热老化对纳米SiO2改性高压直流电缆XLPE绝缘材料性能的影响

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1、工学硕士学位论文热老化对纳米SiO2改性高压直流电缆XLPE绝缘材料性能的影响李亚丰哈尔滨理工大学2018年6月国内图书分类号：TM215.1工学硕士学位论文热老化对纳米SiO2改性高压直流电缆XLPE绝缘材料性能的影响硕士研究生：李亚丰导师：张城城申请学位级别：工学硕士学科、专业：高电压与绝缘技术所在单位：电气与电子工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：TM215.1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTheEffectofThermalAgingonProperties

2、ofNano-SiO2ModifiedHighVoltageDirectCurrentCableXLPEInsulationMaterialsCandidate：LiYafengSupervisor：ZhangChengchengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：HighVoltageandInsulationTechnologyDateofOralExamination：June,2018HarbinUniversityofScienceandUniversity：Technology热老化对纳米Si

3、O2改性高压直流电缆XLPE绝缘材料性能的影响摘要与传统高压交流输电相比，高压直流输电具有线路走廊小、故障率低、传输容量大、传输距离远、可联接异步电网等优点。作为直流输电电缆主要绝缘材料，交联聚乙烯（XLPE）绝缘材料在保留聚乙烯（PE）优良电气性能的基础上还兼具更加优异的机械性能和热稳定性，因此被广泛应用于电力电网中。随着电压等级的不断升高，输配电线路对电缆绝缘材料的性能要求越来越高并且更加全面。目前解决办法之一是在XLPE基质材料中添加纳米材料以改善其电气性能。在电缆的实际运行过程中，XLPE绝缘电缆中的负载电流以及短路电流会使线芯导体发热，电缆绝缘材料在长期热、氧等因素

4、作用下会发生降解，并发生复杂的物理化学变化，热应力与其它老化因素协同作用更会加速电缆绝缘材料的劣化，严重威胁电缆的安全稳定运行。添加纳米粒子可以提高XLPE绝缘材料的直流介电性能，但关于改性后XLPE绝缘材料的耐老化性能的研究不多。因此，研究SiO2/XLPE绝缘材料的热老化性能对发展纳米改性XLPE直流电缆绝缘材料具有重要意义。本论文以高压直流电缆绝缘材料未改性XLPE和SiO2/XLPE为研究对象对其进行加速热老化实验，研究热老化对其微观结构、介电性能和机械性能的影响，对经历不同热老化时间的试样进行微观结构表征，测试项目包括扫描电镜（SEM）、红外光谱分析（FTIR）、差

5、示扫描量热（DSC）、凝胶含量。同时对XLPE绝缘材料老化后的直流击穿强度、电导率、空间电荷、相对介电常数和损耗因数等电性能以及机械性能进行测试。实验研究结果表明，经历长时间热老化后未改性XLPE和SiO2/XLPE绝缘材料均出现电导率升高、空间电荷积累加剧、直流击穿强度和机械强度下降的劣化趋势。绝缘材料宏观性能与其微观结构的变化密不可分，分子链断裂、结晶破坏和基团的产生是材料宏观性能劣化的根本原因。通过比较发现，SiO2纳米粒子在一定程度上可以提高XLPE绝缘材料的耐老化性能。-I-关键词交联聚乙烯；热老化；微观结构；电气性能；机械性能-II-TheEffectofTher

6、malAgingonPropertiesofNano-SiO2ModifiedHighVoltageDirectCurrentCableXLPEInsulationMaterialsAbstractComparedwithtraditionalhighvoltageACpowertransmission,highvoltageDCpowertransmissionhassuchadvantagesassmalllinecorridors,lowfailurerate,largetransmissioncapacityandtransmissiondistance,aswell

7、asaccessingtheasynchronousgrid.AsthemaininsulationmaterialsofDCpowertransmissioncable,crosslinkedpolyethylene(XLPE)insulationmaterialshavemoreexcellentmechanicalpropertiesandthermalstabilityonthebasisofmaintainingtheexcellentelectricalpropertiesofpolyeth