CN101738572A - 一种检测中压固体绝缘电力电缆寿命的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检验中压固体绝缘电力电缆寿命的方法，通过加速水树老化试验、14天热负荷循环试验、工频逐级击穿电压试验测试、冲击逐级击穿电压试验测试、绝缘内部水树的生长大小发展与密度检测统计、电气测试、结构检测，得到工频击穿电压随着加速水树老化试验时间而变化的曲线，以此来判断电缆质量的优劣并作出电气寿命的相对评价。本发明能够检验电缆质量的优劣并作出寿命的相对评价，提高电网的可靠性，降低电网中断的次数，减少维护电网整体寿命所需的费用，是一种有效的鉴定和审查电缆制造质量的试验方法，能够在规定试验时间后评价电缆缆芯材料的整体寿命长短。

Description

一种检测中压固体绝缘电力电缆寿命的方法

技术领域

本发明涉及一种检测中压固体绝缘电力电缆寿命的方法。

技术背景

世界各地的电力企业都希望那些位于地下主干线回路上的电力电缆能够具有尽可能长的使用寿命，以提高电网的可靠性，降低电网中断的次数，并且减少维护电网整体寿命所需的总成本费用。电力电缆的寿命主要取决于电缆的电气绝缘强度，由于通过实际的运行证明需要非常长的时间，所以在短时期内如何检测中压固体绝缘电力电缆的电气寿命，判断其寿命的长短、质量的优劣，是本发明亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有检验技术的缺陷，而提供一种检验中压固体绝缘电力电缆寿命的方法，根据该方法，能够检验电缆质量的优劣，可为提高电网的可靠性，降低电网中断的次数，减少维护电网整体寿命所需的总成本费用提供技术依据。

实现上述目的的技术方案是：一种检验中压固体绝缘电力电缆寿命的方法，其中，它通过加速水树老化试验、14天热负荷循环试验、工频逐级击穿电压试验测试、冲击逐级击穿电压试验测试、绝缘内部水树的生长大小发展与密度检测统计、电气测试、结构检测，得到工频击穿电压随着加速水树老化试验时间而变化的曲线，以此来判断电缆质量的优劣并作出电气寿命的相对评价。

上述的检验中压固体绝缘电力电缆寿命的方法，其中，

所述的加速水树老化试验，将待测电缆置于一由水平安装的导管和位于两侧的弯管构成的导管装置内，将导管和弯管充满自来水，在每一个待测电缆终端的顶部固定一个小塑料水容器并保持一定的水位以确保导体线芯充满水及保持一定水压，每天通过在闭合导体回路中产生感应电流的方式加热电缆，并且在每个热循环的末期保证待测电缆的穿管内的绝缘屏蔽温度范围为大于42℃，同时，在待测电缆上一直施压一个交流电压；

所述的14天热负荷循环试验，待测电缆经过14次热负荷循环，一个循环的周期为24小时，其中，前8小时通电流加热，其余16小时切断电流自然冷却，在该试验中，试验段电缆分二组，一组供工频逐级击穿电压试验测试，另一组供冲击逐级击穿电压试验测试；

所述的工频逐级击穿电压试验测试，包含原始、14天热负荷循环后、不同时间段加速水树老化试验后击穿电压试验，将有效试验段电缆长度至少为13m的待测电缆的两端装入350kV的水终端中，使用17.5-18kV、50Hz的工频电压作为起始点压，在待测电缆上施加5分钟，然后以每5分钟为间隔，7kV为一级的逐级升高电压直到电缆击穿或者达到原始值必须大于34-35Kv/mm；

所述的冲击逐级击穿电压试验测试，包含原始、14天热负荷循环后，对待测电缆进行绝缘导体的冲击电压试验，在进行热冲击试验时，需将待测电缆置于一导管装置内，并且两端密封以防止空气流通，通电流加热；

所述的绝缘内部水树的生长大小发展与密度检测统计，对经过加速水树老化试验步骤的待测电缆进行领结形水树和发散形水树的测试统计，该测量统计的待测电缆需基于经过工频逐级击穿试验的电缆，对每一试样电缆在其击穿点的附近切取10个共30个圆片，在显微镜下观察水树的生长情况，根据不同时间试验段水树的生长情况与工频击穿电压数值来判断电缆绝缘层的质量；

