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项目名称: 输配电电缆绝缘老化机理、诊断和修复的研究及应用 提名单位意见: 我单位认真审阅了该项目提名书及附件材料,确认全部材料真实有效,相关 栏目均符合四川省科学技术奖励工作办公室填写要求.

自我国大规模实施城市电网电缆入地改造以来, 大部分电缆运行年限已超过

15 年,有的已经超过

20 年,逐步进入 老龄化 ,运行可靠性严重下降,导致 电缆线路故障频发.项目经过近十年攻关,取得了重大创新成果:提出了基于电 场应力下高分子蠕变模型的水树电机械老化理论,揭示了新的水树引发、生长和 影响机理, 提出基于不对称性和反射系数谱的水树老化诊断和定位技术,提出有 机-无机纳米复合的水树修复方法及长期作用机理,系统解决了输配电电缆系统 运行维护的重大理论方法与关键技术难题.该项目共获得授权发明专利

7 项、软 件著作权

1 项,发表论文

105 篇(其中 SCI/EI 论文

65 篇) ,出版著作

1 部,参 与编写

2 项标准.项目成果已广泛应用于多个城市电网,近三年来(2016-2018 年) ,累计实现直接新增销售利润 1.2 亿元,间接经济效益不可估量,大大提升 了输配电电缆系统的安全运行水平,保证了电力系统的安全稳定可靠运行. 提名该项目为四川省科技进步奖. 项目简介: 自我国大规模实施城市电网电缆入地改造以来, 大部分电缆运行年限已超过

15 年,有的已经超过

20 年,逐步进入 老龄化 ,电缆线路故障频发,城市电 网供电可靠性问题变得愈加突出,容易引发很多大停电等恶性事故,需要我国电 网运行企业对电缆老化问题有着前瞻性的思考和布局.因此,电缆绝缘的老化机 理、 故障诊断以及老化电缆的寿命延长问题是保障电力系统安全运行的紧迫任务. 本项目历经近十年攻关,在国家自然科学基金、南方电网重点项目等

40 余 项国家及企业项目的资助下,系统解决了输配电电缆系统老化、诊断及修复的理 论方法与关键技术难题.主要创新点如下: 1.提出了基于电场应力下高分子蠕变模型的水树电机械老化理论, 阐明了新 的水树引发、 生长和影响机理. 发现并解释了电缆水树老化过程中的绝缘自愈现 象,建立微观结构-分子链力学行为-宏观介电行为的关联机制;

在原有

2 元件蠕 变模型上进行修正和完善, 构建了水树老化的

4 元件蠕变模型,提出了基于蠕变 模型的分子链疲劳断裂的新机理;

提出了新的运行环境下的电树向水树的转换机 理, 构建了水树的三阶段生长模型,首次发现并解释了异常水树现象以及力学取 向下的水树生长机理,同时在原有蠕变电机械模型基础上,揭示了不同温度、温 度交变等环境下的水树生长行为和机理. 2.提出基于不对称性和反射系数谱的水树老化诊断和定位技术. 首次发现了 水树在极化和去极化过程中的损耗具有不对称性, 提出了利用在极化和去极化过 程中的损耗的不对称性作为水树的老化的诊断判据;

基于反射系数谱实部的频域 老化缺陷定位技术,首次采用频域滑动加窗方法,提高了定位的精度.同时基于 该原理开发了现场检测装置,大大提升了电缆绝缘中水树定位效果. 3.提出了有机-无机纳米复合的水树修复方法及长期作用机理.提出了无机 纳米颗粒+偶联剂+XLPE 基体的水树有机-无机复合填充结构,通过偶联剂改善 了基体与纳米颗粒的结合性;

构建了水树修复填充物在电热应力下的长期作用模 型, 即修复填充物和水树区的残留修复液能抑制水树在电热老化过程的二次生长;

