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110 kV交联聚乙烯(XLPE)电缆在实际运行过程中受到电、热、机械和环境应力的作用下,绝缘性能发生不同程度的劣化。其中,电和热因素对电缆绝缘性能变化起到决定性作用。因此研究电缆绝缘在实际运行过程中电和热作用下劣化变化特性,对于高压电缆的状态评估有着重要的意义。本文考虑高压电缆在实际运行过程中遇到的不同运行状况条件进行展开研究,从而获取高压交联聚乙烯电缆绝缘的劣化变化特性。本文研究电缆绝缘劣化变化特性主要从绝缘的微观结构、聚集态结构和电学外特性变化入手,其中,电缆绝缘的微观结构变化可通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和空间电荷实验获得,聚集态结构变化可从差示扫描量热(DSC)和X射线衍射(XRD)测试获得,电学外特性可通过电导电流、介电谱和击穿场强测试获得。通过对电缆绝缘特性的三个方面进行分析将有效可靠提高绝缘劣化评估的准确性。为了突出高压电缆绝缘劣化变化特性,本文采用两种加速老化方式对不同运行年限的高压交联聚乙烯电缆进行处理,分别为电缆绝缘切片加速热老化试验和电缆整体电热联合加速老化试验。通过相关的理化和电学实验分析电缆绝缘在加速老化试验前后的绝缘性能变化。本文将从这两部分展开,研究在单因素热作用下和电热因素作用下对高压电缆绝缘XLPE劣化造成的影响。在高压电缆实际运行过程中,单从热因素分析可知绝缘劣化与电缆的正常工作温度90℃、故障或过负荷下过热温度和电缆的敷设环境温度变化息息相关。本文将以上三种情况作为基础,对新电缆以及运行年限分别为15年和32年电缆绝缘进行切片制成试样,进行加速热老化试验并分析其绝缘性能变化,分为以下三个小节:第一小节以85、90、95和100℃为加速热老化试验温度点,对试样进行热循环20次,对得到的热处理前后的试样进行DSC、电导电流和介电谱测试。实验结果表明各个试样的绝缘性能随着温度升高呈现先升高后减少的趋势,在95℃条件下绝缘性能得到相对较好的改善。第二小节以130℃作为加速热老化试验温度点,对XLPE-0和XLPE-30进行热循环5、10和20次,对得到的热处理前后的试样进行DSC、FTIR和击穿场强测试。实验结果表明不同运行年限电缆绝缘在应对不同过热时间下绝缘性能变化具有较大差异,备用电缆在保证绝缘良好性能前提下可承受20次的过热阶段,而实际运行32年电缆则在10次过热阶段后出现明显的热氧老化。第三小节以直埋、隧道和管道敷设方式下不同升温和降温过程作为加速热老化试验的条件,对试样进行热循环80次,对得到的热处理前后的试样进行DSC、FTIR、XRD和击穿场强测试。实验结构表明在直埋条件下各个试样的电缆绝缘性能最好,管道最差。为了更加深入探究高压电缆在实际运行过程中电热因素共同作用下对绝缘劣化变化特性的影响,本文对运行15年和32年的高压交联退役电缆进行180天的电热联合老化试验,对所获得的电缆绝缘进行切片获得内、中和外层,通过相关理化和电学实验分析电缆绝缘在加速老化前后绝缘性能变化。实验结果表明两回退役电缆绝缘各层在加速老化试验后的性能变化并不明显,仍具有长期运行的潜力。本文通过两种不同加速老化方式对运行年限不同的电缆进行绝缘劣化变化特性研究,发现电缆绝缘劣化过程受到电缆工作温度状况变化和所处的敷设环境等息息相关。劣化的变化特性在特定条件下可使得电缆绝缘状态得以改善,这将为电力运维部门提供一定参考,为延长电缆使用寿命提供依据与理论基础。此外,本文为了从电缆绝缘的外特性变化判断电缆绝缘的形态学变化,考虑到XLPE的热参数这一类外特性变化与XLPE的微观结构与聚集态结构的联系。实验结果表明不同绝缘状态下的电缆绝缘具有不同的热参数。实验结果表明,电缆的载流量主要由XLPE的热参数决定,而热参数对XLPE的形态学影响很大。其中,XLPE的分子链结构和晶体结构与XLPE热阻密切相关,FTIR的羰基指数(CI)和不饱和带指数(UBI)的理化参数以及DSC的熔融范围(Rm)的理化参数可以作为评估XLPE热阻率变化的指标。XLPE热容的变化取决于绝缘中晶体分布,DSC的结晶度(χ)和晶片层厚度(L)的理化参数可以作为评价热容变化的指标。此外,结晶峰的半高全宽ΔW,结晶速率指数(TO-TP)和交联度(G)亦可以作为热参数的指标。因此,可以提出一种新的热参数在线监测手段用于监测电缆绝缘的劣化状况,从而为电力运维部门提高一种更加准确可靠评估电缆绝缘状况的方法。