交聯聚乙烯電纜老化、診斷及修復研究進展

張 成，李洪飛，楊延濱，王衛東，任成燕，黃興溢，江平開

（1.國網北京市電力公司電纜分公司，北京 100022；2.上海交通大學 上海市電氣絕緣與熱老化重點實驗室，上海 200240；3.中國科學院電工研究所 中國科學院電力電子與電氣驅動重點實驗室，北京 100190）

0 引言

電力電纜起到傳輸和分配電能的作用，在國民生產生活中扮演著重要角色，日益增加的用電需求對電力電纜的傳動性和安全性提出了更高的要求[1-2]。電纜的使用年限一般為30年，但是在電纜的實際生產及運行中，受電、熱、機械應力等因素的影響，不可避免會產生缺陷或結構性破壞，降低電纜的絕緣性能。其中，電纜的絕緣老化是影響其安全性能的主要因素，常見的電纜絕緣層材料有聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、酚醛樹脂、聚酰亞胺（PI）、聚乙烯（PE）、交聯聚乙烯（XLPE）以及硅橡膠等[3]。絕緣材料的老化會誘發電擊穿甚至停電故障，對安全生產和人身安全造成威脅，因此研究電纜絕緣的老化問題具有極大的現實意義。本文歸納總結了近幾十年來國內外對電纜絕緣老化的研究工作，從電纜絕緣的老化機理和老化方式、狀態監測技術的發展以及預防措施和修復方法等方面出發，對電纜絕緣老化及其研究進展進行論述。

1 電纜絕緣的老化機理和老化方式

電力電纜具有悠久的發展史，我國在20世紀60年代已經使用XLPE作為電纜的絕緣材料。XLPE電纜具有成本低和傳輸容量大的特點，作為我國電力電纜的主要類型，其長期穩定的工作關系到整個電力系統的安全運行。電纜在運行過程中，受各種因素的作用，絕緣材料會發生化學組成和結構的變化，物理性能（如硬度、顏色、強度等）降低，這種不可逆的變化統稱為老化，絕緣老化是影響電力電纜使用壽命的主要因素之一。國內外大量研究表明，XLPE電纜絕緣老化是在多種因素共同影響下發生的，這些因素包括溫度、電、水、輻照及應力作用等。此外，近些年的研究表明，空間電荷的產生和分布情況對電纜絕緣的老化具有重要影響[4]。

空間電荷是存在于絕緣體或半導體的局部區域、異質相間和電極-介質面處的電荷被絕緣缺陷俘獲形成的。空間電荷在電纜中積累、轉移和消失，會導致電介質內部的電場發生畸變，影響絕緣材料的導電性，進而誘發擊穿等現象；此外，空間電荷的積累還會加速電纜絕緣的老化。早期對電纜絕緣老化的研究多側重于單一影響因素下的老化特性，近些年的研究表明，電纜絕緣的老化是一個復雜的過程，是多種因素共同作用的結果[5-6]。因此，需要開展電纜絕緣的聯合老化試驗，綜合考慮電、熱、濕度、空間電荷等影響因素，研究電纜絕緣老化的動態特性和作用機制，明確電纜絕緣的老化機理，實現對電纜絕緣的安全監控和評估。

1.1 影響電纜絕緣老化的因素

按照老化方式的不同，電纜絕緣的老化可以分為熱老化、水樹老化、電樹老化和其他老化等。研究電纜絕緣的老化機理和影響因素以及絕緣老化與空間電荷分布的特性關系，有助于電纜絕緣的防護和使用壽命的延長，對于保證電力系統的安全運行意義重大。

1.1.1 熱老化

故障特征值是故障診斷的核心內容,它提取的好與壞將直接對故障診斷的可靠性和有效性產生影響。故障特征值的提取過程就是將電路中的波形信號轉化成數字信號,即信號的處理過程。時域分析法與頻域分析法是目前最為常見的信號處理方法[13]。時域分析法原理簡單,但是操作和實現困難,所以在這里采用實用性更高的頻域分析法。利用快速傅里葉變換(FFT)把時域里的波形變化到頻域中來,利用其頻譜特性進行更深入的分析。

MOOC在國內的落地生根與持續發展，必須與國內政策與法律環境相適應，必須與國內用戶的實際需求相契合。由已有研究內容可知，國內圖書館界主要側重介紹國外圖書館參與MOOC的理論成果與實踐經驗，而基于國內文化及教育管理體制、知識產權法律法規、用戶群體分布、圖書館人才儲備及技術力量等實際，探討MOOC環境下國內圖書館功能重構與機構重組，探討國內圖書館在MOOC課程制作、MOOC資源標引與描述、MOOC資源整合與檢索、MOOC資源宣傳與推介、MOOC學習輔導、MOOC質量評價、MOOC教學效果評估等方面及環節中本土化的理論研究還很少，也少有圖書館做出相應的本土化嘗試。

熱老化是影響電纜絕緣使用壽命的主要因素之一。高壓傳輸電纜的工作電壓可達250 kV，工作溫度能夠達到90℃，而當線路發生短路等故障時，電纜絕緣的工作溫度會在短時間內急劇升高，最高溫度甚至能夠達到250℃。電纜絕緣長期在高溫環境中工作，一方面會發生氧化分解和熱降解，使絕緣材料的分子量降低；另一方面，高溫會加快化學反應速率，加速絕緣材料性能的劣化，導致XLPE絕緣性能的下降和壽命的縮短。此外，溫度的變化可能會使XLPE的結晶相和無定形相相互轉化，導致在兩相的界面處產生缺陷，對XLPE絕緣的老化性能也有一定的影響。電纜絕緣的熱老化包括聚合物的熱降解和熱氧降解過程，盡管兩個反應過程同時發生，但在不同的溫度下，起主導作用的反應不同。

