一種用于評(píng)估電纜老化及運(yùn)行狀態(tài)的非破壞性方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電氣絕緣領(lǐng)域，特別涉及一種結(jié)合絕緣內(nèi)部陷阱分布特性等相關(guān)參數(shù) 的評(píng)價(jià)方法，具體涉及一種用于評(píng)估電纜老化及運(yùn)行狀態(tài)的非破壞性方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電纜絕緣的老化是影響電纜電氣性能的重要因素，所以對(duì)實(shí)際運(yùn)行電纜的老化狀 態(tài)及絕緣壽命評(píng)估一直是業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。
[0003] 耐壓法、介質(zhì)損耗因素法是目前常用來評(píng)價(jià)XLPE電纜的實(shí)驗(yàn)手段。耐壓法是一種 直接判斷電纜絕緣性能的方法，能夠較為準(zhǔn)確地對(duì)電纜壽命進(jìn)行評(píng)估，但是這種方法難以 準(zhǔn)確區(qū)分分布性缺陷與集中性缺陷對(duì)電纜壽命的影響，且耐壓后如果對(duì)電纜芯的放電時(shí)間 不夠，其殘余電荷會(huì)影響絕緣電阻的測(cè)量。而且在實(shí)驗(yàn)過程中，該方法需要不斷與新電纜的 參數(shù)進(jìn)行比較，數(shù)據(jù)處理過程較為繁瑣。介質(zhì)損耗因素法主要依據(jù)諧波分析實(shí)現(xiàn)介質(zhì)損耗 角S的測(cè)量，由于電力系統(tǒng)的工頻信號(hào)在各種因素的影響下，其基波頻率會(huì)有一定波動(dòng)，并 不總是理想的50Hz，且依據(jù)諧波分析法對(duì)介質(zhì)損耗角δ的測(cè)試與分析也會(huì)由于"頻譜泄露" 現(xiàn)象產(chǎn)生較大的誤差。這些缺點(diǎn)都限制了這些方法的推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于評(píng)估電纜老化及運(yùn)行狀態(tài)的非破壞性方法，可以 更加準(zhǔn)確的從微觀角度對(duì)實(shí)際運(yùn)行電纜的絕緣性能進(jìn)行評(píng)判，具有更廣的適用性及準(zhǔn)確 性。
[0005] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] -種用于評(píng)估電纜老化及運(yùn)行狀態(tài)的非破壞性方法，首先，對(duì)所有被測(cè)電纜試樣 進(jìn)行預(yù)處理，并對(duì)被測(cè)電纜兩端進(jìn)行電磁屏蔽;其次，進(jìn)行極化處理，一端進(jìn)行絕緣，另一端 接高壓直流電源，然后，將極化后的電纜進(jìn)行瞬時(shí)短路以去除表面的自由電荷;最后，接入 退極化測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行退極化，通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量并記錄等溫松弛電流，以等溫松弛電流I 為縱坐標(biāo)，時(shí)間t為橫坐標(biāo)，得到等溫松弛電流隨時(shí)間的變化特性曲線，根據(jù)等溫松弛電流 隨時(shí)間的變化特性曲線計(jì)算得到老化因子A，通過比較待測(cè)電纜與未老化電纜的老化因子 的差值來進(jìn)行判斷老化程度，完成電纜老化及運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估。
[0007] 對(duì)所有被測(cè)電纜試樣進(jìn)行預(yù)處理的具體過程為：剝離被測(cè)電纜兩端的屏蔽層，對(duì) 剝離后的部分用無水乙醇進(jìn)行反復(fù)擦拭、除去污垢，然后烘干。
[0008] 所述極化處理的時(shí)間設(shè)定為1800s，極化場(chǎng)強(qiáng)為240V/mm。
[0009] 退極化的時(shí)間設(shè)定為1800s。
[0010] 根據(jù)等溫松弛電流隨時(shí)間的變化特性曲線計(jì)算得到老化因子A的具體過程為:采 用三階指數(shù)函數(shù)對(duì)等溫松弛電流隨時(shí)間的變化特性曲線進(jìn)行數(shù)值擬合，根據(jù)擬合結(jié)果提取 陷阱分布特性、極化時(shí)間常數(shù)，根據(jù)陷阱分布特性、極化時(shí)間常數(shù)計(jì)算極化貢獻(xiàn)，根據(jù)計(jì)劃 貢獻(xiàn)得到老化因子A。