所述的电气测试，包括局部放电检测、介电常数检测、介电损耗因数检测；

所述的结构检测，测量待测电缆的结构以及尺寸。

上述的检验中压固体绝缘电力电缆寿命的方法，其中，在14天热负荷循环试验中，不在待测的电缆上施加电压，在做14天热负荷循环试验步骤前，截取一段与试验电缆相同规格20m长电缆，采用与待测电缆同样方法进行热负荷循环的模拟电缆的导体上安装热电偶以确定热负荷循环过程中建立温度与加热电流之间的关系数据，以对试验段电缆的参数作推测，而不破坏试验段的电缆，以达到热负荷循环中所需要参数检测的目的。

上述的检验中压固体绝缘电力电缆寿命的方法，其中，在加速水树老化试验的过程中，在试验每一星期内，待测电缆需要进行连续5个周期为24小时的热循环，然后停止热循环2天，这期间的每24小时为一老化天。

上述的检验中压固体绝缘电力电缆寿命的方法，其中，在所述的加速水树老化试验步骤中，将待测电缆分为120天加速水树老化试验样品、180天加速水树老化试验样品、360天加速水树老化试验样品以及480天加速水树老化试验样品，分别进行120天、180天、360天、480天加速水树老化试验。

上述的检验中压固体绝缘电力电缆寿命的方法，其中，在加速水树老化试验的全过程中的120、180、360、480天的试验期中，对电缆需施加按标称绝缘厚度计算的平均场强为5.91kV/mm的电压。

上述的检验中压固体绝缘电力电缆寿命的方法，其中，在所述的加速水树老化试验中，每天通过在闭合导体回路中产生感应电流的方式加热电缆的加热时间为8小时。

上述的检验中压固体绝缘电力电缆寿命的方法，其中，对于评判中压固体绝缘电力电缆的工频击穿强度标准值选择：

原始值≥34-40kV/mm；

120天加速水树老化后击穿电压≥30kV/mm；

180天加速水树老化后击穿电压≥28kV/mm；

360天加速水树老化后击穿电压≥22kV/mm；

480天加速水树老化后击穿电压≥15kV/mm；

被试电缆的试验结果按照上述电压时间曲线以15kV/mm为极限推算被试电缆的寿命时间的相对值，即通过工频击穿电压时间曲线推算法计算出相对寿命。

本发明的有益效果是：本发明的一种检验中压固体绝缘电力电缆寿命的方法通过加速水树老化试验提供了一种有效的鉴定和审查电缆质量的试验方法，能够在试验段时间后评价电缆缆芯材料的整体寿命长短，判断电缆质量的优劣并作出寿命的相对评价，大大提高电网的可靠性提供技术依据。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

一种检验中压固体绝缘电力电缆寿命的方法，它通过加速水树老化试验、14天热负荷循环试验、工频逐级击穿电压试验测试、冲击逐级击穿电压试验测试、绝缘内部水树的生长大小发展与密度检测统计、电气测试、结构检测，得到工频击穿电压随着加速水树老化试验时间而变化的曲线，替代工频击穿电压随着实际的现场运行时间而变化的曲线，以此来判断电缆质量的优劣并作出电气寿命的相对评价，本检验方法所评价的是电缆缆芯材料，即绝缘料、半导电屏蔽料。在检验前，首先进行试样准备，每个电缆试样按8个阶段试验，每个阶段需要有3个段组成合计需要24个试验样本，然后开始进行检验，其中：

电气测试，包括局部放电检测、介电常数检测、介电损耗因数检测；

结构检测，测量待测电缆的结构以及尺寸；

工频逐级击穿电压试验测试，包含原始、14天热负荷循环后、不同时间段加速水树老化试验后击穿电压试验，将有效试验段电缆长度至少为13m的待测电缆的两端装入350kV的水终端中，使用17.5-18kV、50Hz的工频电压作为起始点压，在待测电缆上施加5分钟，然后以每5分钟为间隔，7kV为一级的逐级升高电压直到电缆击穿或者达到原始值必须大于34-35Kv/mm；