熱降解的實質是C-C或C-H鍵斷裂生成自由基，自由基通過鏈轉移傳遞，經端基耦合使反應終止。熱氧降解是指在熱和氧氣的條件下，聚合物發生氧化反應并導致聚合物中含氧官能團（羰基、羧基、過氧化物基團等）含量增加，進而引發聚合物的降解反應。在分子鏈的斷裂過程中，氧原子結合到聚合物主鏈中生成羰基，可以通過羰基指數的測量對聚合物的熱氧化程度進行評估。

早期關于電纜絕緣熱老化的研究多采用單因子老化試驗的方法，包括對電纜進行電或熱處理。XLPE是一種結晶聚合物，老化試驗溫度通常選擇在其熔融溫度（Tm）之下（100℃）和之上（160℃）。李歡等[7-8]對XLPE電纜絕緣在100℃和160℃進行加速熱老化實驗，研究老化溫度對XLPE絕緣材料熱性能、電性能和力學性能的影響。結果表明，在XLPE的老化初期，老化溫度較低時，有利于結晶的完善，抗氧劑的存在抑制了老化反應，絕緣的性能有所提升；當抗氧劑消耗完畢后，在100℃熱老化條件下，球晶結構無明顯破壞，結晶的存在阻礙了氧氣的進入，此時老化降解主要發生在無定形區；而在160℃熱老化條件下，高溫加快了氧化反應速率，結晶區遭到嚴重破壞，導致試樣比100℃熱老化試樣的熱性能和力學性能劣化更快。徐俊等[9]研究了XLPE電纜熱老化過程中絕緣材料理化結構的變化規律，對比了不同老化程度的絕緣材料在熱裂解活化能、結晶形態和分子結構上的差異。結果表明，隨著老化程度的加深，聚合物中羰基含量逐漸增加，在熱老化裂解的同時也發生了后交聯反應，低溫熱老化條件下以后交聯作用為主，而高溫熱老化則促進了電纜絕緣材料的熱裂解。除老化溫度外，老化時間也是影響電纜絕緣性能的重要因素。SUO Changyou等[10]研究了老化時間與XLPE電纜絕緣導電率、電氣相關系數、羰基含量及形貌的關系。結果表明，老化初期，絕緣材料的性能變化不大，隨著老化時間的延長，結晶被破壞，電子的束縛作用減弱，導電率升高，電氣相關系數下降明顯，羰基含量快速增加，通過掃描電鏡可以明顯觀察到XLPE微觀形貌的破壞和材料的劣化。

目前，國內外研究已經普遍認可空間電荷是誘發電纜絕緣導電、擊穿、老化等現象的主要因素之一[37]。隨著制造技術的進步，空間電荷作用引發電樹枝的形成和生長已經替代微孔作用成為影響電纜絕緣老化性能的主要因素[38]。空間電荷對電纜絕緣性能的影響是多方面的，空間電荷聚集導致局部電場畸變，加速聚合物分子鏈的斷裂，產生缺陷并引發電樹現象；此外，在電荷的注入和抽出、入陷和脫陷過程中伴隨能量的轉移和釋放，難免對電纜絕緣的微觀結構造成破壞；電荷入陷時存儲的電機械能在脫陷時被釋放，會造成絕緣擊穿。空間電荷對電纜絕緣老化的機理主要有4種理論：電荷的注入和抽出理論、熱電子理論、光降解理論和空間電荷效應理論。

水樹老化是電纜絕緣失效的另一主要因素，在潮濕的環境中，水分聚集在電纜絕緣的微觀缺陷處，在長期的電場作用下，絕緣內部形成水樹枝（如圖1所示）[11]。在電纜的安裝、敷設和運行環節中，絕緣內部不可避免地會出現一些納米級通道，這些通道為水樹的形成提供了條件。一旦水樹形成，這些相互獨立的空洞將連通，會對電纜絕緣材料造成永久性損傷，導致電纜絕緣擊穿電壓顯著下降，進而導致絕緣擊穿，這不僅會誘發停電事故，還會對人身安全造成威脅。

圖1 水樹的掃描電鏡圖Fig.1 SEM images of water tree

目前的研究將水樹的生長機理歸為4類：電機械理論、擴散理論、電化學氧化理論和條件依靠理論。

考慮到故障診斷和傳感器重新設置，大多數事故車維修廠愿意把車送到汽車經銷商的維修店。目前維修廠在車輛診斷培訓和設備采購方面的投資有所增加，但總的來說，對非鈑金、噴漆方面的維修工作，例如機電維修、四輪定位以及電器維修等，大多數事故車維修廠都使用合同承包方式，由合作方完成。

（1）電機械理論：XLPE分子鏈在交變電場的作用下承受電機械應力并產生周期性應力疲勞，從而發生疲勞斷裂，導致水樹的引發和生長。

（2）擴散理論：水樹區域往往出現親水性物質，這些親水性物質在電場作用下的擴散是水樹不斷生長的主要原因。

（3）電化學氧化理論：在電場作用下，絕緣材料與水、水溶氧發生氧化還原反應，生成親水性的極性基團（如醛基、酮基、酯基、羧基等），導致了水樹的生長。

（4）條件依靠理論：不同環境下水樹的形成和生長需要根據不同的老化條件來分析，這個過程是集電機械、電擴散和電化學氧化反應等形成的復雜過程。

水樹的產生和發展是多種因素綜合作用的結果，其主導因素由電纜所處的具體運行環境決定。一般認為，電機械理論適用于分析運行環境中水樹的形成，而電化學理論則適用于分析實驗室加速老化實驗中水樹的形成。

