一種評判交流電纜絕緣老化程度的方法

2023-06-04 07:24:46

專利名稱：一種評判交流電纜絕緣老化程度的方法
技術領域：
本發明涉及一種評判交流電纜絕緣老化程度的方法，具體為採用空間電荷測量與理化性能分析相結合的方法，對加速絕緣老化電纜及長期實際運行電纜的老化狀態進行評估，並評判XLPE交流電纜絕緣老化程度。屬電カ系統測量技術領域。
背景技術：
交聯聚こ烯(XLPE)電纜廣泛應用於電カ輸電網絡。針對這種電纜絕緣老化程度的測量與評判是ー項重要內容，有利於對老化後電纜的更換提出準確的建議。通過直流電場作用，測量電纜絕緣中空間電荷方法是ー種評估直流電纜絕緣老化的常用技術，但應用於高電場強度交流電纜的絕緣老化狀態的評估，還缺乏通過選取評判實際運行情況下電纜絕緣老化狀態的表徵參數，再比較表徵參數對電纜絕緣老化狀態進行評價的方法。未老化、加速老化和實際運行老化電纜絕緣的測量數據變化規律可以反映不同老化方式下絕緣的 老化規律，但電纜絕緣老化狀態的評判並不能僅靠簡單的比較上述三種樣品測量數據即可得出。中國發明專利《交聯聚こ烯絕緣電カ電纜絕緣狀態在線監測方法》(申請號200610041888. 9)解決了直流成分法在線監測電纜絕緣老化狀態中的幹擾問題，但只能用於中低壓電纜老化狀態的評價，沒有適應不同電壓等級的可掲示電纜絕緣老化規律和選取老化表徵參數方面內容；《一種檢測中壓固體絕緣電カ電纜壽命的方法》(申請號200810202541. 7)公開的是通過宏觀參數對老化狀態進行表徵，不涉及能夠反映老化規律和老化狀態的微觀參數內容；《聚合物電カ電纜絕緣加速電樹老化的試驗方法及裝置》(申請號200910103045. 0)公開的，是研究電樹老化過程中的放電現象以及分析電樹老化對絕緣形態(通過顯微照相)的影響，而對於評判電纜老化狀態沒有價值；《交聯聚こ烯電纜絕緣老化檢測系統》(申請號201120042784. 6)公開的，是ー種用於電纜及附件局部放電檢測的系統，主要通過接收局部放電過程中的超高頻信號和聲信號，達到提高檢測靈敏度和準確度目的。由於局放信號的測量與老化狀態的診斷之間還沒有完全建立起因果聯繫，因此測得的局放信號並不能表示對電纜老化進行了檢測，該專利中也沒有相應描述。一種通過空間電荷測量、結合理化性能分析方法，判定交流電纜在不同老化方式下老化規律，同時指導選取評判實際運行情況下電纜絕緣老化狀態的表徵參數，通過比較表徵參數對電纜絕緣老化狀態進行評價，未見於各類公開的內容中。

發明內容
本發明公開ー種評判交流電纜絕緣老化程度的方法，通過空間電荷測量、結合理化性能分析，判定交流電纜在不同老化方式下老化規律，同時指導選取評判實際運行情況下電纜絕緣老化狀態的表徵參數，通過比較表徵參數對電纜絕緣老化狀態進行評價，準確提出交流電纜可否更換建議，達到安全、經濟運行目的。本發明的技術方案是一種評判交流電纜絕緣老化程度的方法，是通過空間電荷測量及理化性能測試，並計算出每個試樣的羰基指數，再綜合評判交流XLPE電纜絕緣老化程度方法；所述空間電荷測量及理化性能測試，並計算出每個試樣的羰基指數步驟是
⑴試樣選取選取從未老化、エ頻交流加速老化一年以及實際運行30年的三類交流XLPE電纜，分別沿徑向從內、中、外三層中取出9個絕緣介質試樣；
⑵真空乾燥將所述9個試樣放置於80°C真空烘箱內，乾燥8 h ；
⑶空間電荷測量選用電聲脈衝法(PEA)空間電荷測量裝置，其中上電極為半導體電極，下電極是鋁電扱，聲耦合劑為矽油，對乾燥後的每ー個試樣，施加30 kV/mm直流電場，測量在20 min時間內試樣的空間電荷分布特性，從而得到試樣的電荷積累特性；
