《电气绝缘用聚合物材料直流电压耐久性评定编制说明》

一、工作简况

（一）任务来源

根据国家能源局综合司2024年下达的能源领域行业标准制修订计划(国能综通科技

[2024]115号)，本项目《电气绝缘用聚合物材料直流电压耐久性评定》(计划编号为能源20240025)

由全国电气绝缘材料与绝缘系统评定标委会（SAC/TC301）归口并组织起草，由南方电网科学

研究院有限责任公司负责起草，计划完成年限为2026年。

（二）编制背景

随着高压直流输电技术的发展，聚合物绝缘材料已广泛应用于高压直流电缆、直流穿墙套

管直流电容器等高压直流输电设备中,同时也在电网及轨道交通系统中的电力电子器件封装中

起到重要作用。目前，直流电压下的耐久性已经成为了直流绝缘寿命设计中最为关键的问题。

而且，在直流电压作用老化下，聚合物材料表现出的老化失效机理与交流电压老化下不同。现

有测试电压耐久性的方法为GB/T29311-2020《电气绝缘材料和系统交流电压耐久性评定》(等

同采用IEC/TS61251:2015)，按照GB/T29311获得的材料、系统耐久性不能正确反映直流条件

下绝缘寿命设计的真实情况。因此制定聚合物绝缘材料直流电压耐久性评定方法，可为该类材

料的研发与应用提供统一的急需的试验方法标准。针对以上情况，应重点建立适合用于直流电

应力下聚合物材料耐久性评定的试验方法，区别于现有交流电压耐久性评定方法，以准确反映

直流条件下独特的材料老化失效机理。

（三）主要工作过程

1、起草（草案、论证）阶段

自计划下达至2024年年底，牵头起草单位负责开展标准相关数据和市场调研，并进行试

验验证和论证，编写标准草案稿。

2025年1月~5月，由全国电气绝缘材料与绝缘系统评定标委会（SAC/TC301）面向全国

电工设备制造企业、检测认证机构、高校等征集起草工作组单位，并组建起草工作组。

2025年6月，牵头起草单位提出工作组讨论稿。

2025年7月，绝缘评定标委会秘书处组织起草组及各相关单位在江苏省苏州市召开起草

工作组会议，对工作组讨论稿及编制说明进行讨论，通过与会专家的讨论和审议，对工作组讨

论稿提出了具体的修改建议并对标准技术内容进行了完善。

2025年8月，按照工作组会议讨论情况，牵头单位和起草工作组修改和完善了标准草案

稿，形成征求意见稿。

1

2、征求意见阶段

2025年9月，以邮件、微信、微信公众号等形式发送征求意见稿和编制说明，面向标委会

委员单位和全社会公开征求意见。

3、审查阶段

4、报批阶段

（三）主要参加单位和工作成员

本标准由南方电网科学研究院有限责任公司、机械工业北京电工技术经济研究所、重庆大

学、西安交通大学、上海交通大学、江苏亨通高压海缆有限公司、中天科技海缆股份有限公司、

宁波东方电缆股份有限公司、……参加起草。

主要成员：XXX

二、标准编制原则和主要技术内容

（一）标准编制原则

本标准编制时遵循以下原则：一是科学性与适用性，基于直流电场下聚合物材料老化的科

学原理和特有失效机理，确保试验方法能真实、有效地反映材料在直流应用场景下的长期性能

与寿命；二是先进性与规范性，借鉴国内外相关研究成果和实践经验，按照标准编写的有关要

求，制定技术先进、程序规范的试验方法，确保测试结果的准确性、可比性和可重复性；三是

前瞻性和开放性，在满足聚合物绝缘材料直流电压耐久性评定的基础上，适当考虑绝缘系统直

流电压耐久性评定方法，为标准未来可能的修订或扩展预留空间。同时，标准编制应关注国际

动态，为参与和引领相关国际标准制定奠定基础。

（二）标准主要技术内容

本文件描述了描述了电气绝缘用聚合物材料直流电压耐久性评定的方法，适用于运行在直

流电压下使用的聚合物材料(例如聚乙烯，聚丙烯，环氧树脂等)的耐久性评定。

标准主要技术内容包括：试验方法(恒定电压法与步进电压法)、VEC的参数估计、直流电

压耐久性评定。

三、主要试验（或验证）情况分析

本文件涉及的试验验证由牵头单位南方电网科学研究院有限责任公司开展，相关科研单位

