一种电力电缆多因素加速受潮试验装置及方法与流程

专利检索2022-05-10  10



1.本发明涉及电力电缆受潮试验研究领域,具体为一种电力电缆多因素加速受潮试验装置及方法。


背景技术:

2.交联聚乙烯(xlpe)电缆凭借其绝缘性能稳定、结构工艺简单、占用空间小等优点在电力系统中得到了广泛应用,是输配电系统的神经网络。在我国气候湿热的南方地区,电缆进水受潮导致的缺陷和故障十分常见,严重威胁输配电网络供电安全和稳定,给人民的生产生活带来了巨大影响。
3.电缆内材料和结构运行于电磁场、温度场、力场和环境因素等多条件耦合的复杂环境,任何部分受到破坏均会影响电缆运行的安全和稳定。水分进入电缆后,将直接作用于xlpe主绝缘、金属结构、复合绝缘界面等关键材料和部位,造成绝缘劣化(水树枝、电树枝等)、绝缘击穿、金属腐蚀、界面闪络等严重缺陷和故障,已成为直接诱导和间接促进多种电缆故障的重要因素。
4.现阶段,电缆受潮现象在我国输配电网络中发生频繁,但针对电缆受潮原因、受潮检测和受潮恢复技术的研究不够深入、缺乏系统性,难以对实际工程应用起到实质性指导。究其原因为电缆结构复杂,运行环境较为恶劣,难以对电缆受潮的途径进行跟踪检测和分析研究;此外,受限于当前检测设备的灵敏度,电缆受潮现象在初期难以检测,因此容易导致严重的缺陷和故障。


技术实现要素:

5.本发明的目的在于提供一种能够真实模拟电缆受潮现象并进行全面系统研究的电力电缆多因素加速受潮试验装置及方法。
6.本发明提供了一种电力电缆多因素加速受潮试验装置,包括:
7.运行环境模拟系统,用于模拟生成电缆运行在空气、高温高湿和高温浸水的环境;
8.多因素电缆试验回路,用于将多段等长度新电缆首尾连接组成的电缆回路放置于所述的电缆运行在空气、高温高湿和高温浸水的环境中;
9.运行状态模拟系统,用于对放置于电缆运行在空气、高温高湿和高温浸水环境中的电缆回路进行升流和加压,模拟电缆线路轻载、重载和过载各种负荷的情况和电缆绝缘材料和结构的电场分布;
10.电缆性能测试系统,用于对处在轻载、重载和过载各种负荷的情况和电场分布下的电缆回路进行绝缘、局部放电、以及超低频介损的定期性能检测,并根据检测参数进行多特征参量全面描述电缆运行的状态。
11.优选地,所述多因素电缆试验回路包括:
12.加压装置,与电源连接,用于将电压增加并传输至首尾连接的多段等长度新电缆;
13.升流装置,与电源连接,用于将电流上升并传输至首尾连接的多段等长度新电缆;
14.首尾连接的多段等长度新电缆,包括电缆两端浸水的电缆段、内源性受潮的电缆段、未处理过的电缆段、破损本体浸水的电缆段、完整本体浸水的电缆段、中间接头浸水的电缆段。
15.优选地,所述电缆性能测试系统包括:
16.绝缘电阻测试系统,用于对处在轻载、重载和过载各种负荷的情况和电场分布下的电缆回路进行绝缘定期性能检测;
17.超低频介损测试系统,用于对处在轻载、重载和过载各种负荷的情况和电场分布下的电缆回路进行超低频介损的定期性能检测;
18.局部放电测试系统,用于对处在轻载、重载和过载各种负荷的情况和电场分布下的电缆回路进行局部放电的定期性能检测;
19.运行环境监测系统,用于根据检测参数进行多特征参量全面描述电缆运行的状态。
20.优选地,所述电缆性能测试系统还包括:
21.传感器监测系统,用于电缆导体、端子、外护套温度的检测。
22.优选地,所述运行环境模拟系统还包括:在模拟生成环境的液体中添加用于电缆受潮途径的检测和跟踪的染料。
23.本发明还提供一种电力电缆多因素加速受潮试验方法,其特征在于,包括以下步骤:
24.s1、模拟生成电缆运行在空气、高温高湿和高温浸水的环境;
25.s2、将多段等长度新电缆首尾连接组成的电缆回路放置于所述的电缆运行在空气、高温高湿和高温浸水的环境中;
26.s3、对放置于电缆运行在空气、高温高湿和高温浸水环境中的电缆回路进行升流和加压,模拟电缆线路轻载、重载和过载各种负荷的情况和电缆绝缘材料和结构的电场分布;
27.s4、对处在轻载、重载和过载各种负荷的情况和电场分布下的电缆回路进行绝缘、局部放电、以及超低频介损的定期性能检测,并根据检测参数进行多特征参量全面描述电缆运行的状态。
28.优选地,所述步骤s3包括以下步骤:
29.s3

