基于不同頻率介損比值的xlpe絕緣老化狀態(tài)評估方法
【專利摘要】一種基于不同頻率介損比值的XLPE絕緣老化狀態(tài)評估方法，包括如下步驟：準(zhǔn)備電纜絕緣內(nèi)、中、外層切片試樣；在相同條件下進行50Hz及0.1H電壓下的試樣介損測量；獲得每個試樣在0.1Hz和50Hz下介損的比值，在此基礎(chǔ)上，計算得絕緣各層以及絕緣整體的介損比值；根據(jù)各層介損比值的大小及變化規(guī)律，以及絕緣整體介損比值的大小，評估交流或直流電纜XLPE絕緣的老化狀態(tài)；按照本發(fā)明方法可以消除不同位置老化不均勻的影響，有利于反映絕緣的整體狀態(tài)，對交、直流電纜XLPE絕緣的老化程度進行準(zhǔn)確評估；測試所需的試樣量小，對測試儀器的電壓及容量要求低；以不同頻率下介損測量值的比值作為特征參數(shù)，減小了測試儀器系統(tǒng)誤差和外界環(huán)境的影響；無需與歷史數(shù)據(jù)對比，工程應(yīng)用方便。
【專利說明】
基于不同頻率介損比值的XLPE絕緣老化狀態(tài)評估方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種對XLPE絕緣老化狀態(tài)進行評估的方法，具體涉及基于聚合物固體 介質(zhì)在不同頻率下的介質(zhì)損耗角正切的測量及比較，對XLPE絕緣的老化狀態(tài)進行評估的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 介質(zhì)損耗角正切(tanS，下文簡稱"介損"）是描述介質(zhì)材料及電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)的 重要性能參數(shù)。介損能反映絕緣的整體性缺陷（如全面老化)和嚴(yán)重局部性缺陷（如水樹）； 由介損隨電壓變化的曲線可以判斷絕緣是否受潮、含有氣泡及老化程度等;它與擊穿電壓 之間也存在單調(diào)對應(yīng)關(guān)系，介損增大，擊穿電壓下降;這些都表明介損能夠作為絕緣診斷的 有效參數(shù)。
[0003] 介損是一個隨頻率而變化的量，這種變化是由介質(zhì)中存在的極化所引起的。但是， 測量介損的頻譜需要專用的設(shè)備，且將整個頻譜完整表示并用于工程評估并不方便，也不 直觀。為了便于工程應(yīng)用，我們通常給出介損在某一特定頻率下的值，目前普遍應(yīng)用的兩個 特征頻率是50Hz和0.1Hz。
[0004] 最初的介損測量都是在工頻（即50Hz)下進行的，例如，GB/T3048.11-2007《電線電 纜電性能試驗方法第11部分:介質(zhì)損耗角正切試驗》中就詳細(xì)規(guī)定了在工頻交流電壓下測 量電纜產(chǎn)品的介損值的試驗設(shè)備、試樣制備、試驗程序、結(jié)果表征等系列要求。
[0005] 隨著檢測技術(shù)的發(fā)展，超低頻（即0.1Hz)試驗方法于1990年代被提出，并應(yīng)用于固 體聚合物絕緣的狀態(tài)檢測當(dāng)中，它可以大大降低對設(shè)備容量的要求，減小設(shè)備體積，有利于 進行現(xiàn)場試驗。IEEE分別在2000年、2004年和2013年制定了超低頻試驗的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) IEEE · Std · 400-2001、IEEE · Std · 400 · 2-2004、IEEE · Std · 400 · 2-2013，并在其中介紹 了針對 成品交流電纜的離線測試方法，以及電纜絕緣不同老化程度的判斷依據(jù)。但是大量的研究 發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)中所列判據(jù)并不適用于工程實踐，例如，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：當(dāng)測得的介損大于4ΧΚΓ 3時， 表明電纜已嚴(yán)重老化，必須立即更換。而實際上，大量狀態(tài)較好的電纜其介損測量值也都大 于4X10- 3 〇