和用户企业也开展了部分验证试验。具体情况如下：

2

（一）实验平台与理论依据

1、重庆大学实验平台

试样选用中石化无添加LDPE粒料，由代工厂批量拉膜制备成约0.16mm厚度的薄膜试

样。将LDPE薄膜剪裁至直径为60mm的圆形试样，并对待测试样进行多点厚度测量，用千分

尺筛选出厚度波动范围在0.158~0.162mm的试样进行实验。试样概貌及厚度筛选如图1所示。

图1试样概貌与厚度筛选

如图2所示，按照GB/T1408.1，选用上下电极均为直径25mm的柱状电极，采用DC耐

压平台（0~100）kV，将试样置于25号矿物油中避免闪络，将油浴温度控制在20℃，在直流

电压下开展各项实验。

（a）电极尺寸

（b）实验平台

图2电极尺寸与实验平台

3

2、上海交通大学实验平台

实验采用LDPE制成的厚度为200μm的薄膜试样。为防止在高压下发生沿面闪络的现象，

将薄膜剪成10cm×10cm的形状。使用千分仪厚度计，多次测量薄膜不同点的厚度，选取厚度

均处于200μm±10μm的薄膜进行实验。

电极系统为直径为25mm的柱状黄铜电极，倒角半径为2mm。实验时电极和试样完全浸

没于变压器油中。温度控制在20℃±2℃。升压电路、电极系统以及测试环境如图3、4所示：

图3上海交通大学电极系统

图4上海交通大学高压直流发生系统

3、西安交通大学实验平台

试样采用中石化无添加LDPE制成的厚度0.16mm，边长为10mm的正方形薄膜试样。

对待测试样进行筛选，用千分尺多点进行厚度测量，保证试样厚度在（0.160±0.02）mm之间。

采用电压范围为0~100kV的BDJC-1000kV直流击穿试验仪对试样进行短时直流击穿场

强测试试验和加速电老化试验，如图5所示。

4

图5西安交通大学BDJC-1000kV直流击穿试验仪

本文中直流击穿试验所使用的是直径为25mm的柱-柱形电极结构，具有半径为2mm的

倒角边缘，将电极与试样浸泡在25号矿物油，确保整个电极都浸泡在油里防止发生放电。每

个试样测量至少进行八次测量，利用Weibull统计分步法分析测得的数据，计算得到累计击穿

概率为63.2%的本征击穿强度。试验时试样和电极要全部浸没在25号矿物油中。温度保持在

20℃。

4、东方电缆实验平台

实验所采用的电极系统由直径为25毫米、倒角半径为2毫米的圆柱形黄铜电极组成。在

整个测试过程中，电极和试样均完全浸没在变压器油中。温度精确控制在23℃±2℃（23℃）。

升压电路、电极系统和测试环境如图6所示。

图6东方电缆的电极装置与高压直流电源

5、江苏中天科技实验平台

实验所采用的电极系统由直径为25毫米、倒角半径为2毫米的圆柱形黄铜电极组成。在

整个测试过程中，电极和试样均完全浸没在变压器油中。温度精确控制在23℃±2℃（23℃）。

升压电路、电极系统和测试环境如图7所示。

5

图7江苏中天科技的电极装置与高压直流电源

（二）实验步骤

1、首先，在一定温度下开展试样的短时击穿试验用于确定SST的试验参数。以一定的速

度匀速（例如1kV/s）升压，测得试样的直流短时击穿电压。重复该试验多次（至少5次及以

上），采用威布尔分布对数据进行拟合，选取Weibull尺度参数作为击穿电压Ub，同时记录最

小击穿电压Ubmin，并按照标准来选定直流电压下步进应力实验的参数。

2、选定步进应力实验的起始电压U0、升压步长ΔU，每个电压下持续时间Δt后，每升高

一次电压（电压增量为ΔU），继续持续Δt时间，直至试样击穿；记录击穿电压Uend、最后

一级电压下的击穿时间Δtend、升压次数k。步进应力实验过程如图8所示。

图8步进应力实验

（三）实验结果与数据分析

1、直流短时击穿实验

重庆大学、西安交通大学、上海交通大学均在20±0.5℃温度下开展短时击穿实验，并结合

中天科技及东方电缆的击穿实验做对比，实验数据如图9所示。结果显示各单位实验得到的

20℃下LDPE击穿电压非常接近，由于东方电缆实验平台电压控制准确度较低所得击穿电压稍

高。

6