提出新的基于带电修复和预修复的水树修复技术. 通过研究,授权发明专利

7 项,软件著作权

1 项,发表论文

105 篇,其中 SCI/EI 论文

65 篇,出版专著

1 部,起草制定标准

2 项.研究成果已成功应用于 四川、云南、广西等多地电网,提升了在运输配电电缆系统的绝缘可靠性.针对 由于

2008 年地震导致阿坝地区地下电缆系统绝缘性能下降、运行可靠性大大降 低的问题,项目成果成功应用在阿坝供电公司,全面提升了电缆系统绝缘水平. 尚纬股份有限公司及四川新蓉电缆有限责任公司采用项目成果电缆绝缘状态诊 断技术,对电缆进行出厂测试,提升了产品质量,近三年累计新增销售利润 1.2 亿元.通过本项目成果的应用,保障了电力系统的可靠运行,有效延长了电缆使 用寿命,降低了交联电缆对环境造成的危害.同时,为川内电缆料制造企业新产 品的研发提供了技术支撑, 提升了其市场竞争力, 产生的间接经济效益不可估量. 客观评价: 1.项目通过了四川工信科技技术评估有限责任公司组织的行业专家鉴定, 鉴 定结果如下: 该项目系统研究了输配电电缆的绝缘老化机理、 诊断定位技术及水树修复方 法, 提出了全新的电缆水树老化模型及老化机理,形成了一套完整的电缆绝缘状 态诊断、定位、预修复及带电修复技术,研发了一套基于改进型振荡波测试及 TEV 传感器的长、短电缆局放监测定位装置,实现了对电缆绝缘的监测、诊断 及修复.项目已授权发明专利

7 项,出版学术专著

1 部,发表 SCI 收录论文

14 篇,EI 收录论文

41 篇. 项目主要创新点包括: (1)建立了电场应力下高聚物分子链四元件蠕变模型的 XLPE 电缆水树的三 阶段生长模型,完善了 XLPE 电缆水树老化机理. (2)提出了基于电缆极化-去极化电流非线性系数及损耗不对称性老化特征量, 建立了基于该特征量的 XLPE 电缆绝缘状态评估方法. (3)发现了一种基于有机-无机纳米复合的 XLPE 电缆水树修复方法,并提出 了XLPE 电缆水树带电修复和预修复的新方法. (4)开发出一套基于改进型振荡波测试方法及 TEV 传感器的电缆局部放电监 测装置,并结合时间反演法及能量峰值法,实现了对长、短电缆的局部放电的准 确定位. 项目开发的 XLPE 电缆检测装置及修复装置经法定检测机构检测, 符合相关 技术要求,从2015 年开始在国内多个电缆制造、供电企业推广应用,用户反映 良好,取得了较好的经济效益和社会效益. 该项目理论创新及诊断、修复应用技术总体达到国际先进水平,其中 XLPE 电缆四元件水树老化模型及水树有机-无机纳米修复技术达到国际领先水平. 2.国家一级科技查询咨询单位检索了国内外相关数据库, 检索结果是项目的 研究成果国内外未见有相同的文献报道,具体情况如下: 项目查新点包括:

1 高分子运动特性的四元件模型以及 XLPE 材料在 Maxwell 交变电场应力作用下蠕变导致的能量积累和疲劳断裂机制;

2 不同温度、 不同电压极性、 不同温度交替和不同电压波形等条件下水树生长规律及机理;

3 基于电缆极化-去极化电流的非线性系数、 不对称性等特征参数以评估老化状态;

4 基于冲击电压下的介电响应特性中的复介电常数来评估电缆绝缘状态的方法;

5 基于频域反射法的反射系数谱的电力电缆微弱老化缺陷的定位方法;

6 基于双 电容串联模型的 TEV 传感器的电缆局部放电监测装置;

7 在水树空洞中通过压 力注入修复液能自生成纳米颗粒的新型修复方法, 以及该方法对局部放电和击穿 电压的提升机理;

8 在带电的情况下电缆修复液和带电修复注入技术;

9 在带电 的情况下电缆修复液和带电修复注入技术. 经过检索, 除了研究团队发表的文章和专利外,国内外未兼有相同的文献报 道. 应用情况: 项目成果已广泛应用于四川、广西、云南等多个输配电电缆系统中,避免了 电缆突发事故的发生, 减少了由于电缆绝缘故障导致的突发停电事故,保障了电 力系统的安全稳定运行.同时,将项目成果应用在大型电缆料生产企业,基于项 目研究的新型电缆绝缘材料, 生产新型抗老化电缆料,提升了企业在同类型产品 市场的竞争力.近三年,新增销售利润 1.2 亿元,间接经济效益不可估量.主要 应用单位情况如下: 主要应用单位情况表 序号 单位名称 应用的技术 应用对象 应用起止时间 单位联系人 及规模 /电话

1 成都易研科技有 限公司 基于电缆极化-去极化 电流测试的电缆检测装 置 电缆

2015 年至今 赵润花

2 成都智云测控仪 器有限公司 基于电缆极化-去极化 电流测试的电缆检测装 置 电缆

2015 年至今 许强

3 广州供电局有限 公司珠海供电局 输配电电缆的绝缘修复 技术 电缆线路/3 条2016 年6月-2017 年12 月4广州供电局有限 公司黄埔供电局 输配电电缆的绝缘修复 技术 电缆线路/3 条2017 年1月-2017 年12 月5国网巴中供电公 司 高精度低频电力电缆介 质损耗技术及电力电缆 附件局放检测技术 电缆线路/10 条2012 年-2014 年6国网成都供电公 司 电力电缆线路绝缘状态 检测、诊断及修复技术 研究 电缆线路/20 条2012 年-2015 年7国网达州供电公 司 交流变频振荡波局放检 测技术及电力电缆附件 局放检测技术 电缆线路

