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1、科技信息检索与论文写作作业科技信息检索与论文写作课程专业课题检索报告课题名称：热老化对XLPE性能影响姓 名学 号：专业：电气工程导师签字：完成时间：2018年1月21日一、课题分析1.1课题名称中文：热老化对XLPE性能影响英文：Influence of Thermal Aging on The Properties of XLPE1.2课题关键词中文：交联聚乙烯；热老化；电性能；机械性能英文： XLPE, thermal aging, electrical properties, mechanical properties1.3检索目的(1) 通过检索复习科技文献检索及科技写作课堂内容，回
2、顾老师所讲过的 知识，掌握科技文献检索的方法。(2) 通过检索査询与课题相关的文献资料，了解课题发展前沿动态，为课 题研究打下坚实的基础。二、检索过程明细2.1中英文检索式检索式一：热老化AND交联聚乙烯AND性能检索式二：热老化AND交联聚乙烯检索式三：交联聚乙烯AND (电性能OR机械性能)检索式四：聚乙烯AND热老化AND性能检索式五：XLPE AND thermal aging AND property检索式七：XLPE AND thermal aging AND propert*检索式八：XLPE AND aging AND (electrical OR mechanical)检索式
3、九：XLPE AND aging AND (electrical OR mechanical) AND propert*2.2检索结果2.2.1中国学术期刊全文数据库(CNKI)|1|薛程.XLPE高压电缆绝缘老化状态评估研究D天津大学，2014.|2|李欢，李建英，马永翔等.不同温度热老化条件下交联聚乙烯电缆绝缘热性 能和力学性能的劣化趋势研究J绝缘材料，2018(01): 57-63 刘露萍，吕程交联聚乙烯热老化过程中的电性能J塑料，2016, 45(03):4-6.|4|刘贺晨.高压直流电缆绝缘老化对空间电荷特性的影响及其电树枝特性研究 |D.华北电力大学(北京)，2017.|5|朱晓辉
4、，孟峥峥，王浩鸣等.运行高压交联聚乙烯电力电缆的介电性能J| 高电压技术，2015, 41(04):1090-1095.|6|詹威鹏，褚学来，申作家等加速热氧老化中交联聚乙烯电缆绝缘聚集态结构 与介电强度关联性研究J中国电机工程学报，2016, 36(17):4770-477&2 何东欣.交联聚乙烯电缆交流空间电荷与老化特性研究D.华北电力大学(北京)，2017.3 张福增，李淑琦，朱永华等.热老化对挤塑绝缘XLPE直流电缆空间电荷特 性的影响J.绝缘材料，2015，48(08):41-45.4 金天雄，刘飞，江平开等.热老化XLPE电缆绝缘的介电击穿行为的研究J. 电线电缆，2008
5、(06):28-31+39.金天雄，黄兴溢，江平开等.热老化对交联聚乙烯电缆绝缘中水树的影响研 究J.绝缘材料，2007(05):45-48. 阳云义，黄小，梁桂兰.浅谈热处理对交联聚乙烯绝缘电缆绝缘热老化性能 的改善J.价值工程，2017，36(31):200-201.7 李欢，李建英，欧阳本红.热老化对XLPE电缆绝缘空间电荷分布特性的影 响研究J.绝缘材料，2017，50(11):27-33.2.2.2万方数据资源系统8 王国忠.交联副产物对交联聚乙烯电缆绝缘热老化性能影响的探讨J.电线电缆，2006(4):10-12.9 王航，谭帼馨，谭英等.交联聚乙烯海底电缆绝缘层热老化寿命及理化性
6、质 分析J.高分子材料科学与工程，2015(3):71-75.10 王航，谭帼馨，谭英等.交联聚乙烯电缆热老化与电树枝化相关性研究J.江苏电机工程，2009(5) :54-57.11 李伟，吴麟琳，张幸等.交联聚乙烯电缆的老化及其诊断方法研究进展J.绝缘材料，2016(11):36-44, 50.12 周韫捷，李红雷，王琦梦等.加速热老化对XLPE电缆绝缘力学性能和介 电性能的影响研究J.华东电力，2014(8):1606-1610.13 欧阳本红，康毅，赵健康等.加速水树老化对XLPE电力电缆绝缘性能的 影响J.高电压技术，2010(8):1942-1949.14 李长明，韩宝忠，郭文敏等.