Weibullprobabilityplotforshort-termbreakdownof0.16mmLDPEsample

CQU_74kVSJTU_71kVXJTU_73kVZTT_72kVNBO_76kV

99.9

99

90

50

10

5

1

Failureprobabilitypercentage(%)probabilitypercentageFailure

4045505560657075808590

BreakdownVoltage(kV)

图920℃下各单位短时击穿电压实验结果对比

2、20℃下的直流步进应力实验

根据短时击穿实验数据，重庆大学、上海交通大学、西安交通大学进一步在20℃下开展

了直流步进应力实验。

重庆大学直流步进应力实验参数设定如下：U0=34kV，ΔU=2kV、Δti=[300s,1200s,3000s]，

实验数据如表1所示，根据重庆大学计算方法得到电压耐受指数最佳值如图10所示，

VEC_CQU=11.05。

表1重庆大学直流步进应力实验结果

Ub=82kV，Ubmin=56.9kV，U0=34kV，ΔU=2kV

厚度Δt(s)Uend(kV)Uend(kV)tend(s)Δtend(s)k

58.81583699.665.612

50.9502545.9111.98

30054.77543253.7219.710

0.1658.69583788.3154.312

mm44.87441710.4176.45

52.295210887.853.89

120046.86467481.5247.56

48.69488954.3520.37

7

Ub=82kV，Ubmin=56.9kV，U0=34kV，ΔU=2kV

厚度Δt(s)Uend(kV)Uend(kV)tend(s)Δtend(s)k

40.77404386.3752.33

46.87467627.4393.46

42.684212715.4681.44

46.754620956.42922.46

300048.484821830.2796.27

38.88387072.21038.22

48.744821339.7305.77

图10重庆大学直流步进应力实验所得电压耐受指数

上海交通大学直流步进应力实验分别取300s、1200s、3000s作为每次的升压间隔时间，升

压阶梯为2kV，即每过一个时间间隔，升压2kV。三组实验各做6次击穿，击穿的起始电压取

39kV。实验结果如表2所示，根据上海交通大学计算方法得到电压耐受指数最佳值如图11所

示，VEC_SJTU=12.9。

表2上海交通大学直流步进应力实验结果

0.6Umin=39kV300s

击穿电压（kV）加压次数n（次）第n次加压时间（s）总加压时间（s）

24951411641

34952131713

44741691369

54951681668

6474521252

0.6Umin=39kV1200s

击穿电压（kV）加压次数n（次）第n次加压时间（s）总加压时间（s）

24536064206

3474624862

8

44531103710

54538294429

64329093309

0.6Umin=39kV3000s

击穿电压（kV）加压次数n（次）第n次加压时间（s）总加压时间（s）

141120165016

241116124612

34111153115

44326596659

54111153115

64538299825

图11上海交通大学直流步进应力实验所得电压耐受指数

西安交通大学的直流步进应力实验，选择击穿场强的50%后的取整值（36kV）为起始电

压，时间步长分别为5min，20min和50min，电压步长为5kV，升压速率为1000V/s。实验

结果如表3所示，根据上海交通大学计算方法得到电压耐受指数最佳值如图12所示，

VEC_XJTU=13.15。

表3西安交通大学直流步进应力实验结果

时间步长(s)序号击穿电压(kV)最后一步时间(s)总时间(s)

