交联聚乙烯电缆老化、诊断及修复研究进展

张 成，李洪飞，杨延滨，王卫东，任成燕，黄兴溢，江平开

（1.国网北京市电力公司电缆分公司，北京 100022；2.上海交通大学 上海市电气绝缘与热老化重点实验室，上海 200240；3.中国科学院电工研究所 中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室，北京 100190）

0 引言

电力电缆起到传输和分配电能的作用，在国民生产生活中扮演着重要角色，日益增加的用电需求对电力电缆的传动性和安全性提出了更高的要求[1-2]。电缆的使用年限一般为30年，但是在电缆的实际生产及运行中，受电、热、机械应力等因素的影响，不可避免会产生缺陷或结构性破坏，降低电缆的绝缘性能。其中，电缆的绝缘老化是影响其安全性能的主要因素，常见的电缆绝缘层材料有聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、酚醛树脂、聚酰亚胺（PI）、聚乙烯（PE）、交联聚乙烯（XLPE）以及硅橡胶等[3]。绝缘材料的老化会诱发电击穿甚至停电故障，对安全生产和人身安全造成威胁，因此研究电缆绝缘的老化问题具有极大的现实意义。本文归纳总结了近几十年来国内外对电缆绝缘老化的研究工作，从电缆绝缘的老化机理和老化方式、状态监测技术的发展以及预防措施和修复方法等方面出发，对电缆绝缘老化及其研究进展进行论述。

1 电缆绝缘的老化机理和老化方式

电力电缆具有悠久的发展史，我国在20世纪60年代已经使用XLPE作为电缆的绝缘材料。XLPE电缆具有成本低和传输容量大的特点，作为我国电力电缆的主要类型，其长期稳定的工作关系到整个电力系统的安全运行。电缆在运行过程中，受各种因素的作用，绝缘材料会发生化学组成和结构的变化，物理性能（如硬度、颜色、强度等）降低，这种不可逆的变化统称为老化，绝缘老化是影响电力电缆使用寿命的主要因素之一。国内外大量研究表明，XLPE电缆绝缘老化是在多种因素共同影响下发生的，这些因素包括温度、电、水、辐照及应力作用等。此外，近些年的研究表明，空间电荷的产生和分布情况对电缆绝缘的老化具有重要影响[4]。

空间电荷是存在于绝缘体或半导体的局部区域、异质相间和电极-介质面处的电荷被绝缘缺陷俘获形成的。空间电荷在电缆中积累、转移和消失，会导致电介质内部的电场发生畸变，影响绝缘材料的导电性，进而诱发击穿等现象；此外，空间电荷的积累还会加速电缆绝缘的老化。早期对电缆绝缘老化的研究多侧重于单一影响因素下的老化特性，近些年的研究表明，电缆绝缘的老化是一个复杂的过程，是多种因素共同作用的结果[5-6]。因此，需要开展电缆绝缘的联合老化试验，综合考虑电、热、湿度、空间电荷等影响因素，研究电缆绝缘老化的动态特性和作用机制，明确电缆绝缘的老化机理，实现对电缆绝缘的安全监控和评估。

1.1 影响电缆绝缘老化的因素

按照老化方式的不同，电缆绝缘的老化可以分为热老化、水树老化、电树老化和其他老化等。研究电缆绝缘的老化机理和影响因素以及绝缘老化与空间电荷分布的特性关系，有助于电缆绝缘的防护和使用寿命的延长，对于保证电力系统的安全运行意义重大。

1.1.1 热老化

故障特征值是故障诊断的核心内容,它提取的好与坏将直接对故障诊断的可靠性和有效性产生影响。故障特征值的提取过程就是将电路中的波形信号转化成数字信号,即信号的处理过程。时域分析法与频域分析法是目前最为常见的信号处理方法[13]。时域分析法原理简单,但是操作和实现困难,所以在这里采用实用性更高的频域分析法。利用快速傅里叶变换(FFT)把时域里的波形变化到频域中来,利用其频谱特性进行更深入的分析。

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热老化是影响电缆绝缘使用寿命的主要因素之一。高压传输电缆的工作电压可达250 kV，工作温度能够达到90℃，而当线路发生短路等故障时，电缆绝缘的工作温度会在短时间内急剧升高，最高温度甚至能够达到250℃。电缆绝缘长期在高温环境中工作，一方面会发生氧化分解和热降解，使绝缘材料的分子量降低；另一方面，高温会加快化学反应速率，加速绝缘材料性能的劣化，导致XLPE绝缘性能的下降和寿命的缩短。此外，温度的变化可能会使XLPE的结晶相和无定形相相互转化，导致在两相的界面处产生缺陷，对XLPE绝缘的老化性能也有一定的影响。电缆绝缘的热老化包括聚合物的热降解和热氧降解过程，尽管两个反应过程同时发生，但在不同的温度下，起主导作用的反应不同。

热降解的实质是C-C或C-H键断裂生成自由基，自由基通过链转移传递，经端基耦合使反应终止。热氧降解是指在热和氧气的条件下，聚合物发生氧化反应并导致聚合物中含氧官能团（羰基、羧基、过氧化物基团等）含量增加，进而引发聚合物的降解反应。在分子链的断裂过程中，氧原子结合到聚合物主链中生成羰基，可以通过羰基指数的测量对聚合物的热氧化程度进行评估。

