交聯(lián)聚乙烯電纜剩余壽命評價方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種交聯(lián)聚乙烯電纜剩余壽命的評價方法，包括以下步驟：獲取電纜殘余擊穿電壓。計算電纜老化速度，計算電纜老化速度的公式為：Sd＝(H*E-Sy)/N。其中，Sd為老化速度；Sy為電纜殘余擊穿電壓；H為電纜主絕緣設(shè)計厚度；E為電纜主絕緣設(shè)計耐電場強度；N為電纜已運行的年數(shù)。計算剩余使用壽命，計算剩余使用壽命的公式為：SK＝(H*E-SZ)/Sd-N。其中，SK為電纜剩余使用壽命，SZ為電纜的壽命終止電壓。獲取電纜殘余擊穿電壓進一步包括以下步驟：對各相電纜導(dǎo)體和銅屏蔽帶之間測量其主絕緣的絕緣電阻；在各相電纜導(dǎo)體和銅屏蔽帶之間施加工頻電壓；進行工頻逐級擊穿電壓試驗的測試，以獲取基于電纜主絕緣的殘余擊穿電壓。
【專利說明】交聯(lián)聚乙烯電纜剩余壽命評價方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電纜【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種交聯(lián)聚乙烯電纜剩余壽命評價方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有電纜的壽命預(yù)測方法，主要是針對新制造電纜，在實驗室條件下，采用加速老化來模擬運行電纜絕緣的剩余耐電強度，從而通過不同的數(shù)學(xué)模型來推測電纜的使用壽命，以下介紹幾種現(xiàn)有技術(shù)中的電纜壽命預(yù)測方法:
[0003](I)非破壞性電氣性能測試
[0004]電纜殘余壽命預(yù)測研究，國內(nèi)開展較晚，國外20世紀(jì)60年代就開始了關(guān)于交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣弱點檢出和老化檢測技術(shù)的研究，至今仍在不斷發(fā)展。日本是開展交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣老化檢測技術(shù)研究較早的國家，對于6kV級，檢測技術(shù)有非在線式和在線式。非在線式包括殘留電壓、反吸收電流、直流泄漏電流、電位衰減法，殘留電荷、直流電壓疊加法等。在線式包括直流成分、脈動法，直流電壓疊加法等。
[0005]以上剩余壽命評估的方法都比較偏向于定性分析，而對于定量分析而言，也只能給出非常大致的范圍，國內(nèi)外缺乏一個評估標(biāo)準(zhǔn)，來檢測各種評估方法的準(zhǔn)確性。
[0006](2)破壞性電氣性能測試
[0007]根據(jù)局部放電等因 素對絕緣引起的電老化所得交聯(lián)聚乙烯電纜的壽命方程為
[0008]Unt = c (I)
[0009]式中，U是電纜所施加的電壓、η為電纜的壽命指數(shù)、t為電纜壽命、C為常數(shù)。
[0010]目前國內(nèi)外電纜的壽命評價主要從壽命方程(I)式為依據(jù)，將電纜試品分成二組，分別進行逐級升壓擊穿試驗近似簡化法求取壽命指數(shù)。每一級加壓持續(xù)時間第一組為Tl、第二組為T2，至擊穿為止。最后一級持續(xù)的時間第一組為tl、第二組為t2。電壓施加級數(shù)第一組為P1，第二組為P2，由此壽命方程(I)式可以改寫為:
[0011]第一組:
[0012][un +CfnUn +Cf211IIn +..1+q,,p'u'l2 =C( 2 )
[0013]第二組:
[0014]K +qnun +q2n u" + ---^ qn{p^l)un]T2 +qnpHintx =C ( 3)
[0015]經(jīng)過數(shù)學(xué)解方程推導(dǎo)得出壽命指數(shù)η值近似式:
ln(/W7:)
[。。16] H = (P^-P2)Inq⑷
[0017]目前采用壽命指數(shù)η值近似式，在電纜的剩余壽命評價實際應(yīng)用的方法有:
[0018]I)加速熱老化試驗
