礦用高壓電纜絕緣故障機理及其壽命評估方法研究

《礦用高壓電纜絕緣故障機理及其壽命評估方法研究》是依託太原理工大學，由宋建成擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：礦用高壓電纜絕緣故障機理及其壽命評估方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：宋建成
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

礦用電纜故障產生的電火花是引起煤礦重特大瓦斯爆炸事故發生的主要原因之一，而電纜老化又是導致電纜故障的直接誘因。引起電纜老化的原因很多，其中礦井特殊環境條件是造成電纜老化的關鍵因素。因此，探索礦用電纜的故障機理，研究其剩餘壽命的評估方法，對防止礦井瓦斯爆炸事故的發生具有重要社會意義。因為礦井環境的特殊性，礦用電纜故障機理及剩餘壽命評估方法的研究在國內外一直少有人問津。本項目是在前期開發的礦用高壓電纜絕緣線上監測系統基礎上，建立能夠模擬礦井環境條件的多應力因子老化實驗系統，確定應力因子和老化策略，重點研究移動式礦用高壓乙丙橡膠絕緣橡套軟電纜在電、熱、機械和環境等應力聯合作用下的老化和故障機理，探索其物理化學變化和故障特徵之間的相關性，提出表征絕緣老化的特徵量和評估電纜剩餘壽命的方法，建立相應的評價指標體系。該項研究可以豐富礦用高壓電纜電介質理論，為礦用電纜絕緣的線上監測和故障診斷提供理論基礎。

結題摘要

隨著礦用高壓電纜的大範圍使用，因為煤礦井下淋水、潮濕、冒頂等特殊環境的影響，由電纜引起的電氣故障也呈逐年增長的趨勢，而且成為井下電氣故障，甚至電氣災害的主要原因之一。項目以礦用EPR電纜為研究對象，重點研究其在電、熱、機械和環境等多應力因子作用下絕緣的老化和故障機理、電氣特徵、物理特徵、化學特徵及其相互之間的關聯性，研究絕緣故障特徵量的提取和處理方法，分析不同煤礦環境條件對礦用乙丙橡膠電纜絕緣特性發展和變化的影響規律。乙丙橡膠介電模量頻譜中可以觀察到明顯的介電弛豫現象，該極化滿足DEBYE方程。乙丙橡膠的介電強度與溫度相關，下降速率約為33 (V/mm)/°C。對比分析了不同加速熱老化試驗後乙丙橡膠的介電強度和介電頻譜，發現140 °C以下的熱老化不會對乙丙橡膠的介電性能產生明顯影響。氣隙缺陷引起的乙丙橡膠內容局部放電分布、放電量、放電統計特徵與氣隙尺寸、位置、環境溫度以及外施電場強度密切相關。對不同電場情況下的沿面放電過程進行研究，有助於深入認識電場分布情況對起始放電、放電發展過程和電痕形成的影響；IEC電痕試驗可以實現乙丙橡膠的耐電痕性能評估；所選故障特徵量與模糊神經網路故障診斷相結合的方法，可以對乙丙橡膠絕緣的表面電痕腐蝕與絕緣髒污進行準確的識別分類。從多因子老化後電纜的介電頻譜和極化去極化電流中提取了表征老化程度的特徵參量，包括低頻介電常數實部和介質損耗因數、H-N模型參量、老化指數A、去極化電量。此外，發現三因子聯合老化試驗對介電頻譜和極化去極化電流的影響與雙因子老化試驗基本一致，不同主要體現在電熱雙因子老化試驗的熱老化溫度高，前期老化速率大於三因子聯合老化，後期由於絕緣層生成的硬殼阻止了氧氣的擴散，抑制了熱氧老化，使得後期雙因子聯合老化的速率低於三因子聯合老化的速率。所做研究對對理解各種條件下乙丙橡膠的性質，合理利用和改進其電氣性能，評估乙丙橡膠電纜壽命提供了理論和實驗支持。