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交聯(lián)聚乙烯（Cross-Linked Polyethylene, XLPE）以其優(yōu)越的電氣、熱與力學(xué)性能而廣泛應(yīng)用于電力電纜絕緣。近20多年來(lái)，隨著XLPE電纜絕緣材料技術(shù)的不斷突破和柔性直流輸電技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，XLPE直流電纜的電壓等級(jí)不斷提高。

其中，ABB與Nexans公司先后完成了525kV XLPE直流電纜的研發(fā)；2017年，NKT公司將XLPE直流電纜的電壓等級(jí)進(jìn)一步提高到640kV；國(guó)內(nèi)寧波東方、中天科技和江蘇亨通等企業(yè)也開(kāi)展了500kV XLPE直流電纜的研發(fā)工作，并取得了一定突破性進(jìn)展。

目前，高壓直流電纜的設(shè)計(jì)主要是參照了交流電纜的設(shè)計(jì)原則，同時(shí)為了保證電纜的可靠運(yùn)行，通常會(huì)選擇相對(duì)保守的絕緣厚度和脫氣工藝設(shè)計(jì)原則，其中電纜的脫氣工藝還主要停留在經(jīng)驗(yàn)上，目前沒(méi)有明確的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于500kV高壓直流電纜，長(zhǎng)達(dá)幾十天的脫氣時(shí)間，大幅度增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)了電纜的投運(yùn)時(shí)間，而脫氣過(guò)程中絕緣介質(zhì)的電氣性能是否得到了有效改善尚不明確。

目前，通常采用過(guò)氧化二異丙苯（Dicumyl Peroxide, DCP）作為XLPE的交聯(lián)劑，在交聯(lián)的過(guò)程中，DCP受熱分解生成苯乙酮、枯基醇和◆-甲基苯乙烯等多種副產(chǎn)物，這些交聯(lián)副產(chǎn)物中含有的極性分子，易導(dǎo)致材料內(nèi)部空間電荷積聚，引起電場(chǎng)畸變，加速電纜的老化進(jìn)程，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成局部放電，甚至絕緣的擊穿。

目前，國(guó)內(nèi)在高壓直流電纜的研發(fā)方面，主要是采用進(jìn)口的超純XLPE電纜料，而現(xiàn)有的研究中，關(guān)于該類電纜的生產(chǎn)以及投運(yùn)后的絕緣性能變化的研究并不多，介電特性變化也并不明確。因此，開(kāi)展超純電纜絕緣特性的研究，掌握其在直流擊穿、電導(dǎo)以及空間電荷等方面相關(guān)的絕緣性能參數(shù)，充分認(rèn)知現(xiàn)有超純材料的參數(shù)特征，對(duì)國(guó)產(chǎn)XLPE高壓直流電纜的研發(fā)和工程應(yīng)用具有重要的理論意義和工程價(jià)值，也可以為國(guó)產(chǎn)化超純高壓直流電纜料的研發(fā)提供一些數(shù)據(jù)參考。

南方電網(wǎng)科學(xué)研究院等單位的研究人員基于進(jìn)口的超純XLPE高壓直流電纜料，利用熱壓法制備了不同脫氣時(shí)間處理的XLPE試樣，對(duì)這些試樣進(jìn)行了電導(dǎo)和擊穿實(shí)驗(yàn)，研究了不同脫氣時(shí)間下XLPE試樣的電氣特性；利用空間電荷測(cè)量系統(tǒng)研究試樣內(nèi)部電荷的分布特性；利用X射線衍射（X-Ray Diffraction, XRD）儀，研究了不同脫氣時(shí)間下XLPE試樣的結(jié)晶特性，以期為國(guó)產(chǎn)500kV XLPE高壓直流電纜的研發(fā)提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支持。

他們最后得到以下研究結(jié)論：

1）脫氣處理有助于XLPE內(nèi)部交聯(lián)副產(chǎn)物的揮發(fā)，提高材料的絕緣特性。在脫氣36h內(nèi)，XLPE的電流密度、擊穿強(qiáng)度和材料結(jié)晶特性都得到持續(xù)的改善，但是脫氣90h，絕緣特性有所下降。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，XLPE長(zhǎng)時(shí)間的脫氣，并不會(huì)持續(xù)改善其絕緣性能，脫氣存在極值時(shí)間。

2）脫氣處理的前期，大分子鏈?zhǔn)軣釄?chǎng)的影響，活性增加，促進(jìn)了無(wú)定型區(qū)域分子鏈有序折疊，增加了試樣的結(jié)晶度，改善了絕緣性能，但分子鏈的移動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生新的空穴，有利于載流子的注入，易產(chǎn)生電場(chǎng)強(qiáng)度畸變。

3）脫氣處理的后期，XLPE的電氣特性和材料結(jié)晶特性出現(xiàn)了下降，但是擊穿特性的形狀參數(shù)在脫氣的過(guò)程中持續(xù)增加，這說(shuō)明熱場(chǎng)可能破壞了缺陷區(qū)域的晶體或其他分子，促進(jìn)了雜質(zhì)的再發(fā)揮，進(jìn)一步凈化了材料，使得絕緣的穩(wěn)定性得到了提高。

本文編自2021年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊2，論文標(biāo)題為“脫氣處理對(duì)高壓直流電纜絕緣特性的影響”，作者為羅兵、孟繁博 等。