- 頭條步進應力試驗參數選取，將嚴重影響XLPE絕緣直流電壓耐受指數值2021-02-26 作者：楊麗君 李仲軒 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語步進應力法作為一種高效的電壽命試驗方法，其試驗參數的選取對耐受指數n值的結果影響較大。交聯聚乙烯（XLPE）絕緣的直流電壓耐受指數n是材料的重要性能參數，也是直流電纜絕緣厚度設計及出廠試驗電壓參數選取的重要依據。 輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室（重慶大學）、國網重慶市電力公司南岸供電分公司研究人員楊麗君、李仲軒、姚人允、邊浩然、袁媛，在2019年第24期《電工技術學報》上撰文，提出一種步進應力試驗的參數選取方法，為絕緣材料的步進應力和恒定應力電壽命試驗結果的等效性評價提供了理論支撐。試驗數據表明，通過該方法篩選的步進應力試驗參數獲得的電壓耐受指數n值（n=12.0）與恒定應力下的結果（n=12.2）具有較好的一致性。
交聯聚乙烯（XLPE）直流電纜憑借其優良的電氣絕緣水平和簡易的敷設過程獲得了快速發展。XLPE電纜絕緣在敷設和長期運行過程中，會受到電、熱、機械等各種應力的作用，導致絕緣老化，降低電纜壽命，嚴重時會造成突發性擊穿事故，影響電網的安全運行。
XLPE絕緣材料的電壓耐受指數是反映絕緣在長期電場作用下性能變化的重要參數之一，通常采用恒定應力法，通過獲取不同恒定電場下的絕緣失效時間，以擬合獲得電壓耐受指數。然而，該方法具有耗時長、效率低的缺點，而且由于試驗時間跨度較大，影響材料失效的因素較多，導致數據分散性非常大。世界各地對XLPE的電壓耐受指數統計結果從9～20不等。
通常采用加大應力的方法加速其失效過程，將加速試驗結果外推到正常狀態，采用步進應力法等效獲取材料的電壓耐受指數。步進應力法是目前用得比較多的求取電壓耐受指數的有效方法，該方法假設固體絕緣材料在不同電場下在累積損傷量相等情況下擊穿，以一定的起始升壓電壓U0、電壓步長ΔU和各電場下的持續時間Δt作為試驗參數，給試品施加逐漸遞增的電場直到擊穿失效，進一步根據試驗參數及失效時間，采用數學等效方法求取材料的電壓耐受指數。
步進應力試驗時間短、效率高、失效數據的分散性較小。但是，不同的試驗參數選取對獲得的電壓耐受指數結果影響較大，目前研究學者均根據經驗設置試驗參數，關于參數選取與恒定應力試驗結果等效性的試驗研究結果較少。
輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室（重慶大學）、國網重慶市電力公司南岸供電分公司研究人員楊麗君、李仲軒、姚人允、邊浩然、袁媛，在2019年第24期《電工技術學報》上撰文（論文標題為“獲取XLPE絕緣直流電壓耐受指數的步進應力試驗參數選取方法研究”），研究XLPE絕緣在直流電場下電壓耐受指數的步進應力求取方法，考察不同試驗參數對電壓耐受指數值的影響。針對步進應力試驗與恒定應力試驗等效性問題，以失效機理為等效判別依據，提出基于累積損傷發展曲線的等效分析方法，并開展相關試驗進行驗證。
圖2 步進應力與恒定應力等效分析本文分析了步進應力試驗參數影響規律，設計不同試驗參數的步進應力試驗驗證了分析方法。
1）提出一種步進應力試驗的參數選取方法，該方法以累積損傷-時間(D-t)曲線、損傷矩陣D方差與n值關系曲線S(n)及S(n)曲線的二階導數d2S(n)/dn2三個指標作為試驗參數選取的依據。
2）對XLPE樣品設計了六組不同試驗參數的步進應力試驗以求取其壽命指數n，結果表明采用本文提出的方法進行參數篩選并計算出的n值為12.0，該值與恒定應力下得到的值n=12.2較為吻合，驗證了本文提出方法的有效性。
3）試驗結果還表明，增加升壓步長t參數的個數及tmax/tmin值將有助于提高步進應力試驗與恒定應力試驗結果的等效性，但過多的t個數及過長的升壓步長將極大降低試驗效率。
