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交聯(lián)聚乙烯（XLPE）直流電纜憑借其優(yōu)良的電氣絕緣水平和簡(jiǎn)易的敷設(shè)過程獲得了快速發(fā)展。XLPE電纜絕緣在敷設(shè)和長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，會(huì)受到電、熱、機(jī)械等各種應(yīng)力的作用，導(dǎo)致絕緣老化，降低電纜壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成突發(fā)性擊穿事故，影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

XLPE絕緣材料的電壓耐受指數(shù)是反映絕緣在長(zhǎng)期電場(chǎng)作用下性能變化的重要參數(shù)之一，通常采用恒定應(yīng)力法，通過獲取不同恒定電場(chǎng)下的絕緣失效時(shí)間，以擬合獲得電壓耐受指數(shù)。然而，該方法具有耗時(shí)長(zhǎng)、效率低的缺點(diǎn)，而且由于試驗(yàn)時(shí)間跨度較大，影響材料失效的因素較多，導(dǎo)致數(shù)據(jù)分散性非常大。世界各地對(duì)XLPE的電壓耐受指數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果從9～20不等。

通常采用加大應(yīng)力的方法加速其失效過程，將加速試驗(yàn)結(jié)果外推到正常狀態(tài)，采用步進(jìn)應(yīng)力法等效獲取材料的電壓耐受指數(shù)。步進(jìn)應(yīng)力法是目前用得比較多的求取電壓耐受指數(shù)的有效方法，該方法假設(shè)固體絕緣材料在不同電場(chǎng)下在累積損傷量相等情況下?lián)舸?，以一定的起始升壓電壓U0、電壓步長(zhǎng)ΔU和各電場(chǎng)下的持續(xù)時(shí)間Δt作為試驗(yàn)參數(shù)，給試品施加逐漸遞增的電場(chǎng)直到擊穿失效，進(jìn)一步根據(jù)試驗(yàn)參數(shù)及失效時(shí)間，采用數(shù)學(xué)等效方法求取材料的電壓耐受指數(shù)。

步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)時(shí)間短、效率高、失效數(shù)據(jù)的分散性較小。但是，不同的試驗(yàn)參數(shù)選取對(duì)獲得的電壓耐受指數(shù)結(jié)果影響較大，目前研究學(xué)者均根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)，關(guān)于參數(shù)選取與恒定應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果等效性的試驗(yàn)研究結(jié)果較少。

輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（重慶大學(xué)）、國(guó)網(wǎng)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(shù)學(xué)報(bào)》上撰文（論文標(biāo)題為“獲取XLPE絕緣直流電壓耐受指數(shù)的步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)參數(shù)選取方法研究”），研究XLPE絕緣在直流電場(chǎng)下電壓耐受指數(shù)的步進(jìn)應(yīng)力求取方法，考察不同試驗(yàn)參數(shù)對(duì)電壓耐受指數(shù)值的影響。針對(duì)步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)與恒定應(yīng)力試驗(yàn)等效性問題，以失效機(jī)理為等效判別依據(jù)，提出基于累積損傷發(fā)展曲線的等效分析方法，并開展相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

圖2 步進(jìn)應(yīng)力與恒定應(yīng)力等效分析

本文分析了步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)參數(shù)影響規(guī)律，設(shè)計(jì)不同試驗(yàn)參數(shù)的步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)驗(yàn)證了分析方法。

1）提出一種步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)的參數(shù)選取方法，該方法以累積損傷-時(shí)間(D-t)曲線、損傷矩陣D方差與n值關(guān)系曲線S(n)及S(n)曲線的二階導(dǎo)數(shù)d2S(n)/dn2三個(gè)指標(biāo)作為試驗(yàn)參數(shù)選取的依據(jù)。

2）對(duì)XLPE樣品設(shè)計(jì)了六組不同試驗(yàn)參數(shù)的步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)以求取其壽命指數(shù)n，結(jié)果表明采用本文提出的方法進(jìn)行參數(shù)篩選并計(jì)算出的n值為12.0，該值與恒定應(yīng)力下得到的值n=12.2較為吻合，驗(yàn)證了本文提出方法的有效性。

3）試驗(yàn)結(jié)果還表明，增加升壓步長(zhǎng)t參數(shù)的個(gè)數(shù)及tmax/tmin值將有助于提高步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)與恒定應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果的等效性，但過多的t個(gè)數(shù)及過長(zhǎng)的升壓步長(zhǎng)將極大降低試驗(yàn)效率。