[发明专利]交联聚乙烯电力电缆寿命电应力和/或热应力试验平台

说明书

一种交联聚乙烯电力电缆寿命电应力和/或热应力试验平台，属于电力系统输电技术研究领域。本发明的目的是根据逆幂定律的电老化模型和等温松弛电流法的老化因子相结合的方法，建立交联聚乙烯电力电缆寿命电应力和/或热应力试验平台。本发明将试验长电缆等分成三段短电缆，并分别安装电缆端部接头，再用等温松弛电流法分别测量每段的老化因子，采用逐步升压法击穿试验电缆，给出电、热和电热联合老化电缆的剩余寿命，依据试验数据推断工作电压下不同缆芯温度下电缆的使用寿命，收集电缆运行中热历史数据，给出电缆预期使用寿命。本发明实现非破坏性试验达到破坏性试验相同的目标。

技术领域

本发明属于电力系统输电技术研究领域。

背景技术

交联聚乙烯(XLPE)电力电缆具有运行可靠、不占地面空间和受外界影响小等优点，逐渐承担起城市电网中电能传输的作用。XLPE电缆运行中受到电应力、热应力、机械应力以及环境应力的联合作用，绝缘逐渐老化而导致失效。XLPE电缆生产厂商给出的电缆预期使用寿命约为30年，但实际使用寿命与周围环境和负荷电流密切相关。负荷电流、护套环流和流过绝缘层的阻性电流均会使电缆本体发热，缆芯温度稳定在90℃的恒定负荷电流值被称之为载流量。负荷电流低于载流量，电缆的输送能力未充分得到利用，负荷电流高于载流量，电缆的使用寿命将缩短。

电力系统运行经验表明，电力设备在寿命周期内可靠性可分为3个时期，即故障率较高的初始期、故障率较低的偶发期和故障率较高的老化期，存在明显的“浴盆”曲线规律。初始期故障率较高是由于设备制造质量或安装工艺不良造成的，老化期故障率较高是由于绝缘逐渐劣化造成的。国内XLPE电缆已开始进入寿命终止期，目前老化诊断方法尚未形成标准，而因制造工艺及材料的差异，直接将国外标准用于国内电缆老化诊断，可能误判电缆老化程度，过早退役造成建设资金的巨大浪费，过晚退役造成电缆运行事故频繁。深入研究XLPE电缆老化诊断技术，开发电缆寿命综合评估系统，是解决电缆最佳退役时间节点的唯一途径。

发明内容

本发明的目的是根据逆幂定律的电老化模型和等温松弛电流法的老化因子相结合的方法，建立交联聚乙烯电力电缆寿命电应力和/或热应力试验平台。

本发明步骤是：

(1)逆幂定律的电老化模型

Eⁿt＝C或

式中E为绝缘材料承受的电场强度；n被称为电压耐力系数或电缆寿命指数；t为加压时间；C和n是常数；

(2)等温松弛电流法测量的老化因子

当U₀作用到电介质上t_c段时间后撤掉，然后令电介质短路放电，此时产生的去极化松弛电流用以下三阶指数衰减函数表示：

式中，a_i和τ_i与电介质材料的特性有关，a_i是对陷阱的密度的反应，τ_i是对陷阱的深度的反应，I₀表明了电流最终达到平衡时的稳态值；

表征电缆老化状态的老化因子A为：

式中：Q(τ₂)为电缆绝缘内晶体与无定形的界面极化决定的量；Q(τ₃)为由绝缘内老化引起的各种极化决定的量；其中：

(3)电、热和电热联合加速老化试验步骤：

①将试验长电缆等分成三段短电缆，并分别安装电缆端部接头，再用等温松弛电流法分别测量每段的老化因子；采用数理统计中的t检验法，确认长电缆和三段短电缆之间以及每段短电缆之间的老化因子不存在显著性差异；