1、加流升温过程,对放置于电缆运行在空气、高温高湿和高温浸水环境中的电缆回路根据温度和时间进行设置电流值使电缆导体升温至高于正常运行时最高温度的5~10℃;
30.s3

2、温度达到设定值后,则设置电流值使温度在预设的时间内保持在预设的温度值,模拟电缆线路轻载、重载和过载各种负荷的情况;
31.s3

4、加压降温,断开电流源使电缆自然降温至预设的温度值内,并全程施加预设的电压模拟电缆绝缘材料和结构的电场分布,并返回步骤s3

1进行预设的周期循环。
32.优选地,所述步骤s4包括以下步骤:
33.s4

1、对处在轻载、重载和过载各种负荷的情况和电场分布下的电缆回路进行绝缘定期性能检测;
34.s4

2、对处在轻载、重载和过载各种负荷的情况和电场分布下的电缆回路进行超
低频介损的定期性能检测;
35.s4

3、对处在轻载、重载和过载各种负荷的情况和电场分布下的电缆回路进行局部放电的定期性能检测;
36.s4

4、根据检测参数进行多特征参量全面描述电缆运行的状态。
37.优选地,所述步骤s4还包括对电缆导体、端子、外护套温度的检测。
38.优选地,还包括在模拟生成环境的液体中添加用于电缆受潮途径的检测和跟踪的染料。
39.本发明通过对放置于电缆运行在空气、高温高湿和高温浸水环境中的电缆回路进行升流和加压,模拟电缆线路轻载、重载和过载各种负荷的情况和电缆绝缘材料和结构的电场分布,可以有效模拟电缆在现实中的工作环境,使得试验电缆更充分地暴露在各种环境中,能够提升检测项目的覆盖率;且由于对放置于电缆运行在空气、高温高湿和高温浸水环境中的电缆回路进行升流和加压,其升流过程电缆导体升温,模拟电缆线路轻载、重载和过载各种负荷的情况,在加压过程可以模拟电缆绝缘材料和结构的电场分布,然后可对电缆回路进行绝缘、局部放电、以及超低频介损的定期性能检测,根据检测参数进行多特征参量全面描述电缆运行的状态,从而能够对电缆受潮原因进行深入的系统性研究,为后期实际工程应用起到实质性指导效果。
40.在进一步的优选方案中还能获得更多的优点:例如:为了解决电缆受潮路径难以跟踪、受潮过程不够清晰的难题,在电缆运行的液体环境中添加亚甲基蓝等染料,以进行电缆受潮途径的检测和跟踪。在电缆的多周期浸水试验中,染料会随水分进入并保存于电缆内部,通过图像处理识别染料的分布范围、覆盖浓度,可对电缆进水受潮的过程进行复现,完成对正常及不同缺陷电缆进水途径的可视化研究,并研究中间接头、终端头等关键部位的水分进入途径和分布特性。
附图说明
41.图1为本发明实施例提供的一种电力电缆多因素加速受潮试验装置的结构示意图;
42.图2为本发明实施例提供的多因素电缆试验回路的结构示意图;
43.图3为本发明实施例提供的电缆性能测试系统的结构示意图;
44.图4为本发明实施例提供的电力电缆多因素加速受潮试验方法的流程示意图;
45.图5为本发明实施例提供的每个试验周期的条件设置情况示意图。
具体实施方式
46.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