XLPE絕緣層的電阻是判斷其老化狀況的基本參數。當電纜絕緣發生老化后，材料出現集中性導電通道，導致絕緣電阻顯著降低和傳導電流大幅增加，而暫態的吸收電流會迅速衰減，通過這些數據的變化可以判斷電纜絕緣的老化情況。

1.1.3 電樹老化

近年來，隨著我國核電站數量的增加，核電站用電纜絕緣的老化問題逐漸引起了人們的關注。尤其是秦山、大亞灣核電站等已經投入運行多年，面臨著安全殼內、外電纜老化的問題，研究核級電纜絕緣的老化問題關系到核電站的安全運行和居民的人身財產安全，意義重大。核級電纜絕緣的老化除受熱氧作用外，輻照作用也是促進電纜絕緣老化的重要因素。L F LEONARD等[36]研究了XLPE電纜絕緣在熱和輻照同時作用下的老化行為，結果表明，在較高輻射劑量的照射下，電纜絕緣的密度隨著老化時間的延長呈線性增長，而在較低輻射劑量的照射下，未觀察到相似的情況；此外，高溫（115℃）、輻照（450 Gy/h）條件下，電纜絕緣的氧化誘導時間大幅縮短，嚴重影響電纜的運行壽命。因此，需及時建立核級電纜絕緣老化的研究方法和監測手段。

人們提出了多種理論來解釋電樹枝的生長特性，包括氣隙放電理論、電荷注入和抽出理論、Maxwell電-機械應力理論、高氏樹枝化理論、電致發光的光降解理論以及聚合物陷阱理論等[25]。近年來的研究表明，空間電荷的分布與電樹枝的形成密切相關。

根據對樣品有無損傷，空間電荷的測試方法又分為有損測試方法和無損測試方法。有損測量方法有熱致發光法（TL）、熱刺激電流法（TSC）、熱刺激表面電位法（TSSP）等。當對試樣進行緩慢升溫處理時，電荷脫陷釋放能量引發電、光等信號發生變化，通過收集這些信號即可獲得電荷的陷阱深度等信息。20世紀80年代開發出的無損測量方法很大程度上避免了對樣品原始空間電荷分布的影響，并且可以在高壓應用中降低電纜絕緣的擊穿概率，在空間電荷測量方面發揮了重要作用。無損測量方法通過給試樣施加一個瞬間激勵，使試樣內的空間電荷發生微小的位移并產生響應信號，經信號收集和數據分析處理，可以得到相應位置上的空間電荷分布情況。無損測試方法有電聲脈沖法（PEA）、熱脈沖法（TP）、激光光強調制法（LIMM）和壓力波擴展法（PWP）等[58]。

此外，還需注意的是電樹和水樹在一定條件下可以相互轉換[32-33]。通常情況下，電樹的生長非常迅速，而水樹的生長比較緩慢。在運行多年的電纜中經常發現電樹和水樹同時存在的現象，通常一個連通的水樹會在其前沿生長一定數量的電樹（如圖2所示）[34]。這可能是因為水樹區域容易形成陷阱，陷阱捕獲自由電子形成空間電荷，導致電場強度局部集中發生放電現象，誘發電樹的形成。除此之外，電纜絕緣引發較短的電樹但未引起絕緣擊穿時，電樹停止生長，而產生的缺陷會成為水樹的引發點，一旦有水侵入，電樹可能轉化為水樹。

除了廣安區副區長的職務以外，黎永蘭還是政協廣安市第五屆委員會常務委員。從提案記錄來看，黎永蘭的提案都和基層群眾相關，如《關于加快推進社區日間照料中心建設的建議》、《關于強力推進產業扶貧的建議》等，提案內容集中在她較為熟悉的科教、文體方面。

圖2 電樹和水樹-電樹組合Fig.2 Electrical trees and water-electrical trees

1.1.4 其他老化方式

除了上述幾種老化方式外，電纜絕緣在機械外力的作用下產生微裂紋，隨著時間的延長和機械外力的持續作用，微裂紋逐漸變大變深，造成電纜絕緣性能的劣化，最終導致電纜絕緣的局部擊穿和破壞，這是電纜絕緣物理老化的主要形式[35]。這些機械外力包括由機械引起的起動力、電磁力、振動力以及熱循環造成的應力等。

學習控制的目的是尋找適當的學習律, 使得迭代學習序列yk(x,t)逐點一致收斂于理想的輸出yr(x,t)，即：

自從1958年Kitchin等發現了電樹枝現象以來，人們對電樹枝的產生和生長機理進行了大量研究[22]。電樹老化是一種常見的老化放電現象，聚合物絕緣中的雜質、氣泡或突起等缺陷造成局部電場集中并導致局部電擊穿，這種老化擊穿現象往往伴隨樹枝狀放電通道的形成，因此被稱為電樹老化。電樹枝按其形態的不同可分為樹枝狀電樹枝、藤枝狀電樹枝、叢狀電樹枝以及混合雙結構電樹枝等，不同類型的電樹枝表現出不同的生長規律、通道顏色及導電性。例如，樹枝狀、藤枝狀電樹枝屬于非導電型電樹枝，樹枝通道顏色淺，發展速度快，局部放電量大；叢狀電樹枝等屬于導電型電樹枝，樹枝通道顏色深，發展速度慢，通道內產生黑色無定形碳黑，局部放電量低[23-24]。