早期关于电缆绝缘热老化的研究多采用单因子老化试验的方法，包括对电缆进行电或热处理。XLPE是一种结晶聚合物，老化试验温度通常选择在其熔融温度（Tm）之下（100℃）和之上（160℃）。李欢等[7-8]对XLPE电缆绝缘在100℃和160℃进行加速热老化实验，研究老化温度对XLPE绝缘材料热性能、电性能和力学性能的影响。结果表明，在XLPE的老化初期，老化温度较低时，有利于结晶的完善，抗氧剂的存在抑制了老化反应，绝缘的性能有所提升；当抗氧剂消耗完毕后，在100℃热老化条件下，球晶结构无明显破坏，结晶的存在阻碍了氧气的进入，此时老化降解主要发生在无定形区；而在160℃热老化条件下，高温加快了氧化反应速率，结晶区遭到严重破坏，导致试样比100℃热老化试样的热性能和力学性能劣化更快。徐俊等[9]研究了XLPE电缆热老化过程中绝缘材料理化结构的变化规律，对比了不同老化程度的绝缘材料在热裂解活化能、结晶形态和分子结构上的差异。结果表明，随着老化程度的加深，聚合物中羰基含量逐渐增加，在热老化裂解的同时也发生了后交联反应，低温热老化条件下以后交联作用为主，而高温热老化则促进了电缆绝缘材料的热裂解。除老化温度外，老化时间也是影响电缆绝缘性能的重要因素。SUO Changyou等[10]研究了老化时间与XLPE电缆绝缘导电率、电气相关系数、羰基含量及形貌的关系。结果表明，老化初期，绝缘材料的性能变化不大，随着老化时间的延长，结晶被破坏，电子的束缚作用减弱，导电率升高，电气相关系数下降明显，羰基含量快速增加，通过扫描电镜可以明显观察到XLPE微观形貌的破坏和材料的劣化。

目前，国内外研究已经普遍认可空间电荷是诱发电缆绝缘导电、击穿、老化等现象的主要因素之一[37]。随着制造技术的进步，空间电荷作用引发电树枝的形成和生长已经替代微孔作用成为影响电缆绝缘老化性能的主要因素[38]。空间电荷对电缆绝缘性能的影响是多方面的，空间电荷聚集导致局部电场畸变，加速聚合物分子链的断裂，产生缺陷并引发电树现象；此外，在电荷的注入和抽出、入陷和脱陷过程中伴随能量的转移和释放，难免对电缆绝缘的微观结构造成破坏；电荷入陷时存储的电机械能在脱陷时被释放，会造成绝缘击穿。空间电荷对电缆绝缘老化的机理主要有4种理论：电荷的注入和抽出理论、热电子理论、光降解理论和空间电荷效应理论。

水树老化是电缆绝缘失效的另一主要因素，在潮湿的环境中，水分聚集在电缆绝缘的微观缺陷处，在长期的电场作用下，绝缘内部形成水树枝（如图1所示）[11]。在电缆的安装、敷设和运行环节中，绝缘内部不可避免地会出现一些纳米级通道，这些通道为水树的形成提供了条件。一旦水树形成，这些相互独立的空洞将连通，会对电缆绝缘材料造成永久性损伤，导致电缆绝缘击穿电压显著下降，进而导致绝缘击穿，这不仅会诱发停电事故，还会对人身安全造成威胁。

图1 水树的扫描电镜图Fig.1 SEM images of water tree

目前的研究将水树的生长机理归为4类：电机械理论、扩散理论、电化学氧化理论和条件依靠理论。

考虑到故障诊断和传感器重新设置，大多数事故车维修厂愿意把车送到汽车经销商的维修店。目前维修厂在车辆诊断培训和设备采购方面的投资有所增加，但总的来说，对非钣金、喷漆方面的维修工作，例如机电维修、四轮定位以及电器维修等，大多数事故车维修厂都使用合同承包方式，由合作方完成。

（1）电机械理论：XLPE分子链在交变电场的作用下承受电机械应力并产生周期性应力疲劳，从而发生疲劳断裂，导致水树的引发和生长。

（2）扩散理论：水树区域往往出现亲水性物质，这些亲水性物质在电场作用下的扩散是水树不断生长的主要原因。

（3）电化学氧化理论：在电场作用下，绝缘材料与水、水溶氧发生氧化还原反应，生成亲水性的极性基团（如醛基、酮基、酯基、羧基等），导致了水树的生长。

（4）条件依靠理论：不同环境下水树的形成和生长需要根据不同的老化条件来分析，这个过程是集电机械、电扩散和电化学氧化反应等形成的复杂过程。

水树的产生和发展是多种因素综合作用的结果，其主导因素由电缆所处的具体运行环境决定。一般认为，电机械理论适用于分析运行环境中水树的形成，而电化学理论则适用于分析实验室加速老化实验中水树的形成。

XLPE绝缘层的电阻是判断其老化状况的基本参数。当电缆绝缘发生老化后，材料出现集中性导电通道，导致绝缘电阻显著降低和传导电流大幅增加，而暂态的吸收电流会迅速衰减，通过这些数据的变化可以判断电缆绝缘的老化情况。