⑷熱失重分析採用TGA851型熱重分析儀，在常壓充N2環境中對試樣進行熱失重分 析，測定失重百分率，並計算其活化能TG值，繪製TG值曲線圖，設定溫度範圍為50°C 600°C，升溫速率為10°C /min ；
(5)計算羰基指數採用IRpresitge-21型紅外光譜儀對試樣進行紅外光譜分析,並計算出每個試樣的羰基指數，繪製羰基指數與試樣位置及老化時間的關係曲線；
所述綜合評判交流XLPE電纜絕緣老化程度方法是
第一歩根據交流XLPE電纜絕緣的電荷積累特性曲線評判絕緣的絕緣老化程度，沿電纜徑向由內向外，未老化電纜絕緣電荷積聚量逐漸增加；加速老化I年電纜電荷量先略增後下降；實際運行30年電纜電荷量逐漸增加；
第二步根據測定的活化能TG值曲線評判絕緣的絕緣老化程度，沿電纜徑向由內向夕卜，實際運行30年及未老化的XLPE電纜絕緣介質活化能降低；加速老化I年的XLPE電纜絕緣介質活化能向內部降低；
第三歩根據計算出的每種試樣羰基指數，繪製羰基指數與試樣位置及老化時間的關係曲線，評判試樣的絕緣老化程度，未老化電纜由內到外羰基指數基本一致；老化I年電纜的羰基指數最高，且由內到外逐漸降低；實際運行30年電纜的羰基指數在電纜中側較低，但內、外側較高。本發明的有益效果是綜合對比計算出的未老化、老化一年及運行30年電纜的羰基指數，得到交流電纜絕緣不同的老化規律。同時，結合空間電荷測量和理化性能分析選擇合理的表徵參數，根據在不同老化狀態下電纜絕緣積累的數據，可以對實際運行的電纜絕緣老化狀態進行準確的評判。


附圖I為未老化電纜在室溫20°C空間電荷分布 附圖2為加速老化I年電纜在室溫20°C空間電荷分布 附圖3為實際運行30年電纜在室溫20°C空間電荷分布 附圖4為不同電纜位置處空間電荷積聚特性的變化曲線 附圖5為不同試樣Tg活化能與位置及老化時間的關係曲線 附圖6為不同老化試樣羰基指數與位置的關係曲線圖。
具體實施例方式以下結合附圖對發明實施例作進ー步說明參照附圖I 附圖6，本發明ー種評判交流電纜絕緣老化程度的方法，是通過空間電荷測量及理化性能測試，並計算出每個試樣的羰基指數，再綜合評判交流XLPE電纜絕緣老化程度方法。其中空間電荷測量及理化性能測試、並計算出每個試樣的羰基指數方法按如下步驟進行
⑴首先從未老化、加速I年老化及實際運行30年的交流XLPE電纜中，沿徑向從外、中、內三層分別取出9種絕緣介質試樣。(2)再將所述9個試樣同時放置於80°C真空烘箱內，8 h。所述加速老化一年電纜的加速老化條件是1. 7 (216 kV)電壓下老化一年(8760 h)。每24 h為ー個加熱循環，其中加熱8 h，冷卻16 h，每ー個加熱循環中，需確保電纜中導體的溫度在95 100°C，至少保持2 ho⑶選用電聲脈衝法(PEA)空間電荷測量裝置(其中上電極為半導體電極,下電極是鋁電極，聲耦合劑為矽油)，對乾燥後的每ー個試樣，施加30 kV/mm直流電場，分別測量在20 min時間內試樣的空間電荷分布特性值(單位C/m3),得到的各個試樣的電荷積累特性表(附圖I 3)。 附圖I中，自左至右，分別是未老化220kV電纜絕緣外、中、內三個試樣在電場30kV/mm作用下加壓20min空間電荷變化圖，由圖I可見，對於未老化電纜，從絕緣外層到內層，主要表現為陽極(Al電極)注入同極性正電荷，且注入電荷量從絕緣外層到內層逐漸減少。