油浸紙絕緣電纜（OILFLEX或PILC）是一種利用油-紙復(fù)合介質(zhì)實(shí)現(xiàn)高絕緣強(qiáng)度的經(jīng)典電纜結(jié)構(gòu)，其核心原理在于通過(guò)油與紙的協(xié)同作用構(gòu)建多重絕緣屏障。盡管逐漸被交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜替代，但在高壓直流輸電等特殊場(chǎng)景仍不可替代。以下從材料特性、絕緣機(jī)制、電場(chǎng)控制及老化防護(hù)四層剖析其作用原理：

一、材料協(xié)同：油與紙的物理化學(xué)互補(bǔ)

1.絕緣紙功能（木漿/牛皮紙）

物理屏障：多層紙帶螺旋纏繞導(dǎo)體（重疊率≥25%），形成厚度精確的纖維素骨架（0.08~0.15mm/層），阻斷放電通道；

介電性能：相對(duì)介電常數(shù)ε_(tái)r≈3.5（60Hz），擊穿場(chǎng)強(qiáng)＞60kV/mm（20℃干燥態(tài)），但天然孔隙需油脂填充。

2.絕緣油作用（礦物油/合成烷基苯）

孔隙填充：低粘度油（40℃黏度＜8cSt）滲入紙層微孔，消除氣隙（空氣ε_(tái)r=1易電離）；

散熱介質(zhì)：熱導(dǎo)率（0.15W/m·K）＞空氣10倍，強(qiáng)化導(dǎo)體散熱；

化學(xué)穩(wěn)定：精煉油含抗氧劑（如DBPC），抑制酸性物質(zhì)生成。

>關(guān)鍵配合：油浸漬使復(fù)合介質(zhì)ε_(tái)r降至3.0~3.3，介質(zhì)損耗tanδ＜0.002（90℃），優(yōu)于單一材料。

二、絕緣機(jī)制：分層阻斷電荷遷移

1.界面極化抑制

油-紙界面存在麥克斯韋-瓦格納極化效應(yīng)，多層交疊結(jié)構(gòu)使界面電荷積聚分散，減少局部電場(chǎng)畸變。

示例：110kV電纜需繞包50層紙帶，層間油膜形成數(shù)百萬(wàn)個(gè)微型電容，均勻化電場(chǎng)分布。

2.電離防護(hù)雙保險(xiǎn)

氣隙消除：油填充紙纖維間0.1~10μm孔隙，將局部放電起始電壓（PDIV）提升至工作電壓2倍以上；

電荷吸附：油中芳香烴分子捕獲自由電子，抑制電子崩發(fā)展（電離系數(shù)α下降30%）。

三、電場(chǎng)控制：軸向與徑向雙重優(yōu)化

>結(jié)構(gòu)示例：220kV電纜絕緣厚度達(dá)20mm，采用“導(dǎo)體屏蔽-絕緣-絕緣屏蔽-金屬護(hù)套”四層結(jié)構(gòu)，工作場(chǎng)強(qiáng)控制在8~10kV/mm。

四、壓力系統(tǒng)：維持絕緣油動(dòng)態(tài)平衡

1.重力供油箱（GFP）

電纜高位安裝油槽（落差≥15m），油壓維持0.02~0.3MPa，補(bǔ)償熱脹冷縮導(dǎo)致的油體積變化；

油路連接波紋鋁管，配置壓力繼電器（動(dòng)作閾值±10%）。

2.充油電纜（OF）

導(dǎo)體中心設(shè)螺旋油道（直徑6~12mm），泵站強(qiáng)制循環(huán)冷卻油，適用500kV以上等級(jí)；

油流量≥100L/min，確保溫升≤15K（載流量提升30%）。

五、老化防護(hù)：材料與結(jié)構(gòu)的抗劣化設(shè)計(jì)

1.水分阻隔

金屬護(hù)套（鉛套厚度≥2.5mm）防水透濕率＜0.1g/m2·day；

阻水帶（聚丙烯酸鈉）遇水膨脹300倍，堵塞滲漏路徑。

2.熱老化延緩

絕緣紙聚合度（DP）≥1000，90℃下壽命＞40年（阿倫尼烏斯模型）；

油中添加BTA緩蝕劑（苯并三氮唑），抑制銅導(dǎo)體氧化。

3.電樹(shù)抑制

油中精控含氣量（O?＜0.1%，N?＜0.5%），防止氣隙放電引發(fā)電樹(shù)枝；

絕緣紙堿處理（pH＞9.5），增強(qiáng)抗電解腐蝕能力。

六、性能邊界：油紙電纜的物理極限

電壓上限：交流≤500kV（直流±600kV），受限于油紙介質(zhì)厚度與重量；

溫度窗口：長(zhǎng)期運(yùn)行90℃，短路允許250℃/2s（油碳化溫度＞300℃）；

敷設(shè)限制：最大落差≤30m（重力供油系統(tǒng)），彎曲半徑≥20倍外徑。

技術(shù)總結(jié)：經(jīng)典結(jié)構(gòu)的不可替代性

油浸紙絕緣電纜憑借自愈性絕緣（油流動(dòng)修復(fù)局部缺陷）及超高場(chǎng)強(qiáng)耐受，至今仍是高壓直流輸電的首選（如±500kV葛洲壩工程）。其原理本質(zhì)是材料協(xié)同（油填隙）+結(jié)構(gòu)優(yōu)化（多層屏蔽）+動(dòng)態(tài)維護(hù)（壓力供油）的三位一體體系。然而在環(huán)保與成本壓力下，新型PPLP（聚丙烯層壓紙）絕緣正逐步替代傳統(tǒng)紙絕緣，將介電強(qiáng)度進(jìn)一步提升至＞80kV/mm。