1.1.3 电树老化

近年来，随着我国核电站数量的增加，核电站用电缆绝缘的老化问题逐渐引起了人们的关注。尤其是秦山、大亚湾核电站等已经投入运行多年，面临着安全壳内、外电缆老化的问题，研究核级电缆绝缘的老化问题关系到核电站的安全运行和居民的人身财产安全，意义重大。核级电缆绝缘的老化除受热氧作用外，辐照作用也是促进电缆绝缘老化的重要因素。L F LEONARD等[36]研究了XLPE电缆绝缘在热和辐照同时作用下的老化行为，结果表明，在较高辐射剂量的照射下，电缆绝缘的密度随着老化时间的延长呈线性增长，而在较低辐射剂量的照射下，未观察到相似的情况；此外，高温（115℃）、辐照（450 Gy/h）条件下，电缆绝缘的氧化诱导时间大幅缩短，严重影响电缆的运行寿命。因此，需及时建立核级电缆绝缘老化的研究方法和监测手段。

人们提出了多种理论来解释电树枝的生长特性，包括气隙放电理论、电荷注入和抽出理论、Maxwell电-机械应力理论、高氏树枝化理论、电致发光的光降解理论以及聚合物陷阱理论等[25]。近年来的研究表明，空间电荷的分布与电树枝的形成密切相关。

根据对样品有无损伤，空间电荷的测试方法又分为有损测试方法和无损测试方法。有损测量方法有热致发光法（TL）、热刺激电流法（TSC）、热刺激表面电位法（TSSP）等。当对试样进行缓慢升温处理时，电荷脱陷释放能量引发电、光等信号发生变化，通过收集这些信号即可获得电荷的陷阱深度等信息。20世纪80年代开发出的无损测量方法很大程度上避免了对样品原始空间电荷分布的影响，并且可以在高压应用中降低电缆绝缘的击穿概率，在空间电荷测量方面发挥了重要作用。无损测量方法通过给试样施加一个瞬间激励，使试样内的空间电荷发生微小的位移并产生响应信号，经信号收集和数据分析处理，可以得到相应位置上的空间电荷分布情况。无损测试方法有电声脉冲法（PEA）、热脉冲法（TP）、激光光强调制法（LIMM）和压力波扩展法（PWP）等[58]。

此外，还需注意的是电树和水树在一定条件下可以相互转换[32-33]。通常情况下，电树的生长非常迅速，而水树的生长比较缓慢。在运行多年的电缆中经常发现电树和水树同时存在的现象，通常一个连通的水树会在其前沿生长一定数量的电树（如图2所示）[34]。这可能是因为水树区域容易形成陷阱，陷阱捕获自由电子形成空间电荷，导致电场强度局部集中发生放电现象，诱发电树的形成。除此之外，电缆绝缘引发较短的电树但未引起绝缘击穿时，电树停止生长，而产生的缺陷会成为水树的引发点，一旦有水侵入，电树可能转化为水树。

除了广安区副区长的职务以外，黎永兰还是政协广安市第五届委员会常务委员。从提案记录来看，黎永兰的提案都和基层群众相关，如《关于加快推进社区日间照料中心建设的建议》、《关于强力推进产业扶贫的建议》等，提案内容集中在她较为熟悉的科教、文体方面。

图2 电树和水树-电树组合Fig.2 Electrical trees and water-electrical trees

1.1.4 其他老化方式

除了上述几种老化方式外，电缆绝缘在机械外力的作用下产生微裂纹，随着时间的延长和机械外力的持续作用，微裂纹逐渐变大变深，造成电缆绝缘性能的劣化，最终导致电缆绝缘的局部击穿和破坏，这是电缆绝缘物理老化的主要形式[35]。这些机械外力包括由机械引起的起动力、电磁力、振动力以及热循环造成的应力等。

学习控制的目的是寻找适当的学习律, 使得迭代学习序列yk(x,t)逐点一致收敛于理想的输出yr(x,t)，即：

自从1958年Kitchin等发现了电树枝现象以来，人们对电树枝的产生和生长机理进行了大量研究[22]。电树老化是一种常见的老化放电现象，聚合物绝缘中的杂质、气泡或突起等缺陷造成局部电场集中并导致局部电击穿，这种老化击穿现象往往伴随树枝状放电通道的形成，因此被称为电树老化。电树枝按其形态的不同可分为树枝状电树枝、藤枝状电树枝、丛状电树枝以及混合双结构电树枝等，不同类型的电树枝表现出不同的生长规律、通道颜色及导电性。例如，树枝状、藤枝状电树枝属于非导电型电树枝，树枝通道颜色浅，发展速度快，局部放电量大；丛状电树枝等属于导电型电树枝，树枝通道颜色深，发展速度慢，通道内产生黑色无定形碳黑，局部放电量低[23-24]。

政府将教育信息化纳入国家信息化发展整体战略，制定《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》，并向中西部地区和农村学校倾斜。根据《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》的目标任务，有关部门、各地政府协同推进，落实国家规划，把教育信息化作为事关教育改革发展的重大任务抓紧抓好。