冲击逐级击穿电压试验测试，包含原始、14天热负荷循环后，对待测电缆进行绝缘导体的冲击电压试验，在进行热冲击试验时，需将待测电缆置于一导管装置内，并且两端密封以防止空气流通，通电流加热；

14天热负荷循环试验，待测电缆经过14次热负荷循环，一个循环的周期为24小时，其中，前8小时通电流加热，其余16小时切断电流自然冷却，在该试验中，不在待测的电缆上施加电压，在做14天热负荷循环试验前，截取一段与试验电缆相同规格20m长电缆，采用与待测电缆同样方法进行热负荷循环的模拟电缆的导体上安装热电偶以确定热负荷循环过程中建立温度与加热电流之间的关系数据，以对试验段电缆的参数作推测，而不破坏试验段的电缆，以达到热负荷循环中所需要参数检测的目的，试验段电缆分二组，一组供工频逐级击穿电压试验测试，另一组供冲击逐级击穿电压试验测试；

加速水树老化试验，将待测电缆置于一由水平安装的导管和位于两侧的弯管构成的导管装置内，将导管和弯管充满自来水，在每一个待测电缆终端的顶部固定一个小塑料水容器并保持一定的水位以确保导体线芯充满水及保持一定水压，每天通过在闭合导体回路中产生感应电流的方式加热电缆，并且在每个热循环的末期保证待测电缆的穿管内的绝缘屏蔽温度范围为大于42℃，同时，在待测电缆上一直施压一个交流电压；

绝缘内部水树的生长大小发展与密度检测统计，对经过加速水树老化试验步骤的待测电缆进行领结形水树和发散形水树的测试统计，该测量统计的待测电缆需基于经过工频逐级击穿试验的电缆，对每一试样电缆在其击穿点的附近切取10个共30个圆片，在显微镜下观察水树的生长情况，根据不同时间试验段水树的生长情况与工频击穿电压数值来判断电缆绝缘层的质量。

发散形水树经常产生在绝缘屏蔽层和绝缘层之间的交界处，是衡量电缆屏蔽层和绝缘层生产质量的重要指标，若在每种电缆中都没有发现大于0.25mm的发散形水树，小于0.25mm的水树含量也极低，则说明电缆绝缘层屏蔽层的生产质量是很好的，适用寿命长。

领结形水树是产生在绝缘层内部的，可以反映绝缘层抗水树生长的能力，由于领结形水树只会在绝缘的缺陷处产生，例如杂质和微孔，因此，在绝缘内部水树的生长大小发展与密度检测统计过程中，需要进行领结形水树的测量与统计。

本发明的导管装置的导管为标称直径为76mm的聚乙烯或聚氯乙烯导管。

在加速水树老化试验每一星期内，待测电缆需要进行连续5个周期为24小时的热循环，然后停止热循环2天，这期间的每24小时为一老化天。

在加速水树老化试验步骤中，将待测电缆分为120天加速水树老化试验样品、180天加速水树老化试验样品、360天加速水树老化试验样品、480天加速水树老化试验样品，分别进行120天、180天、360天、480天的加速水树老化试验，每天通过在闭合导体回路中产生感应电流的方式加热电缆的加热时间为8小时。

在加速水树老化试验的全过程中的120、180、360、480天的试验期中，对电缆需施加按标称绝缘厚度计算的平均场强为5.91kV/mm的电压。

针对120天的进行加速水树老化试验的待测电缆来说，必须在正常的试验电压下经受累计时间为120天的老化，还必须在要求的时间和温度下经历86天的热负荷循环，应重复进行由连续5天的加热负荷循环和接着连续2天的不加热负荷循环组合成的7天期的负荷循环。不应有超过连续8天的加热循环期，也不应有超过连续4天的无热循环期。

针对180天的进行加速水树老化试验的待测电缆来说，必须在正常的试验电压下经受累计时间为180天的老化，还必须在要求的时间和温度下经历129天的热负荷循环，应重复进行由连续5天的加热负荷循环和接着连续2天的不加热负荷循环组合成的7天期的负荷循环。当试验过程中发生中断时，根据需要暂时改变这个5天加2天的顺序。如果是这样，必须将129天的热负荷循环根据实际情况分散在整个180天的老化期内，但是，不应有超过连续8天的加热循环期，也不应有超过连续4天的无热循环期。