7、交联聚乙烯热老化过程动力学参数的确定C.中国电工技术学会电线电缆专业委员会2006年学术年会.2006: 240-247.15 金天雄.热老化交联聚乙烯电缆绝缘的介电以及水树枝行为的研究D.上海交通大学，2006.2.2.3读秀知识库16 舒康玉.电缆绝缘热老化因素对水树现象的影响J.数字化用户，2017, (5).17 王航，谭帼馨，谭英.交联聚乙烯海底电缆绝缘层热老化寿命及理化性质分 析J.高分子材料科学与工程，2015, 31(3): 71-75.2.2.4国家科技图书文献中心18 李哲凡，金石南，刘飞等.热老化XLPE电缆绝缘的介电击穿行为的研究J. 电线电缆，2008(6) :28-
8、39.225 SCI数据库19 Boukezzi L, Bessissa L, Boubakeur A, et al. Neural networks and fuzzy logic approaches to predict mecha ni cal properties of XLPE in sulati on cables under thermal agingJ. Neural Computing and Application, 2017, 8(11): 3557-3570.20 He Dongxin, Gu Jiefeng, Wang Wei, et al. Research on
9、 mechanical and dielectric properties of XLPE cable un der accelerated electrical-thermal agingJ. Polymers for Advaneed Technologies, 2017, 28(8): 1020-1029.21 Borisova M E, Osi na Y K. The in flue nce of thermal agi ng on absorptio n phe nomena in cross-li nked polyethyle ne cable in sulati on J. T
10、ech ni cal Physics Letters, 2017, 43(1): 136-138.22 Kemari Y, Mekhaldi A, Teguar M. Experimental investigation and signal process ing tech niq ues for degradatio n assessme nt of XLPE and PVC/B materials under thermal agingJ. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2017, 24(4): 2
11、559-2569.23 Liu yunpeng, Liu Hechen, Yu Lichao, et al. Effect of thermal stress on the space charge distribution of 160 kV HVDC cable insulation materialJ. IEEE Tran sact ions on Dielectrics and Electrical In sulati on, 2017, 24(3): 1355-1364.2.2.6 EI数据库24 Zhou Yunjie, Li Honglei, Wang Qimeng, et al
12、. Effect of accelerated thermal aging on mecha ni cal and dielectric properties of XLPE cable in sulati on J. East China Electric Power, 2014, 42(8): 1606-1610.25 Kim Chon-ung, Jin Zhijia n, Jia ng Pin gkai, et al. Studies on the effect of accelerated thermal aging on electrical and physicochemical
13、properties of XLPE cableJ. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2007, 12(1): 91-95.26 Ishida, Masayoshi, Okamoto, et al. Morphological and dielectric changes of XLPE in sulatio n due to thermal agi ngJ. Electrical Engin eeri ng in Japa n, 1993, 113(8): 1-15.27 Boubakeur A, Boukezzi L, Lallouani