1.2 空间电荷对电缆老化的影响

1.1.2 水树老化

XLPE的结晶形态和结晶度、温度梯度、交联温度、施加电压强度、预处理温度等均会对空间电荷分布特性造成影响。杂质是影响XLPE电缆绝缘内部电场及空间电荷分布的重要因素，影响电缆绝缘的老化性能与电击穿性能。李亚莎等[39]采用二阶四面体单元剖分的有限元方法计算含不同杂质参数的XLPE电缆绝缘中各节点的电位分布，求出各节点电位的负梯度和各节点上的电场强度，对电位移矢量求散度得到各节点的电荷密度。结果表明，杂质颗粒在电场作用下会发生离解，杂质表面聚集正电荷，负电荷注入介质层，造成电荷密度集中；杂质颗粒越大，其表面积聚的电荷量越大，电荷密度反而减小；纯XLPE电缆内部空间电荷几乎为零，表明制备高纯度电缆绝缘材料有助于抑制空间电荷的产生和提高材料的抗老化能力。文献[40-41]研究了XLPE热氧老化过程中微结构的变化对空间电荷分布的影响，发现热氧老化过程中羰基含量逐渐增高，结晶度逐渐减小，老化过程中深陷阱和浅陷阱同时增多，使得XLPE试样中的空间电荷积累量增大；脉冲电针测试表明，低温下材料中的异极性电荷积聚来自于极性基团的电离，而高温下，球晶结构被破坏，同极性电荷积聚来自于电极的注入，并且在低温热氧老化的试样中未发现同极性电荷。水树老化对空间电荷的形成也有一定的影响。ZHANG Yu等[42]通过改进双电子传输模型来解释水树老化XLPE电缆绝缘中空间电荷的形成，结果表明电缆绝缘材料的介电性能发生改变，同种电荷更倾向于集中在水树尖端。

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2 电缆绝缘的状态监测

电缆故障统计结果表明，电缆的运行失效率与运行时间密切相关，符合浴盆曲线，如图3所示[43]。

图3 XLPE电缆典型失效率曲线Fig.3 Typical failure rate curves of XLPE cable

电缆运行失效率分为3个明显的阶段：①1～5年为早期失效期，失效的原因是生产和敷设过程中引入的缺陷造成电缆损坏；②5～25年为偶然故障期，在此阶段电缆的故障率低，故障主要由电缆绝缘的水树老化引起；③25年以上为老化失效期，电缆绝缘发生热老化、电老化等使得性能劣化而引起故障。3个阶段具有明显的差异性，针对引起电缆失效的原因不同，设计不同的电缆绝缘状态检测方法。例如，电缆的早期失效主要是由质量缺陷引起，适合采用耐压试验与局部放电结合的方式进行绝缘状态检测；运行中期的偶然故障阶段，可以通过对温度、护层电流等在线监测辅以介电性能等检测手段，对电缆进行实时检测；老化失效期，电缆绝缘材料整体老化、降解，材料的性能和结构发生显著变化，可以采用微观结构观测及陷阱特性分析的检测方法进行检测。

2.1 交流击穿电压法

交流击穿电压法是监测电缆绝缘老化程度的一种常用表征方法，它通过测试电缆绝缘层老化后交流击穿电压的大小来大致估计电缆的老化程度。老化程度越深，击穿电压越小，为了确保电缆的安全运行，须确保电缆的击穿电压大于系统可能承受的过电压。此外，通过交流击穿电压法还可以估算电缆的使用寿命。利用威布尔分布推导电缆的寿命，如式（1）所示[44]。

式（1）中：U为施加电压；n为寿命的时间指数；t为电缆寿命；C为常数。

2.2 介电响应法

电介质材料在外加电场作用下会产生极化和电导两种现象。极化是指束缚电荷在电场作用下发生相对位移、产生感应偶极矩，能够反映电介质材料储存、传递和记录电场响应的过程。介电响应法基于电介质极化理论，用来表征电介质材料的老化程度，常见的研究方法有回复电压法（RVM）、极化-去极化电流法（PDC）和频域介电谱法（FDS）等[45]。

PDC法是通过对电缆绝缘进行极化和去极化处理，记录极化和去极化过程中电流的变化，提取直流电导率和介质损耗因数等相关参数，评估电缆绝缘层的状态。文献[46-47]用PDC法对水树长度不同的电缆进行测试，研究电缆绝缘介电响应时的非线性特性，结果发现水树长度不同的XLPE电缆绝缘的非线性特性能观察到明显的转折电压，水树长度越长，转折电压越低。这表明PDC法可以准确评估XLPE电缆的绝缘状态。

FDS法又称介质损耗因数（tanδ）法，它根据绝缘介质中偶极子转动产生摩擦和介质中的气隙放电，使电介质在高电压下产生损耗，用损耗来反映电缆绝缘的平均老化状态，损耗的大小可用tanδ来表示。一般认为，当tanδ值大于1%时，表示绝缘状态不良。实践中使用灵敏度为0.01%的测量装置能够很好地监测绝缘状态。文献[48-49]测量了不同老化程度电缆绝缘的介电常数（ε）、介质损耗因数（tanδ）等特征参量，研究了XLPE电缆绝缘的水树生长特性，结果表明，可以通过低频下电缆绝缘的tanδ评估电缆水树老化的严重程度。