针对360天的进行加速水树老化试验的待测电缆来说，必须在正常的试验电压下经受累计时间为360天的老化，还必须在要求的时间和温度下经历257天的热负荷循环，应重复进行由连续5天的加热负荷循环和接着连续2天的不加热负荷循环组合成的7天期的负荷循环。不应有超过连续8天的加热循环期，也不应有超过连续4天的无热循环期。

针对480天的进行加速水树老化试验的待测电缆来说，必须在正常的试验电压下经受累计时间为480天的老化，还必须在要求的时间和温度下经历342天的热负荷循环，不应有超过连续8天的加热循环期，也不应有超过连续4天的无热循环期。

下面将举一实施例来说明，某型电缆试验共分8个试验阶段，每个段取3个样，编号1-24个试样，进行电气测量，将1到3号样品进行工频逐级击穿电压试验测试为原始值并进行结构检查，4到6号样品进行冲击逐级击穿电压试验测试为原始值，7-24号样品进行14天热负荷循环试验步骤，然后在进行过14天热负荷循环试验步骤的样品中，取7到9号样品进行工频逐级击穿电压试验，然后进行结构检测，取10-12号样品进行热冲击击穿试验，将其余的样品分别进行120天、180天、360天和480天的加速水树老化试验，然后在各试验时间段后的试样分别进行绝缘内部水树的生长大小发展与密度检测统计，其中，在进行120天的加速水树老化试验后，还必须进行电气测试、工频逐级击穿电压试验、结构检测，绝缘内部水树的生长大小发展与密度检测统计。其中进行电气测试中的介电常数、介质损耗因数、局部放电分别在编号为1-3、7、13-24的试样中必须测量；在结构检测中可将每个试样段中的编号为1、7、13、16、19、22中取样检查。

本试验中需要强调的是加速水树老化的周期定为480天，这是对于绝缘材料在技术发展的今天，需要检测出水树生长所必须的周期。上述试验完成以后，可通过工频击穿电压变化、冲击电压变化、局部放电变化、介电常数变化、介电损耗因数变化等作出该类固体绝缘电力电缆的缆芯材料(绝缘料、半导电料)的质量判断和使用电气寿命的判断。

对于评判中压电缆高分子结构固体绝缘的抗水树性能，采用480天的加速水树老化试验(AWTT)的“试验周期”是合理的评判标准。该试验周期可对不同高分子结构固体绝缘的抗水树性能，能够得出可靠的数据与分析结果，是进行实地试验的一种有效考核方法所选择的合理周期。对于评判寿命通过绘制工频逐级击穿电压时间曲线与标准曲线比较，可采用工频击穿电压时间曲线推算法计算相对寿命，对于中压固体绝缘电力电缆的工频击穿强度标准值选择：

原始值≥34-40kV/mm；

120天加速水树老化后击穿电压≥30kV/mm；

180天加速水树老化后击穿电压≥28kV/mm；

360天加速水树老化后击穿电压≥22kV/mm；

480天加速水树老化后击穿电压≥15kV/mm；

被试电缆的试验结果按照上述电压时间曲线以15kV/mm为极限推算出被试电缆的寿命时间的相对值，即利用工频击穿电压时间曲线推算法计算出相对寿命。

以上以实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种检验中压固体绝缘电力电缆寿命的方法，其特征在于，它通过加速水树老化试验、14天热负荷循环试验、工频逐级击穿电压试验测试、冲击逐级击穿电压试验测试、绝缘内部水树的生长大小发展与密度检测统计、电气测试、结构检测，得到工频击穿电压随着加速水树老化试验时间而变化的曲线，以此来判断电缆质量的优劣并作出电气寿命的相对评价。

2.根据权利要求1所述的检验中压固体绝缘电力电缆寿命的方法，其特征在于，

所述的加速水树老化试验，将待测电缆置于一由水平安装的导管和位于两侧的弯管构成的导管装置内，将导管和弯管充满自来水，在每一个待测电缆终端的顶部固定一个小塑料水容器并保持一定的水位以确保导体线芯充满水及保持一定水压，每天通过在闭合导体回路中产生感应电流的方式加热电缆，并且在每个热循环的末期保证待测电缆的穿管内的绝缘屏蔽温度范围为大于42℃，同时，在待测电缆上一直施压一个交流电压；