163383058

2591272543

35982424

459812497

557792193

6572242338

300

7532411751

851651273

9512551463

10511291337

11492611167

12492611167

9

时间步长(s)序号击穿电压(kV)最后一步时间(s)总时间(s)

1347245849

144752656

1547188792

16474608

25650612526

356712027

448837295

1200546146024

644224830

7442755083

84210994705

9401242528

250172722741

346233717347

3000

4428639869

538593061

638733075

图12西安交通大学直流步进应力实验所得电压耐受指数

重庆大学、上海交通大学、西安交通大学在20℃恒温下进行的背靠背实验，采用标准规

定的实验步骤与VEC计算方法，获得的VEC值分别为11.05、12.9、13.15，结果非常接近，

证明所提出的标准实验流程较为科学。

四、采用国际标准和国外先进标准的情况

本标准为自主起草编制，未采用国际标准和国外先进标准。

五、与现行法律、法规和标准的关系

10

本标准属于电气绝缘材料与绝缘系统评定标准体系“电气强度”小类。本标准不涉及安全、

卫生等内容，与现行的法律、法规、规章及相关标准协调一致。

六、重大分歧意见的处理经过和依据

无。

七、涉及专利的有关说明

经标委会核实，本标准不涉及相关专利。本标准不存在版权风险。

八、标准性质的建议说明

建议为推荐性能源行业标准。

九、贯彻标准的要求和措施建议

建议本标准批准发布6个月后实施。

十、废止现行相关标准的建议

无。

十一、其他应予说明的事项

无。

11

中华人民共和国能源行业标准

NB/TXXXXX-202X电气绝缘用聚合物材料直流电压耐久性评定

编制说明

（征求意见稿）

南方电网科学研究院有限责任公司

二〇二五年九月

一、工作简况

（一）任务来源

根据国家能源局综合司2024年下达的能源领域行业标准制修订计划(国能综通科技

[2024]115号)，本项目《电气绝缘用聚合物材料直流电压耐久性评定》(计划编号为能源20240025)

由全国电气绝缘材料与绝缘系统评定标委会（SAC/TC301）归口并组织起草，由南方电网科学

研究院有限责任公司负责起草，计划完成年限为2026年。

（二）编制背景

随着高压直流输电技术的发展，聚合物绝缘材料已广泛应用于高压直流电缆、直流穿墙套

管直流电容器等高压直流输电设备中,同时也在电网及轨道交通系统中的电力电子器件封装中

起到重要作用。目前，直流电压下的耐久性已经成为了直流绝缘寿命设计中最为关键的问题。

而且，在直流电压作用老化下，聚合物材料表现出的老化失效机理与交流电压老化下不同。现

有测试电压耐久性的方法为GB/T29311-2020《电气绝缘材料和系统交流电压耐久性评定》(等

同采用IEC/TS61251:2015)，按照GB/T29311获得的材料、系统耐久性不能正确反映直流条件

下绝缘寿命设计的真实情况。因此制定聚合物绝缘材料直流电压耐久性评定方法，可为该类材

料的研发与应用提供统一的急需的试验方法标准。针对以上情况，应重点建立适合用于直流电

应力下聚合物材料耐久性评定的试验方法，区别于现有交流电压耐久性评定方法，以准确反映

直流条件下独特的材料老化失效机理。

（三）主要工作过程

1、起草（草案、论证）阶段

自计划下达至2024年年底，牵头起草单位负责开展标准相关数据和市场调研，并进行试

验验证和论证，编写标准草案稿。

2025年1月~5月，由全国电气绝缘材料与绝缘系统评定标委会（SAC/TC301）面向全国

电工设备制造企业、检测认证机构、高校等征集起草工作组单位，并组建起草工作组。

2025年6月，牵头起草单位提出工作组讨论稿。

2025年7月，绝缘评定标委会秘书处组织起草组及各相关单位在江苏省苏州市召开起草

工作组会议，对工作组讨论稿及编制说明进行讨论，通过与会专家的讨论和审议，对工作组讨

论稿提出了具体的修改建议并对标准技术内容进行了完善。