2.3 力学性能法

绝缘材料的力学性能测试包括断裂伸长率测试和硬度测试，电缆绝缘老化前后断裂伸长率、拉伸强度和硬度的变化是判定材料老化程度的重要指标[50]。在绝缘材料寿命评估中，一般认为断裂伸长率损失50%时，绝缘材料达到寿命终点。文献[51-52]研究了XLPE在电-热联合加速老化作用下，电缆绝缘材料力学性能和介电性能的变化规律。结果表明，老化初期，电缆绝缘的力学性能变化不大；在热氧老化后期，力学性能下降明显。硬度是高分子材料的重要特性之一，是指将硬物压入聚合物材料表面时，材料产生抵抗外界侵入的能力。将硬度作为电缆绝缘性能的测试指标是一种较为新颖的思路，它利用了老化后期材料交联度增大、硬度增加的规律，通过建立硬度和老化程度的数学模型，实现电缆绝缘的快速、无损监测[53]。但是这种方法具有一定的局限性，一般适用于以聚氯乙烯、乙丙橡胶等为原料的绝缘制品。

2.4 绝缘电阻法

冯杰等[12]研究了低温条件下XLPE电缆绝缘中水树的生长状况，将样本在0℃下分别进行不同时间的加速水树老化实验。结果表明，在低温条件下，样本中的水树明显呈枝状，水树生长速率随着老化时间的增加逐渐增大。电场仿真结果表明，水树长度越长，水树尖端的电场越强，表明水树尖端处XLPE分子链受到的麦克斯韦应力越大，分子链越容易发生疲劳断裂，导致水树生长速率加快。大量的研究表明，水树的形成与湿度密切相关，湿度大于70%后有利于水树的生长。S HVIDSTEN等[13]研究了XLPE电缆绝缘中温度梯度与水树生长的规律，结果表明，由于电缆绝缘材料的热扩散系数不同，电缆中存在温度梯度，绝缘外部温度低，湿度大；绝缘内部温度高，湿度小。这种差异导致水树在电缆绝缘外部生长，很难进入绝缘内部。此外，离子对聚合物中水树的生长也有重要影响，实验发现去离子水条件下很难生长水树，而NaCl、KCl、FeCl3、FeSO4等溶液对水树生长有明显的促进作用[14-15]。我国幅员辽阔，土壤性质差异大，对埋敷在其中的电缆侵蚀作用不同，针对土壤酸碱性对XLPE电缆绝缘水树老化的影响尚未引起广泛关注。张春烁等[16]将XLPE电缆置于不同的酸碱环境下进行水树老化实验，发现酸性环境或碱性环境均有利于水树的生长，酸性或碱性越强，水树生长越快。分析原因可能是H＋和OH-的离子淌度较大，对材料化学键的破坏作用更强，引起的水树老化现象更严重。这些研究有利于我们针对不同的土壤环境布置合适的电缆。机械应力也是影响水树生长的重要因素，即使在同一根电缆的不同位置，其绝缘层所承受的机械应力也往往存在差异。研究表明，机械张力会促进水树生长，而机械压力则抑制水树生长[17-19]。然而，变温条件下机械应力对电缆绝缘水树生长的研究还鲜有报道。周凯等[20]通过研究不同温度下电缆绝缘承受机械应力作用时水树的生长特征发现，高温下受机械应力作用时，XLPE绝缘容易发生力学取向，导致样品中出现倾斜生长的水树枝，这表明温度和机械应力的共同作用决定了水树的生长方向和生长速率。胥智勇[21]研究了分子结构和交联度对水树生长的影响。研究结果表明，含有长支链的LLDPE比LDPE的耐水树能力更强；交联度更高的XLPE耐水树能力更强。这可能都是因为长支链和交联作用增强了分子链间的缠结，减少了绝缘材料中的纳米孔道和缺陷，抑制了水树的生长。

NMR是利用核磁共振分析仪对老化后的绝缘材料中含氢量以及氢原子状态变化来监测材料老化状态的方法，准确性更高。邓文东等[55]利用核磁共振分析仪研究了XLPE的热老化行为，并利用XLPE热老化规律的特征量——纵向弛豫时间和波峰面积准确监测了电缆老化情况。

2.5 差示扫描量热法（DSC）

通过DSC测试不同老化程度下XLPE试样的熔融焓ΔHm、熔融峰温度Tm和结晶度，可以监测电缆绝缘的老化状态。霍瑞美[54]研究发现，绝缘老化初期，材料的交联度先增大，这可能与热氧化反应中的再交联过程有关；老化后期，由于热裂解反应增多，分子链断裂，交联度减小。XLPE的熔融峰也有一个相似的变化过程，呈现先升高后降低的趋势。

2.6 傅里叶红外光谱法（FTIR）

FTIR是利用有机化合物分子吸收红外光会发生振动和跃迁，不同的化学键吸收特定波长的红外光，以此来分析化合物的成分。例如，电缆绝缘在热老化过程中会产生羰基，羰基指数的变化是判定电缆绝缘老化程度的重要指标。

2.7 核磁共振法（NMR）

1.3.3 卧位护理。了解急性期绝对卧床的必要性，须严格卧床两周，不可下地活动，不宜用力咳嗽，避免大动作，避免突然坐起或改变体位，大小便不能坐起离床，避免病情恶化。