所述的14天热负荷循环试验，待测电缆经过14次热负荷循环，一个循环的周期为24小时，其中，前8小时通电流加热，其余16小时切断电流自然冷却，在该试验中，试验段电缆分二组，一组供工频逐级击穿电压试验测试，另一组供冲击逐级击穿电压试验测试；

所述的工频逐级击穿电压试验测试，包含原始、14天热负荷循环后、不同时间段加速水树老化试验后击穿电压试验，将有效试验段电缆长度至少为13m的待测电缆的两端装入350kV的水终端中，使用17.5-18kV、50Hz的工频电压作为起始点压，在待测电缆上施加5分钟，然后以每5分钟为间隔，7kV为一级的逐级升高电压直到电缆击穿或者达到原始值必须大于34-35Kv/mm；

所述的冲击逐级击穿电压试验测试，包含原始、14天热负荷循环后，对待测电缆进行绝缘导体的冲击电压试验，在进行热冲击试验时，需将待测电缆置于一导管装置内，并且两端密封以防止空气流通，通电流加热；

所述的绝缘内部水树的生长大小发展与密度检测统计，对经过加速水树老化试验步骤的待测电缆进行领结形水树和发散形水树的测试统计，该测量统计的待测电缆需基于经过工频逐级击穿试验的电缆，对每一试样电缆在其击穿点的附近切取10个共30个圆片，在显微镜下观察水树的生长情况，根据不同时间试验段水树的生长情况与工频击穿电压数值来判断电缆绝缘层的质量；

所述的电气测试，包括局部放电检测、介电常数检测、介电损耗因数检测；

所述的结构检测，测量待测电缆的结构以及尺寸。

3.根据权利要求1所述的检验中压固体绝缘电力电缆寿命的方法，其特征在于，在14天热负荷循环试验中，不在待测的电缆上施加电压，在做14天热负荷循环试验步骤前，截取一段与试验电缆相同规格20m长电缆，采用与待测电缆同样方法进行热负荷循环的模拟电缆的导体上安装热电偶以确定热负荷循环过程中建立温度与加热电流之间的关系数据，以对试验段电缆的参数作推测，而不破坏试验段的电缆，以达到热负荷循环中所需要参数检测的目的。

4.根据权利要求2所述的检验中压固体绝缘电力电缆寿命的方法，其特征在于，在加速水树老化试验的过程中，在试验每一星期内，待测电缆需要进行连续5个周期为24小时的热循环，然后停止热循环2天，这期间的每24小时为一老化天。

5.根据权利要求2所述的检验中压固体绝缘电力电缆寿命的方法，其特征在于，在所述的加速水树老化试验步骤中，将待测电缆分为120天加速水树老化试验样品、180天加速水树老化试验样品、360天加速水树老化试验样品以及480天加速水树老化试验样品，分别进行120天、180天、360天、480天加速水树老化试验。

6.根据权利要求5所述的检验中压固体绝缘电力电缆寿命的方法，其特征在于，在加速水树老化试验的全过程中的120、180、360、480天的试验期中，对电缆需施加按标称绝缘厚度计算的平均场强为5.91kV/mm的电压。

7.根据权利要求2所述的检验中压固体绝缘电力电缆寿命的方法，其特征在于，在所述的加速水树老化试验中，每天通过在闭合导体回路中产生感应电流的方式加热电缆的加热时间为8小时。

8.根据权利要求1所述的检验中压固体绝缘电力电缆寿命的方法，其特征在于，对于评判中压固体绝缘电力电缆的工频击穿强度标准值选择：

原始值≥34-40kV/mm；

120天加速水树老化后击穿电压≥30kV/mm；

180天加速水树老化后击穿电压≥28kV/mm；

360天加速水树老化后击穿电压≥22kV/mm；

480天加速水树老化后击穿电压≥15kV/mm；

被试电缆的试验结果按照上述电压时间曲线以15kV/mm为极限推算被试电缆的寿命时间的相对值，即通过工频击穿电压时间曲线推算法计算出相对寿命。