[0019]首先對同一種電纜樣品進行分組，并對電纜絕緣材料設(shè)置不同的溫度點下多個周期的熱老化，對電纜絕緣材料進行加速熱老化。然后在不同的溫度點下快速模擬電纜的老化過程中，取Tl為lmin、T2為20min，初始電壓為30kV，電壓按一定比例q增加，相鄰的電壓比q = 1.06，采用分步加壓法對電纜絕緣材料進行工頻逐級擊穿電壓試驗測試，再通過壽命方程(2)式、(3)式及(4)式計算求取n值，獲取基于電纜絕緣材料的電纜壽命指數(shù)。
[0020]以上方法采用加速老化模擬來求得電纜的壽命，必然不可避免地存在誤差。事實上，運行中直埋方式敷設(shè)的電纜老化與多種環(huán)境因子有關(guān)，其各種環(huán)境、條件難以真實地得到模擬，通過加速老化來模擬電纜的老化過程，進行電纜壽命評價或預(yù)測，其各個過程中環(huán)節(jié)中不可避免地帶來偏差或人為因素的影響。
[0021]2)擊穿電壓對比法
[0022]將同一規(guī)格運行了一定年限的電纜與新品電纜樣品分別分成二組，取Tl為lmin、T2為20min，初始電壓運行電纜為30kV，新品電纜為60kV，電壓按一定比例q增加，相鄰的電壓比q = 1.06，采用分步加壓法對電纜絕緣材料進行工頻逐級擊穿電壓試驗測試，再通過壽命方程(2)式、(3)式及(4)式計算求取n值，獲取基于運行與新品電纜絕緣材料的電纜壽命指數(shù)，用線形回歸方法來計算二組電纜樣品的平均擊穿電壓。然后通過運行與新品電纜平均擊穿電壓的比較，得到運行電纜的原始(新品時)耐電強度，并根據(jù)運行電纜已運行的年限，得到運行電纜絕緣的耐電強度年損失數(shù)，最終通過運行電纜須保證的剩余壽命最低殘余電壓比較，得到電纜的剩余使用壽命。
[0023]以上方法采用運行與新品電纜平均擊穿電壓的比較，推導(dǎo)出電纜絕緣的耐電強度年損失數(shù)同樣會帶來偏差。事實上，不同時期、不同制造廠生產(chǎn)的同一規(guī)格電纜，由于其不同的制造工藝、結(jié)構(gòu)、材料的配置等設(shè)計的差異均會影響電纜的實際使用壽命，比較得到的電纜主絕緣剩余耐電強度必然會有差異，由此得到的電纜壽命預(yù)測會有一定的偏差。
[0024]3)加速熱老化結(jié)合介質(zhì)損耗角正切值試驗
[0025]該試驗方法通過加速熱老化過程中，同時測量絕緣材料介質(zhì)損耗角正切值，獲得基于絕緣材料介質(zhì)損耗角正切值的 電纜壽命方程和電纜壽命終止時的介質(zhì)損耗角正切的臨界值。
[0026]實驗表明，絕緣擊穿不僅僅是由電樹枝通道形成，而且還與水分通道有關(guān)。有水比無水擊穿電壓低，損耗因數(shù)大。高溫比低溫擊穿電壓低，損耗因數(shù)大。高頻比低頻擊穿電壓低，損耗因數(shù)大。具體的絕緣強度與損耗因數(shù)的關(guān)系是模糊的，絕緣強度取決于電纜中最薄弱環(huán)節(jié)(電樹最大的地方)，損耗因素取決于電纜的平均條件(平均電樹生長)，由此難以從介質(zhì)損耗角正切值來定量判斷電纜的剩余壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0027]本發(fā)明的目的旨在提供一種交聯(lián)聚乙烯電纜剩余壽命評價方法，來解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的各種不足。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，提供一種交聯(lián)聚乙烯電纜剩余壽命的評價方法，包括以下步驟:獲取電纜殘余擊穿電壓。計算電纜老化速度，計算電纜老化速度的公式為:Sd = (H^E-Sy)/No其中，Sd為老化速度(單位:kV/年)；Sy為電纜殘余擊穿電壓(單位:kV) ;H為電纜主絕緣設(shè)計厚度(單位:mm)出為電纜主絕緣設(shè)計耐電場強度(單位:kV/mm) #為電纜已運行的年數(shù)(單位:年)。計算剩余使用壽命，計算剩余使用壽命的公式為:SK= (H*E-SZ)/Sd-N。其中，SK為電纜剩余使用壽命，SZ為電纜的壽命終止電壓。