47.图1是根据本发明实施例提供的一种电力电缆多因素加速受潮试验装置的结构示意图,该装置包括运行环境模拟系统,用于模拟生成电缆运行在空气、高温高湿和高温浸水的环境,其中,在模拟生成环境的液体中添加用于电缆受潮途径的检测和跟踪的染料;
48.多因素电缆试验回路,用于将多段等长度新电缆首尾连接组成的电缆回路放置于
所述的电缆运行在空气、高温高湿和高温浸水的环境中;
49.运行状态模拟系统,用于对放置于电缆运行在空气、高温高湿和高温浸水环境中的电缆回路进行升流和加压,模拟电缆线路轻载、重载和过载各种负荷的情况和电缆绝缘材料和结构的电场分布;
50.电缆性能测试系统,用于对处在轻载、重载和过载各种负荷的情况和电场分布下的电缆回路进行绝缘、局部放电、以及超低频介损的定期性能检测,并根据检测参数进行多特征参量全面描述电缆运行的状态。
51.运行环境模拟系统主要由空气、水槽组成,水槽用于营造液体环境,系统可模拟空气、高温高湿和高温浸水等电缆运行环境,研究不同环境下的电缆受潮情况和特点。
52.多因素电缆试验回路包括加压装置,与电源连接,用于将电压增加并传输至首尾连接的多段等长度新电缆,升流装置,与电源连接,用于将电流上升并传输至首尾连接的多段等长度新电缆,首尾连接的多段等长度新电缆,包括电缆两端浸水的电缆段、内源性受潮的电缆段、未处理过的电缆段、破损本体浸水的电缆段、完整本体浸水的电缆段、中间接头浸水的电缆段,如图2所示。每段电缆可人工模拟电缆在施工、运行过程中产生的缺陷并浸水运行,对比分析探究多因素下的电缆受潮情况和特点。多因素电缆试验回路缺陷设置方式如表1所示:
[0053][0054][0055]
表1
[0056]
如图3所示,电缆性能测试系统包括绝缘电阻测试系统,用于对处在轻载、重载和过载各种负荷的情况和电场分布下的电缆回路进行绝缘定期性能检测,超低频介损测试系统,用于对处在轻载、重载和过载各种负荷的情况和电场分布下的电缆回路进行超低频介
损的定期性能检测,局部放电测试系统,用于对处在轻载、重载和过载各种负荷的情况和电场分布下的电缆回路进行局部放电的定期性能检测,传感器监测系统,用于电缆导体、端子、外护套温度的检测,运行环境监测系统,用于根据检测参数进行多特征参量全面描述电缆运行的状态。
[0057]
图4是根据本发明实施例提供的一种电力电缆多因素加速受潮试验方法流程示意图,该方法包括以下步骤:
[0058]
s1、模拟生成电缆运行在空气、高温高湿和高温浸水的环境;
[0059]
s2、将多段等长度新电缆首尾连接组成的电缆回路放置于所述的电缆运行在空气、高温高湿和高温浸水的环境中;
[0060]
s3、对放置于电缆运行在空气、高温高湿和高温浸水环境中的电缆回路进行升流和加压,模拟电缆线路轻载、重载和过载各种负荷的情况和电缆绝缘材料和结构的电场分布;
[0061]
s4、对处在轻载、重载和过载各种负荷的情况和电场分布下的电缆回路进行绝缘、局部放电、以及超低频介损的定期性能检测,并根据检测参数进行多特征参量全面描述电缆运行的状态。
[0062]
步骤s3包括以下步骤:s3

