尚不明確。
目前，通常采用過氧化二異丙苯（Dicumyl Peroxide, DCP）作為XLPE的交聯劑，在交聯的過程中，DCP受熱分解生成苯乙酮、枯基醇和◆-甲基苯乙烯等多種副產物，這些交聯副產物中含有的極性分子，易導致材料內部空間電荷積聚，引起電場畸變，加速電纜的老化進程，嚴重時會造成局部放電，甚至絕緣的擊穿。
目前，國內在高壓直流電纜的研發方面，主要是采用進口的超純XLPE電纜料，而現有的研究中，關于該類電纜的生產以及投運后的絕緣性能變化的研究并不多，介電特性變化也并不明確。因此，開展超純電纜絕緣特性的研究，掌握其在直流擊穿、電導以及空間電荷等方面相關的絕緣性能參數，充分認知現有超純材料的參數特征，對國產XLPE高壓直流電纜的研發和工程應用具有重要的理論意義和工程價值，也可以為國產化超純高壓直流電纜料的研發提供一些數據參考。
南方電網科學研究院等單位的研究人員基于進口的超純XLPE高壓直流電纜料，利用熱壓法制備了不同脫氣時間處理的XLPE試樣，對這些試樣進行了電導和擊穿實驗，研究了不同脫氣時間下XLPE試樣的電氣特性；利用空間電荷測量系統研究試樣內部電荷的分布特性；利用X射線衍射（X-Ray Diffraction, XRD）儀，研究了不同脫氣時間下XLPE試樣的結晶特性，以期為國產500kV XLPE高壓直流電纜的研發提供重要的基礎數據和理論支持。
他們最后得到以下研究結論：
1）脫氣處理有助于XLPE內部交聯副產物的揮發，提高材料的絕緣特性。在脫氣36h內，XLPE的電流密度、擊穿強度和材料結晶特性都得到持續的改善，但是脫氣90h，絕緣特性有所下降。實驗結果表明，XLPE長時間的脫氣，并不會持續改善其絕緣性能，脫氣存在極值時間。
2）脫氣處理的前期，大分子鏈受熱場的影響，活性增加，促進了無定型區域分子鏈有序折疊，增加了試樣的結晶度，改善了絕緣性能，但分子鏈的移動，會產生新的空穴，有利于載流子的注入，易產生電場強度畸變。
3）脫氣處理的后期，XLPE的電氣特性和材料結晶特性出現了下降，但是擊穿特性的形狀參數在脫氣的過程中持續增加，這說明熱場可能破壞了缺陷區域的晶體或其他分子，促進了雜質的再發揮，進一步凈化了材料，使得絕緣的穩定性得到了提高。
本文編自2021年《電工技術學報》增刊2，論文標題為“脫氣處理對高壓直流電纜絕緣特性的影響”，作者為羅兵、孟繁博 等。