2014 年-2015 年8国网德阳供电公 司 输配电电缆的绝缘修复 技术 电缆线路/1 条2012 年-2015 年9国网甘孜供电公 司 交流变频振荡波局放检 测技术及高精度低频电 力电缆介质损耗技术 电缆线路/1 条2012 年-2014 年10 国网广安供电公 司 交流变频振荡波局放检 测技术及高精度低频电 力电缆介质损耗技术 电缆线路/1 条2012 年-2014 年11 国网广元供电公 司 电力电缆附件局放检测 技术和电力电缆低频介 损测试技术 电缆线路

2014 年-2015 年12 国网杭州供电公 司 电力电缆附件局放检测 技术 电缆线路/10 条2012 年-2015 年13 国网乐山供电公 司 交流变频振荡波局放检 测技术及高精度低频电 力电缆介质损耗技术 电缆线路/10 条2012 年-2014 年14 国网泸州供电公 司 交流变频振荡波局放检 测技术及高精度低频电 力电缆介质损耗技术 电缆线路/10 条2012 年-2014 年15 国网眉山供电公 司 交流变频振荡波局放检 测技术及高精度低频电 力电缆介质损耗技术 电缆线路/10 条2012 年-2014 年 主要知识产权和标准规范目录: 知识产权 (标准) 类别 知识产权 (标准)具 体名称 国家 (地区) 授权号 (标准 编号) 授权 (标 准发布) 日期 证书编号 (标准批 准发布部 门) 权利人 (标准 起草单 位) 发明人(标 准起草人) 发明专利 (标准)有 效状态 发明专 利 一种电力 电缆绝缘 老化的自 由基清除 剂及其自 动愈合方 法 中国 ZL201

210168 349.7

2014 年03 月26 日1368163 四川 大学 周凯;

熊庆;

陶文彪;

万利;

赵威;

陶霰韬;

李 旭涛 有效专利 发明专 利 工频叠加 冲击试验 的试验方 法 中国 ZL201

410550 645.2

2017 年04 月05 日2438068 四川 大学 周凯;

赵世 林;

何珉;

黄明;

熊庆;

冉立;

谢敏;

张福忠 有效专利 发明专 利 一种无机 纳米复合 剂及其制 备方法和 应用 中国 ZL201

210043 269.9

2013 年08 月14 日1252657 四川 大学 周凯;

陶文 彪;

赵威;

李旭涛;

陶 霰韬;

万利;

熊庆;

牟秋 谷;

黄友聪;

潘荣超;

李顺有效专利 发明专 利 一种自生 成纳米颗 粒的电力 电缆修复 液及其制 备方法和 应用 中国 ZL201

210036 857.X

2013 年10 月02 日1281336 四川 大学 周凯;

陶霰 韬;

赵威;

李旭涛;

陶 文彪;

万利;

熊庆;

潘荣 超 有效专利 发明专 利 交联聚乙 烯电力电 缆纳米修 复液及其 修复方法 中国 ZL201

010194 697.2

2011 年08 月31 日832332 四川 大学 周凯;

张涛;

董凌江;

黄 友聪;

牟秋 谷;

文承家 有效专利 发明专 利 交联聚乙 烯电力电 缆带电修 复装置及 其带电修 复方法 中国 ZL201

010028 136.5

2011 年11月16 日864667 四川 大学 周凯;

冉立;

董凌江;

黄 友聪;

袁林;

管顺刚 有效专利 发明专 利 一种高灵 敏度电力 电缆局部 缺陷诊断 方法 中国 ZL201

610351 358.8

2018 年06 月22 日2970050 四川 大学 周凯;

谢敏;

赵世林;

何珉;

张福忠;

冉立 有效专利 论文 A new insight into the influence of mechanical orientation on water tree propagation in abnormal water tree shapes 中国 2017, 24,(6) :3878-

3886 2017,1 2,1 周凯、 李康 乐、何郁 松、 朱光亚 其他的有 效知识产 权 论文 A Possible Water Tree Initiation Mechanism for Service-Ag ed XLPE Cables: Conversion of Electrical Tree to Water Tree 中国 2016, 23(3): 1854-

1861 2016,1,

18 周凯、黄明、陶文 彪、何珉、 杨明亮 其他的有 效知识产 权 论文 Insight into the New Role of Titanium Isopropoxid e Catalyst on Rejuven................