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，尤其是環(huán)氧樹脂材料已被廣泛應(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)氧樹脂和絕緣紙通過真空環(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，有必要對環(huán)氧/紙復(fù)合材料的絕緣性能和老化壽命模型進行研究。目前，國內(nèi)外對環(huán)氧樹脂及其微/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。對于環(huán)氧樹脂及其復(fù)合材料老化性能的研究也很多。

環(huán)氧/紙復(fù)合材料的短時擊穿特性較高，有學(xué)者已經(jīng)進行了研究。但是，在工作電壓和熱的長期作用下，由于材料老化等原因，會造成其絕緣劣化、電場強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高而以熱擊穿形式完成，也可能因介質(zhì)劣化后電場強度下降以電擊穿形式完成。因而，研究環(huán)氧/紙復(fù)合材料，不僅要注意其短時特性，還要注重它們在長期工作電壓下的耐壓性能。對于環(huán)氧/紙復(fù)合材料耐壓性能的研究，至今鮮見報道。

而對于絕緣材料壽命模型，國內(nèi)外學(xué)者也進行了大量的研究。國內(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。如針對油紙絕緣基于Arrhenius模型來預(yù)測油紙絕緣的熱老化壽命；針對電纜XLPE絕緣材料進行加速老化試驗，研究了電、熱單獨應(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；針對電力電子變壓器的環(huán)氧樹脂絕緣，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)計多應(yīng)力作用壽命模型。但對于環(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度以及在一定電場強度下耐壓時間的概率分布，因此，Weibull分布的統(tǒng)計規(guī)律適用于絕緣材料的耐壓強度分析。耐壓試驗數(shù)據(jù)經(jīng)常具有截尾特性，導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理時產(chǎn)生問題。

在截尾數(shù)據(jù)的處理中，常見的有兩種截尾數(shù)據(jù)類型：定時截尾數(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)）。對于完全數(shù)據(jù)和Ⅱ型截尾數(shù)據(jù)來說，盡管在數(shù)學(xué)和計算應(yīng)用上都比較復(fù)雜，但其統(tǒng)計理論及各種估計方法都已經(jīng)成熟，像極大似然估計（Maximum Likelihood Estimation, MLE）法、最佳線性無偏估計（Best Linear Unbiased Prediction, BLUE）法等。

本文主要對環(huán)氧/紙復(fù)合材料的長期耐壓性能進行了研究。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)估計方法、樣品數(shù)量等對耐壓試驗誤差的影響結(jié)果，找出最合適的統(tǒng)計方法和試驗方法進行耐壓試驗。然后，在不同溫度下對環(huán)氧/紙復(fù)合材料試樣進行耐壓試驗，采用仿真得到的最合適的參數(shù)估計方法對試驗數(shù)據(jù)進行擬合，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)合材料為研究對象，對其直流耐壓壽命模型的估計方法進行了研究，得出以下結(jié)論：

1）分析了不同方法與情況下評估結(jié)果的變化規(guī)律，為試驗選取了合理的參數(shù)，使試驗過程得到合理優(yōu)化，保證了試驗數(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數(shù)據(jù)，分別采用極大似然估計法、最小二乘法、加權(quán)最小二乘法和改進極大似然估計法對隨機數(shù)進行Weibull分布的參數(shù)估計，對比真值，對擬合結(jié)果進行誤差分析，研究不同參數(shù)估計方法、不同樣品數(shù)量等因素對試驗結(jié)果影響；同時，對比了無截尾耐壓試驗和定數(shù)截尾耐壓試驗下不同參數(shù)估計方法帶來的試驗誤差。

研究表明，不考慮截尾的情況下，改進極大似然估計估計算得的形狀參數(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)截尾耐壓方法進行試驗，采用加權(quán)最小二乘法進行參數(shù)估計。

2）根據(jù)選定的試驗方法對環(huán)氧/紙試樣進行加速老化下的耐壓試驗，通過對試驗結(jié)果的計算分析，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行絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計時提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。