附圖2中，自左至右，分別是加速老化I年的220kV電纜絕緣外、中、內三個試樣在電場30kV/mm作用下加壓20min空間電荷變化圖。由圖2可見，對於加速老化I年電纜，在絕緣體內出現了大量的異極性電荷，且異極性電荷主要分布在絕緣中間。附圖3中，自左至右，分別是實際運行30年的IlOkV電纜絕緣外、中、內三個試樣在電場30kV/mm作用下加壓20min空間電荷變化圖。由圖3可見，對於實際運行30年電纜，在絕緣體外側呈現大量的異極性電荷。如附圖4所示，自左至右，分別為未老化電纜、加速老化I年電纜、實際運行30年電纜不同位置的空間電荷積聚特性變化曲線圖，圖中橫軸為自電纜內向外徑向位置(inner=內層、mid=中層、outer=外層),縱軸是空間電荷積聚特性Q值(單位C/mm3)。由圖4可知，沿電纜徑向由內向外，未老化電纜絕緣電荷積聚量逐漸增加；加速老化I年電纜電荷量先略增後下降；實際運行30年電纜電荷量逐漸增加。電纜老化過程中小分子的產生有利於空間電荷的積累。加速老化過程中，線芯溫度很高，老化起始於內部，內側熱老化及電老化嚴重，性能下降快。而實際運行30年電纜線芯溫度並不高，電纜運行過程中，內側絕緣處於低溫長時間熱處理狀態，內側性能在一定程度上會有所提高，而運行的電纜外側受到環境因素的影響老化嚴重。⑷採用TGA851型熱重分析儀，在常壓充N2環境中對9個試樣進行熱失重分析，測定其活化能TG值，繪製TG值曲線圖，設定溫度範圍為50°C 600 V，升溫速率為10°C /min。如圖5所示，分別為未老化電纜、加速老化I年電纜、實際運行30年電纜不同位置的活化能TG值變化曲線圖，圖中橫軸為自電纜內向外徑向位置(inner=內層、mid=中層、outer=外層),縱軸是活化能TG值(單位kJ/mol)。由於活化能的大小與電纜絕緣老化中的熱裂解反應難易成正比，附圖5中，沿電纜徑向由內向外，實際運行30年及未老化的XLPE電纜絕緣介質活化能降低；加速老化I年的XLPE電纜絕緣介質活化能向內部降低。
(5)採用IRpresitge-21型紅外光譜儀對試樣進行紅外光譜分析,並計算出姆個試樣的羰基指數。如附圖6所示，分別為未老化電纜、加速老化I年電纜、實際運行30年電纜不同位置，由紅外測量結果得出的羰基指數與試樣位置關係曲線圖(其中irmer=內層、middle=中層、outer=外層)。羰基吸收峰是一系列羰基衍生物的吸收，通常將XLPE譜帶UlOcnT1處出現羰基吸收峰作為材料老化的判斷依據，同時譜帶2010CHT1處基本不變。因此1710CHT1處吸收峰與2010CHT1處吸收峰的比值，即羰基指數，可用於表徵老化電纜的熱氧化老化程度。由附圖6可知，未老化電纜由內到外羰基指數基本一致(圖6中位於下部曲線);老化I年電纜的羰基指數最高(圖6中位於上部曲線)，且由內到外逐漸降低，這表明加速老化I年電纜的老化過程是由內向外發展的；實際運行30年電纜的羰基指數在電纜中側較低(圖6中位於中間曲線)，表明老化過程在內外兩側開始進行。本發明通過對未老化、加速老化I年和實際運行30年的交流電纜試樣進行空間電荷測量和理化性能測試分析，可以得到交流電纜絕緣不同的老化規律。綜合評判交流XLPE 電纜絕緣老化程度方法是
第一歩根據交流XLPE電纜絕緣的電荷積累特性曲線評判絕緣的絕緣老化程度，沿電纜徑向由內向外，未老化電纜絕緣電荷積聚量逐漸增加；加速老化I年電纜電荷量先略增後下降；實際運行30年電纜電荷量逐漸增加；