1、加流升温过程,对放置于电缆运行在空气、高温高湿和高温浸水环境中的电缆回路根据温度和时间进行设置电流值使电缆导体升温至高于正常运行时最高温度的5~10℃;s3

2、温度达到设定值后,则设置电流值使温度在预设的时间内保持在预设的温度值,模拟电缆线路轻载、重载和过载各种负荷的情况;s3

4、加压降温,断开电流源使电缆自然降温至预设的温度值内,并全程施加预设的电压模拟电缆绝缘材料和结构的电场分布,并返回步骤s3

1进行预设的周期循环。
[0063]
步骤s4包括以下步骤:s4

1、对处在轻载、重载和过载各种负荷的情况和电场分布下的电缆回路进行绝缘定期性能检测;s4

2、对处在轻载、重载和过载各种负荷的情况和电场分布下的电缆回路进行超低频介损的定期性能检测;s4

3、对处在轻载、重载和过载各种负荷的情况和电场分布下的电缆回路进行局部放电的定期性能检测;s4

4、根据检测参数进行多特征参量全面描述电缆运行的状态。
[0064]
所述步骤s4还包括对电缆导体、端子、外护套温度的检测。
[0065]
还包括在模拟生成环境的液体中添加用于电缆受潮途径的检测和跟踪的染料。
[0066]
电力电缆加速受潮试验,电缆受潮过程与负荷变化导致的呼吸作用、冷凝作用等直接相关,本平台通过设置多周期恒压负荷循环试验,每个试验周期的条件设置情况如图5所示,可分为三个阶段。首个阶段为加流升温过程,电缆回路通电流设置值(数值需结合温度

时间情况进行设置)使电缆导体升温至高于正常运行时最高温度5~10℃(xlpe电缆为95~100℃);第二阶段为温度保持阶段,温度达到设定范围后,设置电流大小使温度保持在限定范围(95~100℃)2小时以上;第三阶段为加压降温过程,断开电流源使电缆自然降温至与环境温度相差10℃以内,全程施加电压2.5u0模拟电场分布。多周期循环试验促进负荷循环变化,加剧呼吸作用、冷凝作用,从而加速电缆的受潮进程。
[0067]
电缆受潮途径可视化研究,为了解决电缆受潮路径难以跟踪、受潮过程不够清晰的难题,在电缆运行的液体环境中添加亚甲基蓝等染料,以进行电缆受潮途径的检测和跟踪。在电缆的多周期浸水试验中,染料会随水分进入并保存于电缆内部,通过图像处理方式
识别染料的分布范围、覆盖浓度,可对电缆进水受潮的过程进行复现,完成对正常及不同缺陷电缆进水途径的可视化研究,并研究中间接头、终端头等关键部位的水分进入途径和分布特性。
[0068]
为恢复受潮电缆绝缘性能,延长电缆运行寿命,有必要对受潮电缆的恢复技术进行研究。通过加速受潮试验模拟多种受潮方式和受潮程度的电缆,结合真空析出法、干燥氮气法、加热蒸发法等方法对受潮电缆进行恢复,对比不同方法的优缺点并研究真空度、温度、时间等重要参数与电缆长度、受潮程度的相关性,探究具有应用价值的受潮电缆恢复技术。
[0069]
现有研究中,研究人员多采取故障后电缆作为研究对象,但故障电缆数量少、偶然性强,难以代表普遍的故障发展规律。本发明进行多种因素、多种环境下的电缆受潮,可将大量受潮电缆进行故障特征测试(如闪络、击穿),进而探究电缆在多种受潮方式下的故障表现、发展路径和重要特征,建立受潮电缆故障特征数据库,对电缆线路实际应用有重要的指导意义。
[0070]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
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