14、M. The effect of thermal ageing in flue nce on the electrical and physical behavior of XLPEJ. Przeglad Elektrotechniczny, 2001, 77(9): 201-204.2.2.7 Elsevier期刊数据库28 F Frutos, M Acedo, Mudarra J, et al. Effect of annealing on conductivity in XLPE mid-voltage cable in sulatio nJ. Journal of Electrosta
15、tics, 2007, 65(2): 122-131.29 Fabrizio Negri, Andrea Cavallini, Davide Fabiani, et al. Effect of graphene oxide-based nano structured coati ngs on the electrical performa nce of cross-linked polyethyleneJ. Polymer Testing, 2017, 59(5): 142-151.30 Jobby Paul, Eddy Walther Hansen, Jaan Roots. Probing
16、the molecular dyn amics in XLPE aged at differe nt temperatures by 1HNMR relaxati on time measureme nt.J. Polymer Degradation and Stability, 2012, 97(11): 2403-2411.2.2.8 IEEE/IET 数据库31 Linfeng Cao, Stanislaw Grzybowski. Accelerated aging study on 15 kV XLPE and EPR cables in sulati on caused by swi
17、tchi ng impulsesJ. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2015, 22(5): 2809-2817.32 An drew J Thomas, Tapa n K saha. Statistical an alysis of diag no sticin dicators duri ng an accelerated age ing experime nt for XLPE cablespecimensJ. IEEE Transactions on Dielectrics and Electri
18、cal Insulation, 2012, 19(1): 274-282.2.2.9 ProQuest学位论文全文数据库33 Vatansever Ali. Thermal aging and morphology of high voltagecrossli nked polyerhyle ne cablesD. The Un iversity ofTenn essee, 1986.三、综述报告3.1研究内容研究内容主要为热老化对交联聚乙烯性能的影响，在不同的老化温度下对 交联聚乙烯试样进行加速热老化，对不同老化时间、老化温度的XLPE试样进行性能测试，研究热老化对交联聚乙烯电性能的影响，电
19、性能包括材料的直流 击穿强度、空间电荷分布情况、电导率。研究热老化对XLPE机械性能的影响，机械性能主要是材料的断裂伸长率、抗拉强度、屈服拉伸应变。交联聚乙烯(XLPE )电气、化学、物理等性能优异，并且交联聚乙烯电力 电缆的敷设较容易，维护更加便捷，因此XLPE已经成为10kV-200kV电力电缆 的主要绝缘材料。我国对XLPE绝缘的使用已有40多年的历史，并且很多电力 电缆的使用时间已经达到其预期的使用寿命，由于绝缘的电老化和热老化，机 械性能和电性能受到影响。绝缘材料开始逐渐丧失其绝缘性能，这给电力设备 的安全运行带来很大隐患，并造成事故频发，因此对 XLPE热老化之后性能变 化的研究具
20、有非常重要的意义。3.2国内外研究现状与趋势目前，国内外有许多关于材料老化的研究，包括热老化对材料电性能、机 械性能的影响，下面从电性能与机械性能两个方面介绍目前国内外的关于热老 化对交联聚乙烯性能影响的研究现状。击穿场强是绝缘材料的主要电性能之一，对击穿电压大小的分析可以作为 评估交联聚乙烯老化程度的方法。随着老化程度的增加，击穿强度的大小会降 低，同时在电缆的运行过程中，过电压可能会作用在电缆上，超过电缆的承受 电压，使电缆出现击穿等情况，迫使电缆停止运行。王寿泰等通过逐级升压对 电缆的寿命进行评估，按照一定速率进行升压，直至材料击穿。利用威布尔分 布对数据进行分析，推导电缆的使用寿命规律
21、，随老化时间增加而下降。薛程 等对不同试样进行击穿电压和耐压时间的测试，随着老化的发展，试样的耐压 时间和击穿场强呈下降趋势。金天雄等研究了热老化对交联聚乙烯击穿强度的 影响和击穿强度威布尔参数的变化情况。分析不同老化温度、老化时间下，尺 度参数、范围参数、形状参数的变化程度，得知热老化使交联聚乙烯的微观结 构、理化性能发生变化，可以利用击穿强度来预测绝缘的寿命。朱晓辉等研究了不同运行年限的电缆介电性能的变化，包括击穿场强、介 质损耗因数、介质损耗正切角。发现电缆氧化诱导期在老化的过程中不断缩短， 材料抗氧化能力下降。老化过程中产生自由基，自由基在链式反应中作为催化 剂，导致大分子链进一步断裂
