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矿用三元乙丙橡胶高压电缆绝缘老化机理及状态评估技术研究进展

2023-10-24


       雷志鹏,山西太原人,副教授,博士,太原理工大学电气与动力工程学院电气工程系电力系统教研室主任,煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室和矿用智能电器技术国家地方联合工程实验室副主任,《工矿自动化》杂志青年专家委员会委员,中国电机工程学会高电压专业委员会青年学组委员,中国电工技术学会第九届理事会青年工作委员会委员。研究方向为高电压与绝缘、矿用智能与新型电器。先后承担国家自然科学基金和山西省自然科学基金项目各1项,参与国家自然科学基金项目2项。获山西省科学技术进步一等奖1项、二等奖2项,教育部高等学校科学研究优秀成果技术发明二等奖1项。


研究背景

       矿用高压电缆绝缘以交联聚乙烯或三元乙丙橡胶(EPDM)为主。这些绝缘及其结构受电、热、力、环境等因素影响,老化强度存在显著差异,使得建立绝缘的寿命模型进行寿命评估十分困难。特别是在煤矿综采工作面供电系统中,绝缘受到变频电压、热、机械力、潮湿等因素的共同影响,绝缘老化机理判定与状态评估存在很大难度。



研究内容


1) 多因子作用下EPDM老化机理

       电、热、机械应力作用下EPDM老化机理如下图所示。

       在电、热、机械应力作用下,矿用高压电缆用EPDM的绝缘性能会加速劣化。热因子引起热氧反应,机械应力引发分子断裂,使EPDM中出现羰基产物和微小的孔洞、裂纹等缺陷,导致EPDM发黄、变硬、变脆,电导率升高,击穿场强降低。因此,可将羰基指数、硬度、断裂伸长率、电导率、介质损耗因数、局部放电等特征量作为评价EPDM老化的指标。


2) 矿用高压电缆绝缘在线监测方法

       电缆绝缘在线监测技术虽已日趋成熟,但是在煤矿井下仍未得到广泛推广或应用,未来绝缘电阻、介质损耗因数、局部放电和温度等在线监测技术应与煤矿特殊工况和绝缘老化机理紧密结合,探索适用于煤矿的电气设备绝缘在线监测和状态感知技术。


3) 矿用高压电缆绝缘状态评估

       随着在线监测、故障诊断和寿命评估等技术在矿用电气设备运维中逐渐应用,针对矿用高压电缆绝缘状态的分析方法正在从定期巡检向状态维修和预测性维护转变。矿用高压电缆绝缘状态评估方法多基于局部放电测量数据或相角解析图,并辅以卷积神经网络、粒子群算法、可拓理论、模糊神经网络、稀疏分解、深度森林等智能算法,实现了对电树枝、气隙、划痕、电痕、外力挤压等故障的评估。

       除单一的基于局部放电的绝缘状态评估以外,其他方法则是将多个参量进行融合,然后综合评价绝缘的状态。如基于雷达图法的矿用高压电缆安全预警方法,将局部放电量、接地电流、介质损耗、绝缘电阻、负荷水平、空气湿度等作为雷达图指标集,并引入反映优劣程度的参考样本和多源信息互补的均衡度因子,给出4级预警等级。此外,基于介电响应法和绝缘理化性能,给出了基于断裂伸长率、羰基指数、老化因子、界面极化弛豫强度、介质损耗积分饱和值等参量的矿用高压电缆用EPDM老化寿命评价方程,为进一步研究矿用高压电缆绝缘状态评估方法奠定了基础。

引用格式

雷志鹏,姜宛廷,门汝佳,等.矿用三元乙丙橡胶高压电缆绝缘老化机理及状态评估技术研究进展[J].工矿自动化,2023,49(9):167-177.

LEI Zhipeng,JIANG Wanting,MEN Rujia,et al.Research progress on insulation aging mechanism and condition evaluation Technology of mining EPDM high-voltage cables[J].Journal of Mine Automation,2023,49(9):167-177.

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