[0006] 在單一頻率下測量絕緣介損值，受測試系統(tǒng)精度及外界環(huán)境波動的影響較大，有 時并不能真實反映絕緣系統(tǒng)的實際狀態(tài)。能否選取50Hz和0.1Hz兩個特征頻率下的介損測 量值之比來判斷XLPE絕緣的老化狀態(tài)，以及其具體的評估技術(shù)，目前尚無相關(guān)研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了彌補目前利用50Hz或0.1Hz頻率下介損測量對XLPE絕緣進行狀態(tài)評估受測試 系統(tǒng)及外界環(huán)境影響嚴(yán)重，測試數(shù)據(jù)分散性大，不能真實反映系統(tǒng)狀態(tài)的問題，本發(fā)明的目 的在于提供一種基于不同頻率介損比值的XLPE絕緣老化狀態(tài)評估方法，本發(fā)明方法為基于 兩個特征頻率下介損測量值的相對比值對XLPE絕緣老化狀態(tài)進行有效評估的方法。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0009] -種基于不同頻率介損比值的XLPE絕緣老化狀態(tài)評估方法，包括如下步驟：
[0010]步驟1:準(zhǔn)備切片試樣，從XLPE成品電纜上截取一定長度的電纜樣段，取出導(dǎo)體線 芯并剝除絕緣屏蔽以外的所有部分后，沿圓周方向進行環(huán)向切削，獲得一定厚度的薄膜帶 狀XLPE絕緣試片，分別在對應(yīng)于絕緣內(nèi)、中、外層位置均切取3至5片薄片試樣，清潔、壓平， 并做恰當(dāng)預(yù)處理后備用；
[0011]步驟2:50Hz電壓下的試樣介損測量，在確定的環(huán)境條件及試驗條件下，逐一測量 各試樣在50Hz工頻電壓下的介損值，記為tan5(50);
[0012] 步驟3:0.1Hz電壓下的試樣介損測量，在和步驟2相同的環(huán)境條件及試驗條件下， 僅將電壓頻率調(diào)整為0.1Hz，逐一測量各試樣在0.1Hz超低頻電壓下的介損值，記為taM (0.1);
[0013] 步驟4:數(shù)據(jù)處理，對每個被測試樣，求取其0.1Hz和50Hz電壓下介損的比值，記為 λ，λ = ?αηδ(〇. 1 )/tan5(50);對各層的λ測量值求平均，作為該層的最終結(jié)果，記為λ內(nèi)、λ中、 再對內(nèi)、中、外層測量值求取平均值，作為絕緣整體特征參數(shù)的最終結(jié)果，記為 [0014] 步驟5:絕緣老化狀態(tài)評估，根據(jù)所得特征參數(shù)的大小，判斷所測XLPE電纜絕緣 的老化狀態(tài)，￥越大，絕緣的老化程度越嚴(yán)重。
[0015] 對預(yù)處理后的試樣兩面用離子濺射儀進行噴金處理以減小測量誤差。
[0016] 按照本發(fā)明所提出的基于兩個特征頻率下介損測量值的相對比值對XLPE絕緣老 化狀態(tài)進行有效評估的方法，可以對交流和直流電纜)(LPE絕緣的老化狀態(tài)進行準(zhǔn)確評估， 有效判斷XLPE電纜的實時狀態(tài)，為交、直流輸、配電線路的安全運行提供保障。本發(fā)明以絕 緣切片為測試試樣，所需試樣量小，對測試儀器的電壓及容量要求低;本發(fā)明以內(nèi)、中、外層 試樣測量值的平均值作為最終的測量結(jié)果，消除了不同位置老化不均勻的影響，有利于反 映絕緣的整體性能;本發(fā)明以不同頻率下介損測量值的比值作為XLPE絕緣的特征參數(shù)，減 小了測試儀器系統(tǒng)誤差和外界環(huán)境的影響；本發(fā)明以相同條件下50Hz及0.1Hz介損測量值 的比值作為絕緣狀態(tài)的判斷依據(jù)，無需與電纜的歷史數(shù)據(jù)進行對比分析，工程應(yīng)用方便。