2.8 微观形貌观测法

通过观察XLPE表面的微观状况可以直接了解电缆绝缘的老化情况，包括材料表面形态、微孔大小等，主要测试方法包括透射电子显微镜（TEM）、光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）等。L BOUKEZZI等[56]利用SEM检测了不同老化阶段绝缘材料的表面电势，结果表明材料的表面电势随着老化程度的加深呈现先下降后上升的趋势，这可能是因为在老化初期材料结晶度增加，表面电势下降，老化后期材料陷阱的增多，捕捉更多电荷使表面电势升高。这些变化可以用来监测电缆绝缘的老化状态。

2.9 空间电荷测量法

老化发生后，电缆绝缘材料中陷阱密度增加，通过测量陷阱密度变化可以用来衡量XLPE电缆的老化程度。此外，陷阱捕获自由电荷形成空间电荷，空间电荷在绝缘中的分布也能反映电缆绝缘的老化程度，老化时间与空间电荷总量的关系如图4所示[57]。

2.2 两组患儿动脉血气指标比较 B组患儿PaO2、PaO2/FiO2值低于A组，PaCO2高于A组，组间比较，差异均有统计学意义(P<0.05)。见表2。

图4 老化时间与空间电荷总量关系Fig.4 Relationship between ageing time and amount of space charge

电树的形成和生长与多种因素有关，目前主要研究外加电压幅值及频率、温度、电极特性、残存机械应力、结晶形态等因素对电树的形成及生长特性的影响。马宗乐等[26]利用变频电源研究了施加电压频率对硅橡胶中电树生长特性的影响，结果表明，高频有利于藤枝状电树的生长，随着电压频率的升高，硅橡胶中电树枝的起始时间减少，电树枝的累积击穿概率增大。温度也是影响XLPE电树生长特性的关键因素，随着我国极端天气增多，研究低温条件下XLPE的电树生长特性有着重要意义。马一力等[27]、朱乐为等[28]研究了低温环境下电缆绝缘电树枝的生长特性，发现不同温度下电树枝的生长形貌不同，低温不利于电树枝的生长。周利军等[29]、CHEN X等[30]研究了高温高气压对XLPE电树生长特性的影响，结果表明，高温下XLPE结晶被破坏，自由体积增加，气压升高使绝缘材料受到的轴向拉力增大，材料电气性能下降明显，更易引发电树枝。高温高气压下，XLPE电缆的绝缘性能下降明显，电缆安全运行受到严重威胁。电缆绝缘在生产、敷设和运行过程中难免产生空洞，ZENG Junxiang等[31]研究了电缆绝缘中空洞的存在和电树生长特性的关系，发现空洞的存在降低了放电电压，降低了电树生长的起始电压，有利于电树枝的形成。

2.10 无损监测方法

无损监测能够准确并快速地对电缆绝缘的损伤程度进行可视化分析与精确评估，在一定程度上保证了居民及工作人员的人身安全。新式无损监测方法包括X射线检测、超声波检测和TM电磁波谱检测技术等。文献[59-60]利用超声波检测手段来监测XLPE电缆绝缘的老化状态，分别测试了不同老化时间样品的介电性能和超声波脉冲信号，发现随着老化时间的延长，老化样品的介电性能和超声波脉冲信号速率同步下降，这表明可以利用超声波来监测电缆的老化状态。QI Bing等[61]使用TM电磁波谱在线监测了电缆绝缘的老化状态，分别利用高斯脉冲波和正弦波作为刺激源，讨论了介电常数与空间电场分布的关系，证明了这种特殊波谱特征可以用来在线监测电缆的老化状态。

3 电缆绝缘老化的修复方法和预防措施

我国早期缺乏电缆生产制造、安装敷设及运行维护的经验，随着电缆运行年限的增加，许多城市电网的电缆线路老化问题愈加严重。利用绝缘修复技术能显著提高水树老化电缆的绝缘性能，延长使用寿命，极大地降低更换电缆所带来的成本问题。此外，目前电缆绝缘暴露出的问题，为电缆绝缘的设计提供了充分的研究样本。

三是借用公共视频宣传窗口，整合辖区资源。区委政法委、区委宣传部积极协调解放碑CBD、重百、新世纪、大石化管委会等有大屏幕的单位，播放区委政法委制作的扫黑除恶专题宣传片、区公安分局短片，同时还要求有关单位协调各传媒公司在全区商用电梯、居民电梯内，投放扫黑除恶短片，进一步扩大了宣传覆盖面。

（一）属于船载危险货物范围的B组固体散装货物中，仅在散装时具有化学危险的固体散装货物，不属于港口作业危险货物范围；

3.1 电缆绝缘老化的修复方法

3.1.1 电缆绝缘的水树老化修复

水树老化作为一种常见的老化方式，严重影响着电缆绝缘的使用寿命。若将老化电缆全部换新，将面临着高额成本与施工限制，而水树老化电缆绝缘的修复技术为解决电缆老化问题提供了新思路，这种方法经济、便利、符合实际工业的需求，因此具有广阔的应用前景。目前，经过近30年的研究和改良，已经发展了两代水树老化电缆的修复技术，并进行了修复现场应用[62]。第一代修复技术是将含硅烷和催化剂的修复液通过压力法注入电缆内部使其逐渐渗透到绝缘层的水树区域中。硅烷单体与水在催化剂的作用下发生水解缩合反应，生成有机聚合物，可以填充水树空洞，从而实现电缆绝缘的水树修复[63]。在第一代修复技术的基础上开发的第二代修复技术更多地考虑了应力、电场、紫外光和局部放电等因素对电缆绝缘修复效果的影响，添加了更多的有机成分来完善电缆的修复效果[64-65]。

