眾所周知，套管設(shè)備的絕緣方式正在發(fā)生著重大變革，逐漸向輕量化、無(wú)油化方向不斷發(fā)展。具有良好電氣性能的干式套管逐漸有替代原有油浸紙絕緣套管的趨勢(shì)，尤其是環(huán)氧樹(shù)脂材料已被廣泛應(yīng)用于高壓套管。目前，高壓干式套管的內(nèi)絕緣大多采用環(huán)氧/紙復(fù)合材料，它由環(huán)氧樹(shù)脂和絕緣紙通過(guò)真空環(huán)氧浸漬技術(shù)復(fù)合而成。

環(huán)氧/紙復(fù)合材料屬于分層結(jié)構(gòu)，不能被看成一種非常均勻的材料，其老化規(guī)律非常復(fù)雜。因此，有必要對(duì)環(huán)氧/紙復(fù)合材料的絕緣性能和老化壽命模型進(jìn)行研究。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂及其微/納米摻雜的復(fù)合材料的絕緣性能研究較多，得到了很多結(jié)論。對(duì)于環(huán)氧樹(shù)脂及其復(fù)合材料老化性能的研究也很多。

環(huán)氧/紙復(fù)合材料的短時(shí)擊穿特性較高，有學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了研究。但是，在工作電壓和熱的長(zhǎng)期作用下，由于材料老化等原因，會(huì)造成其絕緣劣化、電場(chǎng)強(qiáng)度逐步下降并引起擊穿。在臨近最終擊穿階段，可能因劣化處溫度過(guò)高而以熱擊穿形式完成，也可能因介質(zhì)劣化后電場(chǎng)強(qiáng)度下降以電擊穿形式完成。因而，研究環(huán)氧/紙復(fù)合材料，不僅要注意其短時(shí)特性，還要注重它們?cè)陂L(zhǎng)期工作電壓下的耐壓性能。對(duì)于環(huán)氧/紙復(fù)合材料耐壓性能的研究，至今鮮見(jiàn)報(bào)道。

而對(duì)于絕緣材料壽命模型，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也進(jìn)行了大量的研究。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在絕緣老化壽命的數(shù)學(xué)模型方面，分析研究了單因子作用和多因子作用的多種壽命模型。如針對(duì)油紙絕緣基于Arrhenius模型來(lái)預(yù)測(cè)油紙絕緣的熱老化壽命；針對(duì)電纜XLPE絕緣材料進(jìn)行加速老化試驗(yàn)，研究了電、熱單獨(dú)應(yīng)力作用下的電纜壽命模型，建立了XLPE電纜電熱聯(lián)合壽命Simoni模型；針對(duì)電力電子變壓器的環(huán)氧樹(shù)脂絕緣，參考工頻電壓下的電熱聯(lián)合老化壽命模型，研究者建立了基于Weibull統(tǒng)計(jì)多應(yīng)力作用壽命模型。但對(duì)于環(huán)氧/紙復(fù)合材料壽命模型的研究同樣較少。

Weibull分布是可靠性分析和壽命檢驗(yàn)的理論基礎(chǔ)，在可靠性工程中廣泛應(yīng)用。它能很好地反映絕緣材料的耐壓強(qiáng)度以及在一定電場(chǎng)強(qiáng)度下耐壓時(shí)間的概率分布，因此，Weibull分布的統(tǒng)計(jì)規(guī)律適用于絕緣材料的耐壓強(qiáng)度分析。耐壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)常具有截尾特性，導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理時(shí)產(chǎn)生問(wèn)題。

在截尾數(shù)據(jù)的處理中，常見(jiàn)的有兩種截尾數(shù)據(jù)類型：定時(shí)截尾數(shù)據(jù)（也稱為Ⅰ型截尾數(shù)據(jù)）和定數(shù)截尾數(shù)據(jù) （也稱為Ⅱ型截尾數(shù)據(jù)）。對(duì)于完全數(shù)據(jù)和Ⅱ型截尾數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，盡管在數(shù)學(xué)和計(jì)算應(yīng)用上都比較復(fù)雜，但其統(tǒng)計(jì)理論及各種估計(jì)方法都已經(jīng)成熟，像極大似然估計(jì)（Maximum Likelihood Estimation, MLE）法、最佳線性無(wú)偏估計(jì)（Best Linear Unbiased Prediction, BLUE）法等。

本文主要對(duì)環(huán)氧/紙復(fù)合材料的長(zhǎng)期耐壓性能進(jìn)行了研究。首先，利用Matlab軟件采用蒙特卡洛方法仿真模擬了不同Weibull參數(shù)估計(jì)方法、樣品數(shù)量等對(duì)耐壓試驗(yàn)誤差的影響結(jié)果，找出最合適的統(tǒng)計(jì)方法和試驗(yàn)方法進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。然后，在不同溫度下對(duì)環(huán)氧/紙復(fù)合材料試樣進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，采用仿真得到的最合適的參數(shù)估計(jì)方法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得出了不同溫度下的材料老化速率，并建立了環(huán)氧/紙復(fù)合材料的Fallou壽命模型。

結(jié)論

本文以直流干式套管所用環(huán)氧/紙復(fù)合材料為研究對(duì)象，對(duì)其直流耐壓壽命模型的估計(jì)方法進(jìn)行了研究，得出以下結(jié)論：

1）分析了不同方法與情況下評(píng)估結(jié)果的變化規(guī)律，為試驗(yàn)選取了合理的參數(shù)，使試驗(yàn)過(guò)程得到合理優(yōu)化，保證了試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果處理的可靠性。利用蒙特卡洛方法仿真生成符合Weibull分布特征的耐壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別采用極大似然估計(jì)法、最小二乘法、加權(quán)最小二乘法和改進(jìn)極大似然估計(jì)法對(duì)隨機(jī)數(shù)進(jìn)行Weibull分布的參數(shù)估計(jì)，對(duì)比真值，對(duì)擬合結(jié)果進(jìn)行誤差分析，研究不同參數(shù)估計(jì)方法、不同樣品數(shù)量等因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響；同時(shí)，對(duì)比了無(wú)截尾耐壓試驗(yàn)和定數(shù)截尾耐壓試驗(yàn)下不同參數(shù)估計(jì)方法帶來(lái)的試驗(yàn)誤差。

研究表明，不考慮截尾的情況下，改進(jìn)極大似然估計(jì)估計(jì)算得的形狀參數(shù)很理想；而在定數(shù)截尾情況下，綜合分析樣本個(gè)數(shù)和截尾程度，加權(quán)最小二乘法得到的結(jié)果最優(yōu)。因此，在樣本個(gè)數(shù)為10且截尾程度為80%的前提下，建議選取定數(shù)截尾耐壓方法進(jìn)行試驗(yàn)，采用加權(quán)最小二乘法進(jìn)行參數(shù)估計(jì)。

2）根據(jù)選定的試驗(yàn)方法對(duì)環(huán)氧/紙?jiān)嚇舆M(jìn)行加速老化下的耐壓試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算分析，建立了環(huán)氧/紙復(fù)合材料電熱聯(lián)合老化的Fallou模型，將在后續(xù)為提高直流干式套管絕緣壽命而進(jìn)行絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。