【摘 要】
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三元乙丙橡胶（EPDM）是高压直流电缆附件绝缘的主选材料,在运行工况下其绝缘特性至关重要。高压直流电缆附件EPDM绝缘在实际运行中承受着直流叠加谐波复合电压与温度梯度场的共同作用,在其绝缘缺陷处易引发电树枝劣化,导致的绝缘击穿问题严重影响电缆输电系统的安全稳定运行。本文模拟实际电缆运行环境,针对EPDM在直流叠加谐波电压与温度梯度场下的电荷输运、陷阱分布及其所产生的电树枝劣化问题开展研究,主要工作
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三元乙丙橡胶（EPDM）是高压直流电缆附件绝缘的主选材料,在运行工况下其绝缘特性至关重要。高压直流电缆附件EPDM绝缘在实际运行中承受着直流叠加谐波复合电压与温度梯度场的共同作用,在其绝缘缺陷处易引发电树枝劣化,导致的绝缘击穿问题严重影响电缆输电系统的安全稳定运行。本文模拟实际电缆运行环境,针对EPDM在直流叠加谐波电压与温度梯度场下的电荷输运、陷阱分布及其所产生的电树枝劣化问题开展研究,主要工作和结论如下:（1）基于高压直流电缆附件实际运行工况,模拟影响直流输电系统电能质量的谐波分量,搭建了直流叠加谐波复合电压产生装置;模拟由负荷电流在电缆附件中产生的温度梯度,搭建了由温度控制单元组成的温度梯度产生系统。搭建了由针-板电极组成的电树枝劣化测试平台及电树枝成像系统,实现了基于复合电压和温度梯度调控一体化的EPDM电树枝生长过程实时观测的测试平台。（2）基于直流叠加谐波复合电压下EPDM电树枝劣化测试结果,发现直流叠加谐波电压在提升施加电场强度的同时还会引起针电极附近电场的周期性变化并导致电荷的注入、抽出与复合过程,进而加速电树枝引发与生长;当谐波电压幅值增加时,针电极附近电场具有更大的变化幅度并导致更多电荷的注入、抽出及局部放电过程,进而加速电树枝的引发与生长;当谐波次数增加时,绝缘内部会发生更为频繁的电荷注入、抽出过程并使放电概率增加,进而对绝缘造成更严重的电树枝劣化。发现不同极性载流子在电场下输运行为的差异导致电树枝在引发与生长阶段呈现出显著的极性效应。（3）基于温度梯度与直流叠加谐波电压下的EPDM电树枝劣化实验,并结合EPDM电导率与陷阱能级分布测试结果,发现温度梯度会改变EPDM的介电性能并改变其载流子的输运行为进而影响电树枝生长特性。当针电极温度较高时,电树枝具有横向生长趋势,正温度梯度会促使针电极附近区域放电概率的增加以及同极性空间电荷层的积聚进而促使电树枝沿垂直于针板-电极的方向生长;当地电极温度较高时,电树枝具有纵向生长趋势,负温度梯度会促使地电极附近区域放电概率的增加以及同极性空间电荷层的消散进而促进电树枝向地电极方向生长。发现温度梯度作用下,电树枝在引发阶段出现空腔结构的树枝通道,在生长阶段具有反向生长的趋势。
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