【附圖說明】
[0017] 圖1為XLPE電纜絕緣的環(huán)切取樣示意圖。
[0018] 圖2為本發(fā)明實施例中XLPE電纜絕緣環(huán)切后的樣品實物圖。
[0019] 圖3為本發(fā)明實施例中噴上金電極后的試樣實物圖。
[0020] 圖4為本發(fā)明實施例中的介電頻譜測試電極實物圖。
[0021] 圖5為本發(fā)明實施例中的介電頻譜測試電極結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作更詳細(xì)的說明。
[0023]本發(fā)明所提出的基于兩個特征頻率下介損測量值的相對比值對XLPE絕緣老化狀 態(tài)進行有效評估的方法，包括如下步驟：
[0024]步驟1:準(zhǔn)備切片試樣；
[0025] 以新的、現(xiàn)場運行16年和24年的110kV交流XLPE電纜為對象，分別取長約100mm的 電纜段，去除導(dǎo)體線芯并剝除絕緣屏蔽以外的所有部分，沿電纜圓周方向進行環(huán)向切削（如 削水果皮），將絕緣層環(huán)切成厚約(〇.2±0.02)mm的切片試樣，沿徑向?qū)⒔^緣均分為三部分， 分別稱為內(nèi)層、中層和外層，如圖1所示，對每種電纜，分別在對應(yīng)于絕緣內(nèi)、中、外層位置切 取3片試樣，裁成邊長約為100mm的矩形，使用酒精擦拭后，將所有試樣放置于50°C恒溫烘箱 中，抽真空干燥6h，之后將試樣從烘箱內(nèi)取出并壓平備用；絕緣切片厚度不應(yīng)過小，否則會 出現(xiàn)明顯的卷曲和不平整。圖2為本發(fā)明實施例中XLPE電纜絕緣環(huán)切后的樣品實物圖。 [0026]為了減小測量誤差，改善試樣與測量儀器所帶電極之間的接觸，可以對試樣兩面 用離子濺射儀進行噴金處理，加上金電極后的試樣如圖3所示。
[0027]步驟2:50Hz電壓下的試樣介損測量；
[0028]步驟3:0.1Hz電壓下的試樣介損測量；
[0029] 作為優(yōu)選實例，選用德國Novocontrol Concept 80寬頻介電譜儀，可一次完成同 一被測試樣在50Hz及0.1Hz電壓下的介損測量；寬頻介電譜儀的測試電極實物及其結(jié)構(gòu)示 意，分別如圖4和圖5所示，將試樣恰當(dāng)安裝后，設(shè)置試驗溫度為25°C，測試頻段為0.05Hz~ 1kHz，在真空條件下開始測試，測試完成后記錄0.1Hz及50Hz頻率下試樣的介損值;一次測 量一個試樣，之后更換試樣，直至所有試樣全部測量完成；
[0030]步驟4:數(shù)據(jù)處理；
[0031] 對每個被測試樣，求取其0.1Hz和50Hz電壓下介損的比值λ，如表1中所示，每種電 纜在每一層選取了 3個試樣;之后，對各層的3個測量值求平均值，獲得每種電纜XLPE絕緣的 λ內(nèi)、λ中、最后，對內(nèi)、中、外層測量結(jié)果再次求平均值，獲得絕緣整體的特征參數(shù)，即蟢，如 表1所示。
[0032] 表 1
[0033]
[0034]步驟5:絕緣老化狀態(tài)評估；
[0035]從表1數(shù)據(jù)中可以看出，單個試樣的介損測量值存在較大的分散性，難以用于絕緣 評估，而采用在同一位置取三個試樣求平均值的方式可以減小這種分散性；同時，采用對 內(nèi)、中、外層再次求平均值的方式有利于反映絕緣的整體狀態(tài)。隨著XLPE電纜運行年限的增 加，介損比值￥是單調(diào)增加的，從新電纜的1.76,到運行16年電纜的3.37,再到運行24年電 纜的5.39，表明￥可以有效表征XLPE絕緣的整體老化狀態(tài)。分析還發(fā)現(xiàn)，新電纜的介損受加 工擠出過程導(dǎo)致的絕緣形態(tài)差異影響，各層的介損比值沒有明顯規(guī)律;而對于運行16年和 24年的電纜，從內(nèi)層到外層，介損比值呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，這與交流電纜絕緣中的電場及 熱場分布從內(nèi)到外逐漸減弱的實際情況相吻合。