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果:本發(fā)明通過對(duì)所有被測(cè)電纜試樣進(jìn)行 預(yù)處理，并對(duì)被測(cè)電纜兩端進(jìn)行電磁屏蔽;其次，進(jìn)行極化處理，一端進(jìn)行絕緣，另一端接高 壓直流電源，然后，將極化后的電纜進(jìn)行瞬時(shí)短路以去除表面的自由電荷;最后，接入退極 化測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行退極化，通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量并記錄等溫松弛電流，以等溫松弛電流I為縱 坐標(biāo)，時(shí)間t為橫坐標(biāo)，得到等溫松弛電流隨時(shí)間的變化特性曲線，根據(jù)等溫松弛電流隨時(shí) 間的變化特性曲線計(jì)算得到老化因子A，通過比較待測(cè)電纜與未老化電纜的老化因子的差 值來進(jìn)行判斷老化程度，完成電纜老化及運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，不同運(yùn)行年限電 纜試樣的等溫松弛電流特性明顯不同：隨著電纜老化程度以及運(yùn)行年限的增加，試樣的松 弛電流初始值增大，且電流衰減時(shí)間變長(zhǎng);經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行年限較長(zhǎng)的電纜試樣，陷阱電 荷密度增加，陷阱能級(jí)加深。本發(fā)明的這種測(cè)量和表征方法可以用于XLPE電纜電氣絕緣性 能的評(píng)價(jià)中。
[0012] 現(xiàn)有的評(píng)價(jià)電纜絕緣壽命的技術(shù)，如電老化，熱老化，都涉及到求解活化能的問 題，而求解活化能時(shí)，需要進(jìn)行指數(shù)項(xiàng)運(yùn)算，當(dāng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生波動(dòng)之后，將導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生較 大誤差，最終結(jié)果將發(fā)生較大偏差，不能進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。本發(fā)明對(duì)等溫松弛電流進(jìn)行了多階 指數(shù)擬合，并通過數(shù)值計(jì)算得到老化因子A，通過老化因子A的范圍，準(zhǔn)確判斷電纜的老化程 度及運(yùn)行狀態(tài)。
[0013] 隨著電流測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，微電流的精確測(cè)量得以實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明對(duì)等溫松弛電流 進(jìn)行測(cè)量，操作方便可行;操作過程中所加電壓低，安全性高，可操作性強(qiáng);對(duì)等溫松弛電流 進(jìn)行多階擬合，對(duì)極化過程進(jìn)行逐級(jí)計(jì)算求得老化因子A，通過老化因子A對(duì)電纜的老化程 度及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，準(zhǔn)確率高;相比于現(xiàn)有的電纜絕緣壽命評(píng)價(jià)技術(shù)，本發(fā)明測(cè)量周期 短，測(cè)量效率高。
[0014] 本方法是以電介質(zhì)理論為基礎(chǔ)發(fā)展起來的非破壞性的檢測(cè)方法。本方法對(duì)兩種極 化后的XLPE電纜試樣以及不同運(yùn)行年限下電纜試樣去極化過程的等溫松弛電流特性進(jìn)行 分析，得到陷阱分布特性等相關(guān)參數(shù)，為聚合物的絕緣狀態(tài)分析提供了理論支持。本方法可 以給出電纜絕緣的老化狀況，并且無需參考敷設(shè)電纜的運(yùn)行歷史就可以獲得它的殘余壽 命。本發(fā)明是一種非破壞性的測(cè)量，不僅可以用于評(píng)價(jià)電纜絕緣性能的優(yōu)劣，還可以得到其 內(nèi)部空間電荷及陷阱分布的特性，對(duì)電纜絕緣性能的評(píng)價(jià)具有一定指導(dǎo)意義。
[0015] 進(jìn)一步的，通過對(duì)對(duì)所有被測(cè)電纜試樣進(jìn)行預(yù)處理，能有減小電纜在測(cè)量時(shí)的泄 漏電流。
【附圖說明】
[0016] 圖1為極化與去極化電流原理曲線圖。
[0017] 圖2為等溫松弛電流測(cè)試實(shí)驗(yàn)圖。
[0018] 圖3為不同老化方式及老化條件的K型電纜等溫松弛電流曲線。
[0019] 圖4為不同老化方式及老化條件的K型電纜(I*t~logt)擬合曲線。
[0020]圖5為K型電纜松弛過程2界面極化貢獻(xiàn)(Q2)。
[0021] 圖6為K型電纜松弛過程3由于老化而引起的極化貢獻(xiàn)(Q3)。
[0022] 圖7為不同老化方式及老化條件下P型電纜等溫松弛電流曲線。
[0023]圖8為不同老化方式及老化條件下P型電纜(I*t~logt)擬合曲線。
[0024] 圖9為P型電纜松弛過程2界面極化貢獻(xiàn)(Q2)。
[0025] 圖10為P型電纜松弛過程3由于老化而引起的極化貢獻(xiàn)(Q3)。
[0026] 圖11為不同運(yùn)行年限電纜等溫松弛電流曲線。