政府將教育信息化納入國家信息化發展整體戰略，制定《教育信息化十年發展規劃（2011—2020年）》，并向中西部地區和農村學校傾斜。根據《教育信息化十年發展規劃（2011—2020年）》的目標任務，有關部門、各地政府協同推進，落實國家規劃，把教育信息化作為事關教育改革發展的重大任務抓緊抓好。

1.2 空間電荷對電纜老化的影響

1.1.2 水樹老化

XLPE的結晶形態和結晶度、溫度梯度、交聯溫度、施加電壓強度、預處理溫度等均會對空間電荷分布特性造成影響。雜質是影響XLPE電纜絕緣內部電場及空間電荷分布的重要因素，影響電纜絕緣的老化性能與電擊穿性能。李亞莎等[39]采用二階四面體單元剖分的有限元方法計算含不同雜質參數的XLPE電纜絕緣中各節點的電位分布，求出各節點電位的負梯度和各節點上的電場強度，對電位移矢量求散度得到各節點的電荷密度。結果表明，雜質顆粒在電場作用下會發生離解，雜質表面聚集正電荷，負電荷注入介質層，造成電荷密度集中；雜質顆粒越大，其表面積聚的電荷量越大，電荷密度反而減小；純XLPE電纜內部空間電荷幾乎為零，表明制備高純度電纜絕緣材料有助于抑制空間電荷的產生和提高材料的抗老化能力。文獻[40-41]研究了XLPE熱氧老化過程中微結構的變化對空間電荷分布的影響，發現熱氧老化過程中羰基含量逐漸增高，結晶度逐漸減小，老化過程中深陷阱和淺陷阱同時增多，使得XLPE試樣中的空間電荷積累量增大；脈沖電針測試表明，低溫下材料中的異極性電荷積聚來自于極性基團的電離，而高溫下，球晶結構被破壞，同極性電荷積聚來自于電極的注入，并且在低溫熱氧老化的試樣中未發現同極性電荷。水樹老化對空間電荷的形成也有一定的影響。ZHANG Yu等[42]通過改進雙電子傳輸模型來解釋水樹老化XLPE電纜絕緣中空間電荷的形成，結果表明電纜絕緣材料的介電性能發生改變，同種電荷更傾向于集中在水樹尖端。

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2 電纜絕緣的狀態監測

電纜故障統計結果表明，電纜的運行失效率與運行時間密切相關，符合浴盆曲線，如圖3所示[43]。

圖3 XLPE電纜典型失效率曲線Fig.3 Typical failure rate curves of XLPE cable

電纜運行失效率分為3個明顯的階段：①1～5年為早期失效期，失效的原因是生產和敷設過程中引入的缺陷造成電纜損壞；②5～25年為偶然故障期，在此階段電纜的故障率低，故障主要由電纜絕緣的水樹老化引起；③25年以上為老化失效期，電纜絕緣發生熱老化、電老化等使得性能劣化而引起故障。3個階段具有明顯的差異性，針對引起電纜失效的原因不同，設計不同的電纜絕緣狀態檢測方法。例如，電纜的早期失效主要是由質量缺陷引起，適合采用耐壓試驗與局部放電結合的方式進行絕緣狀態檢測；運行中期的偶然故障階段，可以通過對溫度、護層電流等在線監測輔以介電性能等檢測手段，對電纜進行實時檢測；老化失效期，電纜絕緣材料整體老化、降解，材料的性能和結構發生顯著變化，可以采用微觀結構觀測及陷阱特性分析的檢測方法進行檢測。

2.1 交流擊穿電壓法

交流擊穿電壓法是監測電纜絕緣老化程度的一種常用表征方法，它通過測試電纜絕緣層老化后交流擊穿電壓的大小來大致估計電纜的老化程度。老化程度越深，擊穿電壓越小，為了確保電纜的安全運行，須確保電纜的擊穿電壓大于系統可能承受的過電壓。此外，通過交流擊穿電壓法還可以估算電纜的使用壽命。利用威布爾分布推導電纜的壽命，如式（1）所示[44]。

式（1）中：U為施加電壓；n為壽命的時間指數；t為電纜壽命；C為常數。

2.2 介電響應法

電介質材料在外加電場作用下會產生極化和電導兩種現象。極化是指束縛電荷在電場作用下發生相對位移、產生感應偶極矩，能夠反映電介質材料儲存、傳遞和記錄電場響應的過程。介電響應法基于電介質極化理論，用來表征電介質材料的老化程度，常見的研究方法有回復電壓法（RVM）、極化-去極化電流法（PDC）和頻域介電譜法（FDS）等[45]。

PDC法是通過對電纜絕緣進行極化和去極化處理，記錄極化和去極化過程中電流的變化，提取直流電導率和介質損耗因數等相關參數，評估電纜絕緣層的狀態。文獻[46-47]用PDC法對水樹長度不同的電纜進行測試，研究電纜絕緣介電響應時的非線性特性，結果發現水樹長度不同的XLPE電纜絕緣的非線性特性能觀察到明顯的轉折電壓，水樹長度越長，轉折電壓越低。這表明PDC法可以準確評估XLPE電纜的絕緣狀態。

FDS法又稱介質損耗因數（tanδ）法，它根據絕緣介質中偶極子轉動產生摩擦和介質中的氣隙放電，使電介質在高電壓下產生損耗，用損耗來反映電纜絕緣的平均老化狀態，損耗的大小可用tanδ來表示。一般認為，當tanδ值大于1%時，表示絕緣狀態不良。實踐中使用靈敏度為0.01%的測量裝置能夠很好地監測絕緣狀態。文獻[48-49]測量了不同老化程度電纜絕緣的介電常數（ε）、介質損耗因數（tanδ）等特征參量，研究了XLPE電纜絕緣的水樹生長特性，結果表明，可以通過低頻下電纜絕緣的tanδ評估電纜水樹老化的嚴重程度。