[0036]為了驗證該方法對直流電纜XLPE絕緣進行老化評估的效果，在表2中列出了對新 的及預(yù)鑒定試驗后的直流電纜XLPE絕緣的介損測量結(jié)果?？梢钥闯?，首先，在經(jīng)過預(yù)鑒定試 驗后，XLPE絕緣的整體介損比值￥有了明顯的增大，由1.06增加為2.51;其次，新電纜的內(nèi)、 中、外層介損比值沒有明顯規(guī)律，而在預(yù)鑒定試驗后，試樣的介損比值呈現(xiàn)從內(nèi)層到外層逐 漸增大的趨勢，這與交流電纜經(jīng)過現(xiàn)場運行后XLPE絕緣的介損比值由內(nèi)向外逐漸減小的結(jié) 果完全相反，顯示直流電纜絕緣在高壓、高負(fù)荷下完全不同的場強分布特性。
[0037]表 2
[0039]以上測量獲得的兩個特征頻率(0.1Hz和50Hz)下的介損比值在內(nèi)、中、外層的分布 與交、直流電纜實際帶電壓、帶負(fù)荷狀態(tài)對絕緣的電熱老化作用完全一致，而評估參數(shù)￥的 大小與)(LPE絕緣在實際運行或長期試驗后發(fā)生老化的程度呈現(xiàn)單調(diào)對應(yīng)關(guān)系，由此可以驗 證，本發(fā)明所提出的基于兩個特征頻率下介損測量值的相對比值對XLPE絕緣老化狀態(tài)進行 評估的方法簡單易行，準(zhǔn)確可靠。
【主權(quán)項】
1. 一種基于不同頻率介損比值的XLPE絕緣老化狀態(tài)評估方法，其特征在于:包括如下 步驟： 步驟1:準(zhǔn)備切片試樣，從XLPE成品電纜上截取一定長度的電纜樣段，取出導(dǎo)體線芯并 剝除絕緣屏蔽以外的所有部分后，沿圓周方向進行環(huán)向切削，獲得一定厚度的薄膜帶狀 XLPE絕緣試片，分別在對應(yīng)于絕緣內(nèi)、中、外層位置均切取3至5片薄片試樣，清潔、壓平，并 做預(yù)處理后備用； 步驟2:50Hz電壓下的試樣介損測量，在確定的環(huán)境條件及試驗條件下，逐一測量各試 樣在50Hz工頻電壓下的介損值，記為tan5(50); 步驟3:0.1Hz電壓下的試樣介損測量，在和步驟2相同的環(huán)境條件及試驗條件下，僅將 電壓頻率調(diào)整為0.1Hz，逐一測量各試樣在0.1Hz超低頻電壓下的介損值，記為taM(O.l); 步驟4:數(shù)據(jù)處理，對每個被測試樣，求取其0.1Hz和50Hz電壓下介損的比值，記為λ，λ = tan5(〇. l)/tan5(50);對各層的λ測量值求平均，作為該層的最終結(jié)果，記為λ內(nèi)、λ中、4卜;再對 內(nèi)、中、外層測量值求取平均值，作為絕緣整體特征參數(shù)的最終結(jié)果，記為 步驟5:絕緣老化狀態(tài)評估，根據(jù)所得特征參數(shù)的大小，判斷所測XLPE電纜絕緣的老 化狀態(tài)，￥越大，絕緣的老化程度越嚴(yán)重。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于不同頻率介損比值的XLPE絕緣老化狀態(tài)評估方法，其特 征在于:對預(yù)處理后的試樣兩面用離子濺射儀進行噴金處理以減小測量誤差。
【文檔編號】G01R31/12GK105866647SQ201610404171
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】劉 英, 王林杰, 肖陽, 蘇宇, 廖帆, 廖一帆, 張福增, 王國利
【申請人】西安交通大學(xué), 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司