獲取電纜殘余擊穿電壓進一步包括以下步驟:對各相電纜導(dǎo)體和銅屏蔽帶之間測量其主絕緣的絕緣電阻；在各相電纜導(dǎo)體和銅屏蔽帶之間施加工頻電壓；進行工頻逐級擊穿電壓試驗的測試，以獲取基于電纜主絕緣的殘余擊穿電壓。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，在獲取電纜殘余擊穿電壓步驟之前，先制作試驗樣品，步驟為:選擇同一回路電纜中的不同區(qū)段、且運行敷設(shè)環(huán)境條件相對較差的現(xiàn)場更換下線電纜。制作成每段長度為3米的試驗樣品。除制作終端頭須剝離電纜兩端各0.5米的外護套、銅屏蔽帶及半導(dǎo)層外，其余部位均保留外護套、銅屏蔽帶及半導(dǎo)層。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，耐電場強度為電纜實際厚度X (20?30)kV/mm。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，電纜的壽命終止電壓為12kV?18kV。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，進行工頻逐級擊穿電壓試驗的級差為1.1?1.2，加壓時間為 15min ?20min。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，單相電纜每組包括9段共9個試驗樣品，三相電纜每組包括3段共9個試驗樣品。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，當(dāng)每一組電纜在同一級或連續(xù)二級發(fā)生累計三個或三個以上試驗樣品擊穿時，其三個以上擊穿的加壓級數(shù)定為最終級數(shù)。殘余電壓強度為最終級數(shù)的擊穿電壓。
[0035]采用了本發(fā)明的技術(shù)方案，完全利用電纜運行過程中的實際老化特性，并依據(jù)運行電纜的設(shè)計參數(shù)來評價實際運行電纜的剩余壽命，無需模擬電纜老化及運行的各種環(huán)境、條件，有效解決了采用加速老化模擬，或采用不同制造工藝、結(jié)構(gòu)、材料配置的新舊電纜比較等評價電纜的壽命存在偏差問題。本評價方法具有檢測的準(zhǔn)確性、可靠性和可信性度高等優(yōu)點，能夠?qū)宦?lián)聚乙烯電纜的實際剩余使用壽命作出真實、客觀地評價。另外本發(fā)明具有評價方法簡單、操作方便、經(jīng)濟實用、簡便易行等特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]在本發(fā)明中，相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的特征，其中:
[0037]圖1是本發(fā)明交聯(lián)聚乙烯電纜剩余壽命的評價方法的總體邏輯流程圖。
[0038]圖2是圖1中測量殘余擊穿電壓的具體方法流程圖。
[0039]圖3是圖1中剩余使用壽命評價的具體方法流程圖。
【具體實施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0041]如圖1所示，本發(fā)明的交聯(lián)聚乙烯電纜剩余壽命的評價方法通過三個主要步驟來實現(xiàn):
[0042]步驟11:制作試驗樣品；
[0043]步驟12:測量殘余擊穿電壓；
[0044]步驟13:評價剩余使用壽命。
[0045]在步驟11中，選擇同一回路電纜中的不同區(qū)段、且運行敷設(shè)環(huán)境條件相對較差的現(xiàn)場更換下線電纜，制作成每段長度為3米的試驗樣品。除制作終端頭須剝離電纜兩端各
0.5米的外護套、銅屏蔽帶及半導(dǎo)層外，其余部位均保留外護套、銅屏蔽帶及半導(dǎo)層。在常溫下，將保留有外護套、銅屏蔽帶及半導(dǎo)層試部分的驗樣品電纜浸于裝有水的容器中，試驗樣品電纜浸于水中的時間不小于2小時。
[0046]如圖2所示，圖1的步驟12主要包括以下幾個步驟:
[0047]步驟121:選擇第一級試驗電壓值；
[0048]步驟122:選擇試驗樣品；
[0049]步驟123:選擇逐級擊穿電壓級差q ;
[0050]步驟124:選擇逐級擊穿電壓時間T ;
[0051]步驟125:逐級電壓及殘余擊穿電壓測量。
[0052]本發(fā)明需要評價現(xiàn)場運行中電纜的實際壽命，因此對運行電纜剩余壽命評價時，如何選擇逐級擊穿電壓第一級起始值十分關(guān)鍵。由于現(xiàn)場實際運行的電纜其接入的系統(tǒng)運行方式不盡相同，對于不同運行系統(tǒng)中的運行電纜，其承受系統(tǒng)可能產(chǎn)生的最大內(nèi)部過電壓是完全不同的，基于不同運行系統(tǒng)可能產(chǎn)生的最大內(nèi)部過電壓為依據(jù)。
[0053]表1給出了電阻或直接接地系統(tǒng)及非電阻或不接電系統(tǒng)的第一級起始值的計算方法。
[0054]
【權(quán)利要求】
1.一種交聯(lián)聚乙烯電纜剩余壽命的評價方法，其特征是，包括以下步驟: 獲取電纜殘余擊穿電壓； 計算電纜老化速度，所述計算電纜老化速度的公式為: Sd = (H*E-Sy)/N，其中， Sd為老化速度(單位:kV/年)； Sy為電纜殘余擊穿電壓(單位:kV)； H為電纜主絕緣設(shè)計厚度(單位:_)； E為電纜主絕緣設(shè)計耐電場強度(單位:kV/mm)； N為電纜已運行的年數(shù)(單位:年)； 計算剩余使用壽命，所述計算剩余使用壽命的公式為: SK= (H*E-SZ)/Sd-N，其中， SK為電纜剩余使用壽命，SZ為電纜的壽命終止電壓； 所述獲取電纜殘余擊穿電壓進一步包括以下步驟: 對各相電纜導(dǎo)體和銅屏蔽帶之間測量其主絕緣的絕緣電阻； 在所述各相電纜導(dǎo)體和銅屏蔽帶之間施加工頻電壓； 進行工頻逐級擊穿電壓試驗的測試，以獲取基于電纜主絕緣的所述殘余擊穿電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的交聯(lián)聚乙烯電纜剩余壽命的評價方法，其特征是: 在獲取所述殘余擊穿電壓步驟之前，先制作試驗樣品； 所述制作試驗樣品步驟為: 選擇同一回路電纜中的不同區(qū)段、且運行敷設(shè)環(huán)境條件相對較差的現(xiàn)場更換下線電纜; 制作成每段長度為3米的試驗樣品； 除制作終端頭須剝離電纜兩端各0.5米的外護套、銅屏蔽帶及半導(dǎo)層外，其余部位均保留外護套、銅屏蔽帶及半導(dǎo)層。
3.如權(quán)利要求1所述的交聯(lián)聚乙烯電纜剩余壽命的評價方法，其特征是: 所述耐電場強度為電纜實際厚度X (20?30)kV/mm。
4.如權(quán)利要求1所述的交聯(lián)聚乙烯電纜剩余壽命的評價方法，其特征是: 所述電纜的壽命終止電壓為12kV?18kV。
5.如權(quán)利要求1所述的交聯(lián)聚乙烯電纜剩余壽命的評價方法，其特征是: 所述進行工頻逐級擊穿電壓試驗的級差為1.1?1.2，加壓時間為15min?20min。
6.如權(quán)利要求2所述的交聯(lián)聚乙烯電纜剩余壽命的評價方法，其特征是: 單相電纜每組包括9段共9個試驗樣品，三相電纜每組包括3段共9個試驗樣品。
7.如權(quán)利要求6所述的交聯(lián)聚乙烯電纜剩余壽命的評價方法，其特征是: 當(dāng)每一組電纜在同一級或連續(xù)二級發(fā)生累計三個或三個以上試驗樣品擊穿時，其三個以上擊穿的加壓級數(shù)定為最終級數(shù)； 所述殘余電壓強度為所述最終級數(shù)的擊穿電壓。
【文檔編號】G01R31/12GK103472363SQ201210183677
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月6日
【發(fā)明者】李宇濤, 戴靜旭 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司, 上海寶鋼工業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司