交联聚乙烯（Cross-Linked Polyethylene, XLPE）以其优越的电气、热与力学性能而广泛应用于电力电缆绝缘。近20多年来，随着XLPE电缆绝缘材料技术的不断突破和柔性直流输电技术的持续进步，XLPE直流电缆的电压等级不断提高。

其中，ABB与Nexans公司先后完成了525kV XLPE直流电缆的研发；2017年，NKT公司将XLPE直流电缆的电压等级进一步提高到640kV；国内宁波东方、中天科技和江苏亨通等企业也开展了500kV XLPE直流电缆的研发工作，并取得了一定突破性进展。

目前，高压直流电缆的设计主要是参照了交流电缆的设计原则，同时为了保证电缆的可靠运行，通常会选择相对保守的绝缘厚度和脱气工艺设计原则，其中电缆的脱气工艺还主要停留在经验上，目前没有明确的规定和标准。对于500kV高压直流电缆，长达几十天的脱气时间，大幅度增加了企业的生产成本，延长了电缆的投运时间，而脱气过程中绝缘介质的电气性能是否得到了有效改善尚不明确。

目前，通常采用过氧化二异丙苯（Dicumyl Peroxide, DCP）作为XLPE的交联剂，在交联的过程中，DCP受热分解生成苯乙酮、枯基醇和◆-甲基苯乙烯等多种副产物，这些交联副产物中含有的极性分子，易导致材料内部空间电荷积聚，引起电场畸变，加速电缆的老化进程，严重时会造成局部放电，甚至绝缘的击穿。

目前，国内在高压直流电缆的研发方面，主要是采用进口的超纯XLPE电缆料，而现有的研究中，关于该类电缆的生产以及投运后的绝缘性能变化的研究并不多，介电特性变化也并不明确。因此，开展超纯电缆绝缘特性的研究，掌握其在直流击穿、电导以及空间电荷等方面相关的绝缘性能参数，充分认知现有超纯材料的参数特征，对国产XLPE高压直流电缆的研发和工程应用具有重要的理论意义和工程价值，也可以为国产化超纯高压直流电缆料的研发提供一些数据参考。

南方电网科学研究院等单位的研究人员基于进口的超纯XLPE高压直流电缆料，利用热压法制备了不同脱气时间处理的XLPE试样，对这些试样进行了电导和击穿实验，研究了不同脱气时间下XLPE试样的电气特性；利用空间电荷测量系统研究试样内部电荷的分布特性；利用X射线衍射（X-Ray Diffraction, XRD）仪，研究了不同脱气时间下XLPE试样的结晶特性，以期为国产500kV XLPE高压直流电缆的研发提供重要的基础数据和理论支持。

他们最后得到以下研究结论：

1）脱气处理有助于XLPE内部交联副产物的挥发，提高材料的绝缘特性。在脱气36h内，XLPE的电流密度、击穿强度和材料结晶特性都得到持续的改善，但是脱气90h，绝缘特性有所下降。实验结果表明，XLPE长时间的脱气，并不会持续改善其绝缘性能，脱气存在极值时间。

2）脱气处理的前期，大分子链受热场的影响，活性增加，促进了无定型区域分子链有序折叠，增加了试样的结晶度，改善了绝缘性能，但分子链的移动，会产生新的空穴，有利于载流子的注入，易产生电场强度畸变。

3）脱气处理的后期，XLPE的电气特性和材料结晶特性出现了下降，但是击穿特性的形状参数在脱气的过程中持续增加，这说明热场可能破坏了缺陷区域的晶体或其他分子，促进了杂质的再发挥，进一步净化了材料，使得绝缘的稳定性得到了提高。

本文编自2021年《电工技术学报》增刊2，论文标题为“脱气处理对高压直流电缆绝缘特性的影响”，作者为罗兵、孟繁博 等。