周凯等[66-67]研究了修复液技术修复水树电缆绝缘的方法，他们首先制备了硅氧烷修复液，并对水树老化后的XLPE电缆进行修复，采用压力注入的方法将修复液注入老化样本缆芯进行修复。研究了修复前后电缆绝缘的损耗因子和击穿电压的变化，发现修复时间越长，老化电缆的恢复效果越好，修复后电缆的最佳性能与新电缆相当；通过扫描电子显微镜可以观察到水树空洞被有效填充，消除了绝缘层的微孔。修复液与水的直接反应实验进一步证实了该修复液能有效提升水树老化电缆的绝缘性能。硅氧烷修复液注入技术在北美已经得到了一定的推广，但是在实际应用中仍然面对着修复液渗透缓慢，停电维修时间长的问题。过往的研究表明，电场作用下XLPE非晶区的分子链可以沿着电场方向定向排列并发生取向，这可能有利于修复液在无定形区渗透，提高修复液的渗透速率。周凯等[68]对几组水树老化后的样品注入硅氧烷修复液并施加不同的电压，监测样品的介质损耗因数及泄漏电流，分析了不同电场条件下水树老化电缆样品的微观结构和绝缘性能。实验结果表明，施加电压的XLPE电缆绝缘恢复速度优于未施加电压的样品，直流正极性电压下电缆绝缘的修复效果最优，这是因为施加直流正极性电压时，分子链的取向结构有利于硅氧烷修复液在电缆绝缘中的扩散，与水反应的生成物分散更加均匀[69]。

在有机修复液注入法的基础上，国内科研工作者开发出纳米复合填充修复技术解决电缆绝缘水树老化的问题。首先将修复液注入到水树区域，利用溶胶-凝胶法在水树通道内生成无机纳米颗粒，生成物表面具有大量羟基（具有硅烷偶联剂的作用），实现了电缆绝缘材料和无机纳米颗粒的连接。形成有机-无机纳米复合填充结构的填充效果更好，修复后的电缆绝缘中空洞和缺陷明显减少，提高了其绝缘性能和电击穿性能，基本原理如图5所示[62]。

图5 有机-无机纳米复合填充结构Fig.5 Organic-inorganic nanocomposite filling structure

除此之外，周凯等[69]还发现水树电缆具有自修复现象，他们采用水-针电极法加速培养水树在XLPE中形成和生长。去除电压后，发现水树通道逐渐缩小，将水滴挤出后，水滴相互独立地存在于电缆绝缘中。表明这种自修复现象是由聚合物的弹性形变引起的，性能测试表明电缆绝缘的电气性能在去除电压后逐渐恢复。

3.1.2 电缆绝缘的电树老化修复

XLPE电缆绝缘的水树老化修复技术已经较为成熟，尤其是有机修复液技术的发展，实现了水树老化电缆寿命的延长，降低了生产成本。但是，电缆绝缘的电树老化修复技术还鲜有报道。这是因为电树老化对绝缘材料的损伤被认为是不可逆的，而一些聚合物的传统自修复技术又不适用于绝缘材料的老化修复。例如，动态可逆共价键技术通过缺陷处的紧密结合，实现了分子或纳米尺度的修复，然而电树老化往往形成的是微米级通道，不适用于此种方法[70-71]；而微胶囊修复技术含有液体和金属催化剂，会影响绝缘材料的电阻值和介电性能，也不适用于电缆绝缘的电树老化修复[72]。

针对电树枝老化的研究目前主要是通过添加电压稳定剂或抑制剂等延缓电树发展。周凯等[73]利用修复液预注入技术抑制电缆电树的形成和生长，实验结果表明，修复液的存在降低了绝缘水针尖端、电树尖端和水树末梢的电场，降低了电树的引发率，抑制了电树生长。添加纳米填料是增强电压稳定性的主要方法，常用的电压稳定剂有苯偶酰类电压稳定剂、噻吨酮类电压稳定剂、纳米氧化铝和富勒烯等[74-76]。

乐视实施的多元化战略经营既可使企业规避一定的政策、财务、原有产业经营风险等，同时也会带来一定的弊端，企业应认清风险从而决定多元化战略。从上面的分析可以看出，在比对乐视多元化经营战略的选择性原则时，从当时的经济历史环境下，继续以视频网站为主业务，走专业化道路存在市场空间压缩，利润率低且收入来源单一，一旦视频网站发展遇到问题形成风险将可能导致资金链断裂，企业被市场淘汰。分析中还可以发现乐视在所从事的视频网站行业由于缺乏先进可持续的良好盈利模式及经营模式且已基本处于行业发展的成熟期，加之时年视频行业逐渐兴起构架全产业链业务体系，向硬件设备深入协同发展，乐视不可避免的走上了多元化经营的道路。