2.3 力學性能法

絕緣材料的力學性能測試包括斷裂伸長率測試和硬度測試，電纜絕緣老化前后斷裂伸長率、拉伸強度和硬度的變化是判定材料老化程度的重要指標[50]。在絕緣材料壽命評估中，一般認為斷裂伸長率損失50%時，絕緣材料達到壽命終點。文獻[51-52]研究了XLPE在電-熱聯合加速老化作用下，電纜絕緣材料力學性能和介電性能的變化規律。結果表明，老化初期，電纜絕緣的力學性能變化不大；在熱氧老化后期，力學性能下降明顯。硬度是高分子材料的重要特性之一，是指將硬物壓入聚合物材料表面時，材料產生抵抗外界侵入的能力。將硬度作為電纜絕緣性能的測試指標是一種較為新穎的思路，它利用了老化后期材料交聯度增大、硬度增加的規律，通過建立硬度和老化程度的數學模型，實現電纜絕緣的快速、無損監測[53]。但是這種方法具有一定的局限性，一般適用于以聚氯乙烯、乙丙橡膠等為原料的絕緣制品。

2.4 絕緣電阻法

馮杰等[12]研究了低溫條件下XLPE電纜絕緣中水樹的生長狀況，將樣本在0℃下分別進行不同時間的加速水樹老化實驗。結果表明，在低溫條件下，樣本中的水樹明顯呈枝狀，水樹生長速率隨著老化時間的增加逐漸增大。電場仿真結果表明，水樹長度越長，水樹尖端的電場越強，表明水樹尖端處XLPE分子鏈受到的麥克斯韋應力越大，分子鏈越容易發生疲勞斷裂，導致水樹生長速率加快。大量的研究表明，水樹的形成與濕度密切相關，濕度大于70%后有利于水樹的生長。S HVIDSTEN等[13]研究了XLPE電纜絕緣中溫度梯度與水樹生長的規律，結果表明，由于電纜絕緣材料的熱擴散系數不同，電纜中存在溫度梯度，絕緣外部溫度低，濕度大；絕緣內部溫度高，濕度小。這種差異導致水樹在電纜絕緣外部生長，很難進入絕緣內部。此外，離子對聚合物中水樹的生長也有重要影響，實驗發現去離子水條件下很難生長水樹，而NaCl、KCl、FeCl3、FeSO4等溶液對水樹生長有明顯的促進作用[14-15]。我國幅員遼闊，土壤性質差異大，對埋敷在其中的電纜侵蝕作用不同，針對土壤酸堿性對XLPE電纜絕緣水樹老化的影響尚未引起廣泛關注。張春爍等[16]將XLPE電纜置于不同的酸堿環境下進行水樹老化實驗，發現酸性環境或堿性環境均有利于水樹的生長，酸性或堿性越強，水樹生長越快。分析原因可能是H＋和OH-的離子淌度較大，對材料化學鍵的破壞作用更強，引起的水樹老化現象更嚴重。這些研究有利于我們針對不同的土壤環境布置合適的電纜。機械應力也是影響水樹生長的重要因素，即使在同一根電纜的不同位置，其絕緣層所承受的機械應力也往往存在差異。研究表明，機械張力會促進水樹生長，而機械壓力則抑制水樹生長[17-19]。然而，變溫條件下機械應力對電纜絕緣水樹生長的研究還鮮有報道。周凱等[20]通過研究不同溫度下電纜絕緣承受機械應力作用時水樹的生長特征發現，高溫下受機械應力作用時，XLPE絕緣容易發生力學取向，導致樣品中出現傾斜生長的水樹枝，這表明溫度和機械應力的共同作用決定了水樹的生長方向和生長速率。胥智勇[21]研究了分子結構和交聯度對水樹生長的影響。研究結果表明，含有長支鏈的LLDPE比LDPE的耐水樹能力更強；交聯度更高的XLPE耐水樹能力更強。這可能都是因為長支鏈和交聯作用增強了分子鏈間的纏結，減少了絕緣材料中的納米孔道和缺陷，抑制了水樹的生長。

NMR是利用核磁共振分析儀對老化后的絕緣材料中含氫量以及氫原子狀態變化來監測材料老化狀態的方法，準確性更高。鄧文東等[55]利用核磁共振分析儀研究了XLPE的熱老化行為，并利用XLPE熱老化規律的特征量——縱向弛豫時間和波峰面積準確監測了電纜老化情況。

2.5 差示掃描量熱法（DSC）

通過DSC測試不同老化程度下XLPE試樣的熔融焓ΔHm、熔融峰溫度Tm和結晶度，可以監測電纜絕緣的老化狀態。霍瑞美[54]研究發現，絕緣老化初期，材料的交聯度先增大，這可能與熱氧化反應中的再交聯過程有關；老化后期，由于熱裂解反應增多，分子鏈斷裂，交聯度減小。XLPE的熔融峰也有一個相似的變化過程，呈現先升高后降低的趨勢。

2.6 傅里葉紅外光譜法（FTIR）

FTIR是利用有機化合物分子吸收紅外光會發生振動和躍遷，不同的化學鍵吸收特定波長的紅外光，以此來分析化合物的成分。例如，電纜絕緣在熱老化過程中會產生羰基，羰基指數的變化是判定電纜絕緣老化程度的重要指標。