22、，并且羰基指数也不断增加。绝缘材料的击穿场 强随老化时间增加而下降。原因是老化过程中非晶区产生介电常数较小的气隙， 容易发生击穿。詹威鹏等研究了热氧老化中介电强度和绝缘结构的关系，发现 老化过程先后分为重结晶期和热氧老化期两个时期，在重结晶期，击穿场强出 现微小的上升，热氧老化期后，击穿场强快速下降。王丽梅对热老化后的聚乙 烯和XLPE进行击穿实验，发现击穿场强随老化时间的增加逐渐下降，这是由 老化过程中材料裂解，羰基指数增加，老化后电子自由程增加等原因导致的。 Manish等人研究了热老化四周后的击场强的变化，过氧化物交联的交联聚乙烯 的击穿强度随老化时间增加没有下降太多。刘露萍等通过实验得
23、出交联聚乙烯 材料的体积电阻率和击穿场强随老化时间的增加而下降，并且老化70天后，材料的体积电阻率下降2个数量级，击穿强度降低27%。在交联聚乙烯的生产过程中，晶体结构可能会受到各种因素的影响，产生 的缺陷可以作为陷阱，热老化过程会使缺陷增加。空间电荷是被固体电介质陷 阱捕获的电荷，包括由于电介质不均匀极化产生的分布电荷。陷阱分为电荷不 容易溢出的深陷阱和电荷受到刺激能够溢出的浅陷阱。陷阱的形成主要来自加 工过程中引入的空穴和杂质。张增福等对交联聚乙烯绝缘电缆进行切片，分析 热老化对电缆空间电荷分布的作用。未老化的试样在表面产生很多异极性电荷， 并且其电场出现畸变，主要原因为电缆在制造的过程中
24、会产生交联的副产物。 老化的初始阶段，异极性电荷减少，因为热量使交联副产物消失，抑制电场的 畸变，热老化的末期，出现同极性电荷。刘刚等利用X射线衍射法和电声脉冲法（PEA），研究了老化对绝缘试样微 观结构的影响。电缆老化之后，异极性电荷增加，晶粒尺寸减小，结晶度下降， 老化从最外层开始发展，并且随老化时间增加，材料的中间部分所受的影响开 始增大。欧阳本红等利用电声脉冲法测量老化前后空间电荷的分布规律，发现 老化后电极附近的积累的电荷从同极性电荷变为异极性电荷。分析加速老化从 材料内侧开始发展，实际运行的老化则起始于和材料外侧。Lanca M C等通过对空间电荷分布的研究，发现老化过程出现的产物
25、发生降解，在电极周围积累， 交联聚乙烯材料会出现分子链断裂、含氧基团和羰基的出现，使陷阱大量出现， 使空间电荷分布出现变化。电导率是交联聚乙烯电缆绝缘状况的参数之一。电缆老化之后，绝缘电阻 会出现很明显的下降情况，在测试中，传导电流增加，暂态吸收电流减小。刘 露萍等通过实验得出交联聚乙烯材料的体积电阻率和击穿场强随老化时间的增加而下降，极化指数、相对介电常数和介质损耗都会出现上升的现象，并且老 化70天后，材料的体积电阻率下降2个数量级，击穿强度降低27%，在老化的 过程中，带电离子的数量、离子迁移率、泄露电流都会增加。徐俊等对交联聚 乙烯老化后的理化性能进行研究，发现高温热老化材料主要发生热
26、裂解，低温 时材料主要发生热交联。热老化后，交联聚乙烯材料中的含氧基团和羰基指数 增加，结晶度下降。周韫捷发现老化使材料的介电常数增加，老化过程产生的 老化产物会影响交联聚乙烯电缆的介电性能。丫 Mecheri等研究了不同老化时间、老化温度下材料的电阻率，发现老化5000小时后，电阻率下降一个数量级。断裂伸长率指的是在进行断裂拉伸试验时，试样断裂时的位移值与试样原 长的比值，通常用百分比表示，是衡量材料力学性能的主要指标之一。利用断 裂伸长率来评估电缆老化程度和电缆使用寿命是现在国内外常用的方法之一。 随着老化时间的增加，XLPE材料颜色变深，体积收缩，断裂伸长率不断下降， 材料开始变硬，很容
27、易被拉伸断裂。高温热裂解破坏交联网络，分子链结晶， 分子链相互缠绕和滑移能力下降。当材料的断裂延伸率下降到50%以下时，该材料的寿命终止。王航等发现断裂延伸率随着老化时间和老化温度的增加而减小，当到达老 化寿命终点后，断裂延伸率减小的更加迅速。材料的老化时温度越高，绝缘失 效的速度也就越快。交联聚乙烯热老化过程中产生羰基，随着老化的继续进行， 羰基指数上升。并且到达寿命终点时，羰基指数急剧增加。材料的结晶度随着 老化时间的增加先增大后快速减小。薛程等对不同老化温度、不同老化时间的 断裂伸长保留率进行比较，断裂伸长保留率是断裂伸长率与未老化试样断裂伸 长率的比值。老化温度越高，随着老化时间的增加
28、，断裂伸长保留率下降的越 快。老化温度一定时，老化速率随时间增加呈指数型增长。周韫捷等对XLPE绝缘材料加速热老化，结果显示高温热老化和低温热老化对交联聚乙烯结晶形 态有不同的影响，低温热老化对断裂伸长率的影响不大，高温热老化下，断裂 伸长率随老化时间的增加先增加后下降。Manish Talreja等对过氧化物交联和湿 法交联的交联聚乙烯进行研究，发现老化 4周后，机械性能显著下降，湿法交 联的试样没有过氧化物交联的下降程度大。3.3研究机构与专家主要研究机构有西安交通大学、哈尔滨理工大学、华北电力大学、上海交 通大学、重庆大学、中国电力科学研究院等。主要专家有有西安交通大学的李 建英，中国电力科学研究院的欧阳本红，哈尔滨理工大学的刘骥等人。