[00114970]高压电缆热振动耦合老化特性及在提升城市电网供电可靠性中的应用

该项目属于超高压电缆输电工程领域,涉及电缆及其附件、多物理场耦合、绝缘老化及机械振动检测等多个专业,是电缆线路本质安全提升、基础理论研究与实际工程应用相结合的项目。 随着大型桥梁的建设和城市的发展,有越来越多的高压电缆线路敷设在桥梁、城市地铁通道内;电网和交通基础设施不断升级建设,输电线路的“;三跨”;问题也日趋严重,电缆线路在解决电力线路“;三跨”;问题方面具有独特优势,但也伴随着出现一系列新情况新问题。当电缆敷设在这些非传统的“;三跨”;通道、桥梁及地铁通道内时,将长期承受外界活动载荷等因素引起的机械振动,电缆本体结构层将持续受到机械振动所引起的交变应力冲击作用。故障统计数据显示,桥梁等存在较强烈的振动环境的电缆线路的故障率高于正常电缆线路17.8%/每百公里,因此提高这些振动环境下的电缆线路的运行可靠性是关键。 针对XLPE电缆在运行过程中同时承受电压-热-机械等多因素应力的共同作用,该项目以通过现场测量获取的电缆线路振动特征参数数据分析为依据,开展电缆及XLPE绝缘材料的热-振动耦合作用下的老化机理试验研究,对比分析热-振动老化条件下的XLPE绝缘的电气性能、力学性能、介电性能、微观表征等随时间变化规律。发现了热老化过程中机械振动对XLPE电缆绝缘失效机理及临界效应,构建了热-振动条件下的XLPE材料失效预测方法和模型,开发电缆线路热-振动在线监测与分析系统,在电缆线路上开展连续监测,提出了振动环境下电缆线路的可靠性及寿命评估分析工程应用方法。 项目取得的主要创新性研究成果（经湖北省科技信息研究院国内外查新未见相同的报道）如下： 创新点1基于试验测试与数据分析,揭示了高压电缆运行热老化过程中机械振动对交联聚乙烯（XLPE）电缆绝缘失效的加速特性和机械振动对电缆材料热老化过程的加速临界效应。 创新点2基于加速特性和临界效应实现了对XLPE电缆在热-振动耦合下的失效过程分析,形成了基于维纳（Wiener）过程的电缆热-振动耦合作用下的运行可靠性评价模型,形成对桥梁地铁等振动环境下运行的电缆线路基于温度和振动参数的运行可靠性评估曲线。 创新点3电缆线路热-振动在线监测与分析系统,实现了高压电缆线路振动量检测分析,给出基于电缆线路的布置方式、支架间距、垫片结构的系列防振措施,形成了多因素协同的减振效果,充分降低了传递到电缆线路上的机械振动作用。 项目共获发明专利授权18项,实用新型专利13项;制定标准9项;发表论文13篇;形成电缆热振动老化试验装置1套,电缆热振动状态在线监测系统1套,基于光纤的电缆线路温度与振动监测系统1套。项目成果填补国内外相关基础研究领域空白,推广应用于国网湖北、福建、江苏、冀北等8个网省公司12个地市供电公司,降低了由于机械振动和热应力作用而导致的电缆线路故障所引起的停电成本。项目成果实现了对桥梁、地铁等振动环境下电缆线路设计、运维及可靠性评估的指导,提升了城市电网电缆线路供电可靠性。 研究成果2021年经湖北技术交易所成果评价为整体国际领先;2020年经中国电力企业联合会组织的鉴定认为项目成果达到国际领先水平,并建议进一步推广应用。