2.7 核磁共振法（NMR）

1.3.3 臥位護理。了解急性期絕對臥床的必要性，須嚴格臥床兩周，不可下地活動，不宜用力咳嗽，避免大動作，避免突然坐起或改變體位，大小便不能坐起離床，避免病情惡化。

2.8 微觀形貌觀測法

通過觀察XLPE表面的微觀狀況可以直接了解電纜絕緣的老化情況，包括材料表面形態、微孔大小等，主要測試方法包括透射電子顯微鏡（TEM）、光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡（SEM）和原子力顯微鏡（AFM）等。L BOUKEZZI等[56]利用SEM檢測了不同老化階段絕緣材料的表面電勢，結果表明材料的表面電勢隨著老化程度的加深呈現先下降后上升的趨勢，這可能是因為在老化初期材料結晶度增加，表面電勢下降，老化后期材料陷阱的增多，捕捉更多電荷使表面電勢升高。這些變化可以用來監測電纜絕緣的老化狀態。

2.9 空間電荷測量法

老化發生后，電纜絕緣材料中陷阱密度增加，通過測量陷阱密度變化可以用來衡量XLPE電纜的老化程度。此外，陷阱捕獲自由電荷形成空間電荷，空間電荷在絕緣中的分布也能反映電纜絕緣的老化程度，老化時間與空間電荷總量的關系如圖4所示[57]。

2.2 兩組患兒動脈血氣指標比較 B組患兒PaO2、PaO2/FiO2值低于A組，PaCO2高于A組，組間比較，差異均有統計學意義(P<0.05)。見表2。

圖4 老化時間與空間電荷總量關系Fig.4 Relationship between ageing time and amount of space charge

電樹的形成和生長與多種因素有關，目前主要研究外加電壓幅值及頻率、溫度、電極特性、殘存機械應力、結晶形態等因素對電樹的形成及生長特性的影響。馬宗樂等[26]利用變頻電源研究了施加電壓頻率對硅橡膠中電樹生長特性的影響，結果表明，高頻有利于藤枝狀電樹的生長，隨著電壓頻率的升高，硅橡膠中電樹枝的起始時間減少，電樹枝的累積擊穿概率增大。溫度也是影響XLPE電樹生長特性的關鍵因素，隨著我國極端天氣增多，研究低溫條件下XLPE的電樹生長特性有著重要意義。馬一力等[27]、朱樂為等[28]研究了低溫環境下電纜絕緣電樹枝的生長特性，發現不同溫度下電樹枝的生長形貌不同，低溫不利于電樹枝的生長。周利軍等[29]、CHEN X等[30]研究了高溫高氣壓對XLPE電樹生長特性的影響，結果表明，高溫下XLPE結晶被破壞，自由體積增加，氣壓升高使絕緣材料受到的軸向拉力增大，材料電氣性能下降明顯，更易引發電樹枝。高溫高氣壓下，XLPE電纜的絕緣性能下降明顯，電纜安全運行受到嚴重威脅。電纜絕緣在生產、敷設和運行過程中難免產生空洞，ZENG Junxiang等[31]研究了電纜絕緣中空洞的存在和電樹生長特性的關系，發現空洞的存在降低了放電電壓，降低了電樹生長的起始電壓，有利于電樹枝的形成。

2.10 無損監測方法

無損監測能夠準確并快速地對電纜絕緣的損傷程度進行可視化分析與精確評估，在一定程度上保證了居民及工作人員的人身安全。新式無損監測方法包括X射線檢測、超聲波檢測和TM電磁波譜檢測技術等。文獻[59-60]利用超聲波檢測手段來監測XLPE電纜絕緣的老化狀態，分別測試了不同老化時間樣品的介電性能和超聲波脈沖信號，發現隨著老化時間的延長，老化樣品的介電性能和超聲波脈沖信號速率同步下降，這表明可以利用超聲波來監測電纜的老化狀態。QI Bing等[61]使用TM電磁波譜在線監測了電纜絕緣的老化狀態，分別利用高斯脈沖波和正弦波作為刺激源，討論了介電常數與空間電場分布的關系，證明了這種特殊波譜特征可以用來在線監測電纜的老化狀態。

3 電纜絕緣老化的修復方法和預防措施

我國早期缺乏電纜生產制造、安裝敷設及運行維護的經驗，隨著電纜運行年限的增加，許多城市電網的電纜線路老化問題愈加嚴重。利用絕緣修復技術能顯著提高水樹老化電纜的絕緣性能，延長使用壽命，極大地降低更換電纜所帶來的成本問題。此外，目前電纜絕緣暴露出的問題，為電纜絕緣的設計提供了充分的研究樣本。

三是借用公共視頻宣傳窗口，整合轄區資源。區委政法委、區委宣傳部積極協調解放碑CBD、重百、新世紀、大石化管委會等有大屏幕的單位，播放區委政法委制作的掃黑除惡專題宣傳片、區公安分局短片，同時還要求有關單位協調各傳媒公司在全區商用電梯、居民電梯內，投放掃黑除惡短片，進一步擴大了宣傳覆蓋面。

