[发明专利]一种海缆用交联聚乙烯绝缘材料老化的表征方法

说明书

一种海缆用交联聚乙烯绝缘材料老化的表征方法，包括以下步骤：a)分别对不同老化程度的交联聚乙烯绝缘材料进行机械、化学、热和电气性能测试，得到各特征参量随老化程度的变化规律；进一步划分老化区间，并根据上述老化区间中划分不同阶段的阈值点对应的特征参量，建立参考序列；b)对未知老化状态的交联聚乙烯绝缘材料进行与步骤a)相同的各项性能测试，并将得到的特征参量建立待匹配序列；c)将步骤b)建立的待匹配序列与步骤a)建立的参考序列进行关联度计算，匹配老化区间，确定材料的老化程度。该表征方法融合了理化和电气性能的多特征参量，结合更科学的老化区间划分及更准确的关联度计算，能够全面、准确的反映材料的老化状态。

技术领域

本发明涉及交联聚乙烯海缆检测分析技术领域，更具体地说，是涉及一种海缆用交联聚乙烯绝缘材料老化的表征方法。

背景技术

交联聚乙烯(XLPE)绝缘海底电力电缆在大陆向近海海岛供电的大型工程中得到了广泛的应用。我国海域辽阔，海岸线长，沿海岛屿需要采用海底电力电缆与大陆主网连网，以保证电力供应，提高电网运行稳定性。其中，舟山500千伏联网输变电工程是世界上第一个交流500千伏聚乙烯绝缘海底电缆工程，也是电压等级最高的聚乙烯绝缘海底电缆工程，其交联聚乙烯海缆由我国自主研发制造，于2018年4月通过出厂试验，并于2019年在舟山500千伏联网输变电工程中开始敷设，联网工程全长51km，其中海缆长度17km。

电力电缆在敷设一段时间以后会出现绝缘材料老化的现象，老化是多因素造成的结果，其中最具代表性的是热老化。电缆老化机理多数以绝缘材料温度升高为表现形式，温度升高加速了绝缘介质的化学反应速率，也加速了其他老化因素导致的绝缘劣化进程。热老化的进程同样伴随着电应力、机械振动等因素的影响，多因素协同作用下导致绝缘失效，以绝缘击穿的形式最终显现出来。国外Nedjar M、Anandakumaran K等人发现随着材料的热老化进程，XLPE高分子主链断裂，产生了较多的断链及氧化产物，导致试样内结晶态向无定形态转变，结晶度、熔融峰值温度和击穿场强显著下降，介电常数ε_r和介质损耗角tanδ则在超高频和低频下呈现出规律性变化。朱晓辉等人对不同服役年限的高压交联聚乙烯电力电缆介电性能进行分析，发现XLPE的低频介质损耗因数与老化程度存在对应关系，认为测试运行XLPE电缆的绝缘击穿电场强度变化情况可以反映其综合老化程度，是适合于实际工程应用的简单有效方法；赵威等人借鉴去极化能量的思想，提出了极化能量(Ep)的特征参量，用介损标准量化特征参量Ep对电缆绝缘状态进行定量评估。但是，上述方法大多基于XLPE材料单一特征参量对XLPE绝缘材料老化特性进行分析并预测寿命区间，这些单一特征参量仅仅反映材料某一性能变化，使得评价结果不全面。

此外，通过模糊数学、人工神经网络、贝叶斯模型等方法分析材料老化状态也是目前的研究热点。刘飞等人基于上海市近20年内、约300条线路466根现场老化35kV电缆样品进行的实验室理化分析结果，基于FTIR、水树、DSC等参量建立了电缆绝缘模糊聚类诊断模型。刘恬等采用层次分析法对电缆试样的整体老化状态进行综合评价，基于电缆满载、轻载的运行状态和FTIR测试等构建了包括简化法和详细法的电缆剩余寿命分级评价方法，评估了220kV电缆样本的剩余使用寿命。然而，以上研究对实验样本与数据量有较强要求，对于500千伏XLPE海底电缆而言，老化样本有限，目前没有500kV在役电缆用于数据分析，使得以上方法存在一定的使用限制。

随着超高压海底电缆工程的进行，在海底电缆预鉴定试验之外，电力运维部门亟需适用于工程实际的海缆用交联聚乙烯绝缘材料老化的表征方法，以便日后对海底电缆的绝缘状态进行健康检查，保障海缆输电的安全与可靠。因此，从输电安全与稳定角度考虑，及早发现海底电缆绝缘劣化问题，对海底电缆进行寿命预测，分析表征电缆寿命损耗程度与剩余寿命对提高供电可靠性具有积极意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种海缆用交联聚乙烯绝缘材料老化的表征方法，该表征方法能够全面、准确的反映材料老化状态，对交联聚乙烯海缆的质量标准的进一步完善起到重要作用。