2018年，YANG Yang等[77]报道了利用超顺磁纳米颗粒实现聚合物电损伤自修复的方法，这种在固态绝缘材料中实现电损伤自修复的方法，首次实现了绝缘材料在遭受电树破坏后电树通道的自愈合与绝缘性能的自恢复，同时保持材料的基础电气性能不受影响。他们首先通过尖端放电引发电树枝的形成，随后使磁性纳米粒子（表面修饰氧化铁）在震荡磁场（OMF）的作用下扩散并迁移到电树通道处，借助这种常见的磁力加热装置使绝缘材料温度升高。研究表明，磁性纳米粒子聚集的电树通道处温度比不含磁性纳米粒子的区域高24℃。当电树通道处的温度高于聚烯烃的熔点时，电树通道处的聚合物熔融，实现了电树通道的修复。文章的另一突出特点是纳米填料的填充量极低，在体积分数低于0.1%时即可实现94%以上的修复率，修复后的绝缘材料电气强度为490 kV/mm。同时研究指出，该修复方法具有普适性，可广泛用于聚烯烃等聚合物绝缘材料，为提升电力电缆等电力装备的使用寿命提供了全新的方法。

3.2 电缆绝缘老化的预防措施

电缆绝缘在生产、敷设时难免产生缺陷，在运行过程中受电、热、氧、水和辐照等影响发生老化，其性能降低和寿命缩短是不可避免的问题。经过几十年的研究，根据电缆绝缘老化方式的不同，科研工作者提出了不同的措施来提高电缆绝缘的抗老化性能，这些方法为以后电缆绝缘的设计提供了丰富的理论基础。

例如，为了预防电缆绝缘的水树老化，人们提出通过改变交联方式、材料净化处理和材料改性等方式抑制水树的生长[78]。梁凤芝等[79]研究发现，抗氧剂300可以有效抑制XLPE水树枝生长，提高其抗老化性能。加入无机填料是提高电缆绝缘抗老化性能的主要方式。研究表明，Al2O3、SiO2、ZnO、炭黑等纳米颗粒能有效抑制橡胶中电树枝的生长，这主要是因为这些不导电的纳米颗粒分散在电树生长的孔道中，阻碍了电树的生长[80-81]。降低XLPE电缆绝缘中的杂质含量也是提高电缆绝缘抗老化性能的重要方法。文献[82-83]在研究铜催化氧化反应对交联聚乙烯电缆绝缘聚集态结构和性能的影响时发现，富铜相杂质会引发XLPE球晶结构的加速破坏以及结晶度的加速下降，铜在氧化反应中起到催化剂的作用，导致氧化反应加速，造成XLPE的劣化加剧。国外已经成功制备了超纯电缆绝缘材料，通过抑制空间电荷的积聚来提高电缆绝缘的抗老化性能，但国内目前仍需大量进口，亟待实现国产化。

此外，应用先进的理论分析手段，辅助筛选纳米填料提高XLPE电缆绝缘的老化性能，可以极大地提高工作效率和降低成本。郑晓楠[84]利用第一性原理理论研究了纳米填料对XLPE电缆绝缘抗老化性能的影响，采用吸引热电子能力不同的二氧化硅和石墨烯作为XLPE的纳米填料，比较了不同纳米填料限制XLPE链移动能力的强弱，以及化学氢迁移发生的可能性，并通过第一性原理分析筛选出潜在的纳米填料用来提高XLPE电缆绝缘的抗老化性能。这种方法实现了绝缘材料理论设计和实践应用的结合，具有很高的参考价值。

在运用该系统的过程最后，车辆进场前，需在项目部安全环保部门办理台账登记手续（三证齐全），手续齐全后发项目部自编号，由设备物资科进行电子标签的录入信息工作，录入完成后装料，装料到达自动称重系统后看指示灯（红绿灯），当绿灯亮时，车辆行驶到电子标签扫描区域，扫描成功后道闸打开，车辆进入称台中间（此时红外线已扫描）不用停车方可称重记录，记录成功后语音提示称重保存成功，显示屏显示称重数据，道闸打开车辆通过称重完毕。

4 结束语

电缆绝缘的健康状态关系到供电安全和电网的稳定运行。本文从电缆绝缘的老化方式、老化机理和老化的影响因素、电缆绝缘的状态检测以及电缆绝缘老化的修复方法和预防措施等方面出发，总结近些年国内外的研究现状和进展。早期实验室对电缆绝缘的研究方法侧重于单一变量对材料老化性能的影响，经过几十年的研究，发展到多种因素综合作用下电缆绝缘的老化研究。尤其是近些年，空间电荷作为影响电缆绝缘老化性能的重要因素得到人们的广泛认可和研究。此外，大量的物理模型和模拟方法被开发用来实现电缆绝缘的状态检测和诊断，并且已经初具规模。在电缆绝缘修复技术方面，开发出修复液注入技术修复水树老化电缆，在绝缘电树老化修复方面取得了突破性进展，实现了老化电缆的修复和寿命的延长。利用第一性原理等方法揭示纳米填料提高电缆绝缘老化性能的机理，为电缆绝缘的设计和实验研究提供理论指导。电缆绝缘的老化不可避免，实现对电缆绝缘老化状态的快速、无损检测依然面临巨大的挑战，解决这一难题，是未来行业发展的迫切需求。