（一）屬于船載危險貨物范圍的B組固體散裝貨物中，僅在散裝時具有化學危險的固體散裝貨物，不屬于港口作業危險貨物范圍；

3.1 電纜絕緣老化的修復方法

3.1.1 電纜絕緣的水樹老化修復

水樹老化作為一種常見的老化方式，嚴重影響著電纜絕緣的使用壽命。若將老化電纜全部換新，將面臨著高額成本與施工限制，而水樹老化電纜絕緣的修復技術為解決電纜老化問題提供了新思路，這種方法經濟、便利、符合實際工業的需求，因此具有廣闊的應用前景。目前，經過近30年的研究和改良，已經發展了兩代水樹老化電纜的修復技術，并進行了修復現場應用[62]。第一代修復技術是將含硅烷和催化劑的修復液通過壓力法注入電纜內部使其逐漸滲透到絕緣層的水樹區域中。硅烷單體與水在催化劑的作用下發生水解縮合反應，生成有機聚合物，可以填充水樹空洞，從而實現電纜絕緣的水樹修復[63]。在第一代修復技術的基礎上開發的第二代修復技術更多地考慮了應力、電場、紫外光和局部放電等因素對電纜絕緣修復效果的影響，添加了更多的有機成分來完善電纜的修復效果[64-65]。

周凱等[66-67]研究了修復液技術修復水樹電纜絕緣的方法，他們首先制備了硅氧烷修復液，并對水樹老化后的XLPE電纜進行修復，采用壓力注入的方法將修復液注入老化樣本纜芯進行修復。研究了修復前后電纜絕緣的損耗因子和擊穿電壓的變化，發現修復時間越長，老化電纜的恢復效果越好，修復后電纜的最佳性能與新電纜相當；通過掃描電子顯微鏡可以觀察到水樹空洞被有效填充，消除了絕緣層的微孔。修復液與水的直接反應實驗進一步證實了該修復液能有效提升水樹老化電纜的絕緣性能。硅氧烷修復液注入技術在北美已經得到了一定的推廣，但是在實際應用中仍然面對著修復液滲透緩慢，停電維修時間長的問題。過往的研究表明，電場作用下XLPE非晶區的分子鏈可以沿著電場方向定向排列并發生取向，這可能有利于修復液在無定形區滲透，提高修復液的滲透速率。周凱等[68]對幾組水樹老化后的樣品注入硅氧烷修復液并施加不同的電壓，監測樣品的介質損耗因數及泄漏電流，分析了不同電場條件下水樹老化電纜樣品的微觀結構和絕緣性能。實驗結果表明，施加電壓的XLPE電纜絕緣恢復速度優于未施加電壓的樣品，直流正極性電壓下電纜絕緣的修復效果最優，這是因為施加直流正極性電壓時，分子鏈的取向結構有利于硅氧烷修復液在電纜絕緣中的擴散，與水反應的生成物分散更加均勻[69]。

在有機修復液注入法的基礎上，國內科研工作者開發出納米復合填充修復技術解決電纜絕緣水樹老化的問題。首先將修復液注入到水樹區域，利用溶膠-凝膠法在水樹通道內生成無機納米顆粒，生成物表面具有大量羥基（具有硅烷偶聯劑的作用），實現了電纜絕緣材料和無機納米顆粒的連接。形成有機-無機納米復合填充結構的填充效果更好，修復后的電纜絕緣中空洞和缺陷明顯減少，提高了其絕緣性能和電擊穿性能，基本原理如圖5所示[62]。

圖5 有機-無機納米復合填充結構Fig.5 Organic-inorganic nanocomposite filling structure

除此之外，周凱等[69]還發現水樹電纜具有自修復現象，他們采用水-針電極法加速培養水樹在XLPE中形成和生長。去除電壓后，發現水樹通道逐漸縮小，將水滴擠出后，水滴相互獨立地存在于電纜絕緣中。表明這種自修復現象是由聚合物的彈性形變引起的，性能測試表明電纜絕緣的電氣性能在去除電壓后逐漸恢復。

3.1.2 電纜絕緣的電樹老化修復

XLPE電纜絕緣的水樹老化修復技術已經較為成熟，尤其是有機修復液技術的發展，實現了水樹老化電纜壽命的延長，降低了生產成本。但是，電纜絕緣的電樹老化修復技術還鮮有報道。這是因為電樹老化對絕緣材料的損傷被認為是不可逆的，而一些聚合物的傳統自修復技術又不適用于絕緣材料的老化修復。例如，動態可逆共價鍵技術通過缺陷處的緊密結合，實現了分子或納米尺度的修復，然而電樹老化往往形成的是微米級通道，不適用于此種方法[70-71]；而微膠囊修復技術含有液體和金屬催化劑，會影響絕緣材料的電阻值和介電性能，也不適用于電纜絕緣的電樹老化修復[72]。

針對電樹枝老化的研究目前主要是通過添加電壓穩定劑或抑制劑等延緩電樹發展。周凱等[73]利用修復液預注入技術抑制電纜電樹的形成和生長，實驗結果表明，修復液的存在降低了絕緣水針尖端、電樹尖端和水樹末梢的電場，降低了電樹的引發率，抑制了電樹生長。添加納米填料是增強電壓穩定性的主要方法，常用的電壓穩定劑有苯偶酰類電壓穩定劑、噻噸酮類電壓穩定劑、納米氧化鋁和富勒烯等[74-76]。

樂視實施的多元化戰略經營既可使企業規避一定的政策、財務、原有產業經營風險等，同時也會帶來一定的弊端，企業應認清風險從而決定多元化戰略。從上面的分析可以看出，在比對樂視多元化經營戰略的選擇性原則時，從當時的經濟歷史環境下，繼續以視頻網站為主業務，走專業化道路存在市場空間壓縮，利潤率低且收入來源單一，一旦視頻網站發展遇到問題形成風險將可能導致資金鏈斷裂，企業被市場淘汰。分析中還可以發現樂視在所從事的視頻網站行業由于缺乏先進可持續的良好盈利模式及經營模式且已基本處于行業發展的成熟期，加之時年視頻行業逐漸興起構架全產業鏈業務體系，向硬件設備深入協同發展，樂視不可避免的走上了多元化經營的道路。