第二步根據測定的活化能TG值曲線評判絕緣的絕緣老化程度，沿電纜徑向由內向夕卜，實際運行30年及未老化的XLPE電纜絕緣介質活化能降低；加速老化I年的XLPE電纜絕緣介質活化能向內部降低；
第三歩根據計算出的每種試樣羰基指數，繪製羰基指數與試樣位置及老化時間的關係曲線，評判試樣的絕緣老化程度，未老化電纜由內到外羰基指數基本一致；老化I年電纜的羰基指數最高，且由內到外逐漸降低；實際運行30年電纜的羰基指數在電纜中側較低，但內、外側較高。依據本發明所述的結合空間電荷測量和理化性能分析選擇合理的表徵參數，根據在不同老化狀態下電纜絕緣積累的數據，可以對實際運行的電纜絕緣老化狀態進行準確的評判。
權利要求
1.一種評判交流電纜絕緣老化程度的方法，是通過空間電荷測量及理化性能測試，並計算出每個試樣的羰基指數，再綜合評判交流XLPE電纜絕緣老化程度方法； 所述空間電荷測量及理化性能測試，並計算出每個試樣的羰基指數步驟是 (1)試樣選取選取從未老化、工頻交流加速老化一年以及實際運行30年的三類交流XLPE電纜，分別沿徑向從內、中、外三層中取出9個絕緣介質試樣； (2)真空乾燥將所述9個試樣放置於80°C真空烘箱內，乾燥8h ； (3)空間電荷測量選用電聲脈衝法(PEA)空間電荷測量裝置，其中上電極為半導體電極，下電極是鋁電極，聲耦合劑為矽油，對乾燥後的每一個試樣，施加30 kV/mm直流電場，測量在20 min時間內試樣的空間電荷分布特性，從而得到試樣的電荷積累特性； (4)熱失重分析採用TGA851型熱重分析儀，在常壓充N2環境中對試樣進行熱失重 分析，測定失重百分率，並計算其活化能TG值，繪製TG值曲線圖，設定溫度範圍為50°C 600°C，升溫速率為10°C /min ； (5)計算羰基指數採用IRpresitge-21型紅外光譜儀對試樣進行紅外光譜分析,並計算出每個試樣的羰基指數，繪製羰基指數與試樣位置及老化時間的關係曲線； 所述綜合評判交流XLPE電纜絕緣老化程度方法是 第一步根據交流XLPE電纜絕緣的電荷積累特性曲線評判絕緣的絕緣老化程度，沿電纜徑向由內向外，未老化電纜絕緣電荷積聚量逐漸增加；加速老化I年電纜電荷量先略增後下降；實際運行30年電纜電荷量逐漸增加； 第二步根據測定的活化能TG值曲線評判絕緣的絕緣老化程度，沿電纜徑向由內向夕卜，實際運行30年及未老化的XLPE電纜絕緣介質活化能降低；加速老化I年的XLPE電纜絕緣介質活化能向內部降低； 第三步根據計算出的每種試樣羰基指數，繪製羰基指數與試樣位置及老化時間的關係曲線，評判試樣的絕緣老化程度，未老化電纜由內到外羰基指數基本一致；老化I年電纜的羰基指數最高，且由內到外逐漸降低；實際運行30年電纜的羰基指數在電纜中側較低，但內、外側較高。
全文摘要
本發明涉及一種評判交流電纜絕緣老化程度的方法，是通過空間電荷測量及理化性能測試，綜合對比計算出的未老化、老化一年及運行30年電纜的羰基指數，得到交流電纜絕緣不同的老化規律，其特徵是將不同老化程度三種電纜試樣乾燥後先後經過電荷積累特性測試、失重百分率測定並計算活化能TG值、紅外光譜分析並計算羰基指數，然後繪製羰基指數與試樣位置及老化時間的關係曲線。根據所獲得的測試數據，綜合評判交流XLPE電纜絕緣老化程度。
文檔編號G01R31/12GK102759690SQ20121020893
公開日2012年10月31日 申請日期2012年6月25日 優先權日2012年6月25日
發明者歐陽本紅, 趙健康, 鄧顯波, 饒文彬 申請人:中國電力科學研究院