[0027]圖12為不同運(yùn)行年限電纜（I*t~logt)擬合曲線。
[0028]圖中，1為導(dǎo)體，2為內(nèi)半導(dǎo)電層，3為絕緣層，4為外半導(dǎo)電層，5為銅屏蔽層，6為直 流電壓源，7為計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0030]本發(fā)明是通過對(duì)極化后的10kV新型抗水樹XLPE電纜（下文統(tǒng)一稱為K型電纜）和 10kV XLPE電纜(下文統(tǒng)一稱為P型電纜)去極化過程的松弛電流特性的分析，采用三階指數(shù) 函數(shù)對(duì)等溫松弛電流曲線進(jìn)行數(shù)值擬合分析，提取陷阱分布特性、極化時(shí)間常數(shù)等絕緣內(nèi) 部的相關(guān)信息，計(jì)算得到不同松弛過程的極化貢獻(xiàn)及老化因子A，基于老化因子A對(duì)電纜的 剩余壽命進(jìn)行判斷。
[0031 ]選擇以下參數(shù)對(duì)運(yùn)行電纜狀態(tài)進(jìn)行表征，這些參數(shù)包括:等溫松弛電流、極化貢獻(xiàn) 和老化因子。
[0032] 通過測(cè)得數(shù)據(jù)以等溫松弛電流I為縱坐標(biāo)，時(shí)間t為橫坐標(biāo)，得到不同老化程度的 抗水樹XLPE與普通XLPE電纜、以及不同運(yùn)行年限電纜的等溫松弛電流隨時(shí)間的變化特性， 可以看出：隨著電纜老化程度以及運(yùn)行年限的增加，試樣的松弛電流初始值增大;且電流衰 減時(shí)間變長(zhǎng)。
[0033] 通過采用三階指數(shù)衰減函數(shù)對(duì)松弛電流曲線進(jìn)行擬合，以等溫松弛電流與時(shí)間的 乘積(I*t)為縱坐標(biāo)，時(shí)間的對(duì)數(shù)（logt)為橫坐標(biāo)，得到擬合曲線（I*t~logt)，通過觀察曲 線的峰值以及峰值的移動(dòng)情況來分析試樣的老化程度以及內(nèi)部陷阱的分布情況。
[0034] 通過測(cè)得數(shù)據(jù)計(jì)算不同松弛過程的極化貢獻(xiàn)，并繪制柱狀圖，通過極化貢獻(xiàn)的變 化趨勢(shì)并結(jié)合試樣的老化程度進(jìn)行分析，得到相應(yīng)的規(guī)律。
[0035] 通過計(jì)算界面極化貢獻(xiàn)(Q2)與老化引起的極化貢獻(xiàn)(Q3)的比值得到老化因子A， 可以看出：隨著電纜運(yùn)行年限的增加，老化因子的數(shù)值隨之增大，即電纜的老化程度加深。
[0036] 對(duì)表征電纜老化及運(yùn)行電纜狀態(tài)的不同參數(shù)進(jìn)行比較，隨著電纜老化程度的加深 及運(yùn)行年限的增大，松弛電流初始值增大，衰減時(shí)間增長(zhǎng)，陷阱深度變深，陷阱電荷密度變 大，極化貢獻(xiàn)以及老化因子也隨之增大。
[0037]具體的實(shí)驗(yàn)過程如下：
[0038] 1)電纜測(cè)量前期工作:取出被測(cè)樣品，剝離電纜兩端的屏蔽層，對(duì)剝離后的部分用 無水乙醇進(jìn)行反復(fù)擦拭、除去污垢，接著將試樣放入烘箱中烘干，溫度設(shè)定為60°C，時(shí)間為6 小時(shí)，這一步的工作主要是為了減小電纜在測(cè)量時(shí)的泄漏電流；
[0039] 2)對(duì)測(cè)試電纜進(jìn)行電磁屏蔽，由于退極化電流在PA極，且退極化電流非常小，容易 受到外界因素影響，主要是電磁干擾，因此，需要對(duì)電纜兩端進(jìn)行可靠電磁屏蔽，現(xiàn)場(chǎng)采用 可伸縮鋁箱波紋管進(jìn)行屏蔽處理；
[0040] 3)極化過程:對(duì)被測(cè)樣品屏蔽端接地進(jìn)行可靠絕緣，另一端接極化高壓直流電源， 極化時(shí)間設(shè)定為180〇8，極化場(chǎng)強(qiáng)為240￥/1111]1;
[0041] 4)瞬時(shí)短路:測(cè)量等溫松弛電流前，將極化后的電纜經(jīng)電阻短路5s，以除去表面的 自由電荷，減少其對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響；
[0042] 5)測(cè)量等溫松弛電流:接入退極化測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行退極化，采用計(jì)算機(jī)控制，用電流 表Keith 1 ey 6517B記錄松弛電流，對(duì)應(yīng)退極化時(shí)間設(shè)定為1800s;
[0043] 如圖1所示，為極化與去極化電流原理曲線圖。當(dāng)在電纜兩端加上一個(gè)極化電壓 UC，電纜內(nèi)部將產(chǎn)生一個(gè)極化電流Ipol，隨著加壓時(shí)間的增長(zhǎng)，極化電流逐漸變小趨于穩(wěn) 定。當(dāng)撤去極化電壓UC后，電纜內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)去極化電流Idep，隨著去極化時(shí)間增大衰減至 零。
[0044]如圖2所示，為等溫松弛法測(cè)試系統(tǒng)