2018年，YANG Yang等[77]報道了利用超順磁納米顆粒實現聚合物電損傷自修復的方法，這種在固態絕緣材料中實現電損傷自修復的方法，首次實現了絕緣材料在遭受電樹破壞后電樹通道的自愈合與絕緣性能的自恢復，同時保持材料的基礎電氣性能不受影響。他們首先通過尖端放電引發電樹枝的形成，隨后使磁性納米粒子（表面修飾氧化鐵）在震蕩磁場（OMF）的作用下擴散并遷移到電樹通道處，借助這種常見的磁力加熱裝置使絕緣材料溫度升高。研究表明，磁性納米粒子聚集的電樹通道處溫度比不含磁性納米粒子的區域高24℃。當電樹通道處的溫度高于聚烯烴的熔點時，電樹通道處的聚合物熔融，實現了電樹通道的修復。文章的另一突出特點是納米填料的填充量極低，在體積分數低于0.1%時即可實現94%以上的修復率，修復后的絕緣材料電氣強度為490 kV/mm。同時研究指出，該修復方法具有普適性，可廣泛用于聚烯烴等聚合物絕緣材料，為提升電力電纜等電力裝備的使用壽命提供了全新的方法。

3.2 電纜絕緣老化的預防措施

電纜絕緣在生產、敷設時難免產生缺陷，在運行過程中受電、熱、氧、水和輻照等影響發生老化，其性能降低和壽命縮短是不可避免的問題。經過幾十年的研究，根據電纜絕緣老化方式的不同，科研工作者提出了不同的措施來提高電纜絕緣的抗老化性能，這些方法為以后電纜絕緣的設計提供了豐富的理論基礎。

例如，為了預防電纜絕緣的水樹老化，人們提出通過改變交聯方式、材料凈化處理和材料改性等方式抑制水樹的生長[78]。梁鳳芝等[79]研究發現，抗氧劑300可以有效抑制XLPE水樹枝生長，提高其抗老化性能。加入無機填料是提高電纜絕緣抗老化性能的主要方式。研究表明，Al2O3、SiO2、ZnO、炭黑等納米顆粒能有效抑制橡膠中電樹枝的生長，這主要是因為這些不導電的納米顆粒分散在電樹生長的孔道中，阻礙了電樹的生長[80-81]。降低XLPE電纜絕緣中的雜質含量也是提高電纜絕緣抗老化性能的重要方法。文獻[82-83]在研究銅催化氧化反應對交聯聚乙烯電纜絕緣聚集態結構和性能的影響時發現，富銅相雜質會引發XLPE球晶結構的加速破壞以及結晶度的加速下降，銅在氧化反應中起到催化劑的作用，導致氧化反應加速，造成XLPE的劣化加劇。國外已經成功制備了超純電纜絕緣材料，通過抑制空間電荷的積聚來提高電纜絕緣的抗老化性能，但國內目前仍需大量進口，亟待實現國產化。

此外，應用先進的理論分析手段，輔助篩選納米填料提高XLPE電纜絕緣的老化性能，可以極大地提高工作效率和降低成本。鄭曉楠[84]利用第一性原理理論研究了納米填料對XLPE電纜絕緣抗老化性能的影響，采用吸引熱電子能力不同的二氧化硅和石墨烯作為XLPE的納米填料，比較了不同納米填料限制XLPE鏈移動能力的強弱，以及化學氫遷移發生的可能性，并通過第一性原理分析篩選出潛在的納米填料用來提高XLPE電纜絕緣的抗老化性能。這種方法實現了絕緣材料理論設計和實踐應用的結合，具有很高的參考價值。

在運用該系統的過程最后，車輛進場前，需在項目部安全環保部門辦理臺賬登記手續（三證齊全），手續齊全后發項目部自編號，由設備物資科進行電子標簽的錄入信息工作，錄入完成后裝料，裝料到達自動稱重系統后看指示燈（紅綠燈），當綠燈亮時，車輛行駛到電子標簽掃描區域，掃描成功后道閘打開，車輛進入稱臺中間（此時紅外線已掃描）不用停車方可稱重記錄，記錄成功后語音提示稱重保存成功，顯示屏顯示稱重數據，道閘打開車輛通過稱重完畢。

4 結束語

電纜絕緣的健康狀態關系到供電安全和電網的穩定運行。本文從電纜絕緣的老化方式、老化機理和老化的影響因素、電纜絕緣的狀態檢測以及電纜絕緣老化的修復方法和預防措施等方面出發，總結近些年國內外的研究現狀和進展。早期實驗室對電纜絕緣的研究方法側重于單一變量對材料老化性能的影響，經過幾十年的研究，發展到多種因素綜合作用下電纜絕緣的老化研究。尤其是近些年，空間電荷作為影響電纜絕緣老化性能的重要因素得到人們的廣泛認可和研究。此外，大量的物理模型和模擬方法被開發用來實現電纜絕緣的狀態檢測和診斷，并且已經初具規模。在電纜絕緣修復技術方面，開發出修復液注入技術修復水樹老化電纜，在絕緣電樹老化修復方面取得了突破性進展，實現了老化電纜的修復和壽命的延長。利用第一性原理等方法揭示納米填料提高電纜絕緣老化性能的機理，為電纜絕緣的設計和實驗研究提供理論指導。電纜絕緣的老化不可避免，實現對電纜絕緣老化狀態的快速、無損檢測依然面臨巨大的挑戰，解決這一難題，是未來行業發展的迫切需求。