CN103207140B - 一种导线综合因素老化试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种导线综合因素老化试验装置，所述装置包括：老化试验箱体，用于根据不同型号的碳纤维复合芯导线试样的芯棒、导线和不同的试验要求条件，所述不同的试验要求条件通过改变如下的多种因素实现：太阳辐射模拟强度、人工雨量大小、干热程度、高湿状态、盐雾浓度、冷热循环周期；卧式拉力机，用于穿过所述老化试验箱体拉紧碳纤维复合芯导线试样，以满足所述老化试验箱体中的碳纤维复合芯导线试样的拉力条件；变压器设备，用于通过所述老化试验箱体体壁上的高压套管连接碳纤维复合芯导线试样，以满足碳纤维复合芯导线试样的高电压条件。本发明实施例提供了一种适用于碳纤维复合芯导线的综合因素老化性能检测方案的老化试验设备。

Description

一种导线综合因素老化试验装置

技术领域

本发明涉及导线试验装置，尤其涉及一种导线综合因素老化试验装置。

背景技术

尽管碳纤维复合芯导线具有复合材料固有的耐腐蚀性较好的特点，但是当其暴露在高温、高湿、紫外线、臭氧、微风震动、酸雨腐蚀、雨雪冰冻等环境中，老化依然会发生，尤其是碳纤维复合芯导线的结构决定了碳纤维复合芯与外包的铝股之间难免有一些摩擦，在铝股通电时，也可能会对碳纤维复合芯造成电偶腐蚀，在长期的运行过程中，碳纤维复合芯在电压、拉力、扭力、自然环境老化等综合作用下的性能可能会大大降低甚至失效。从发展较为成熟的复合绝缘子的应用情况来看，总的来说运行部门对复合材料的信任度不高，因此运行部门对复合材料的老化性能特别关注，尤其是新式复合材料，由于老化方面的试验研究数据不足，众多运行部门对碳纤维复合芯导线的综合因素老化性能持保留意见态度，如果依靠已经挂网运行的碳纤维复合芯导线来对其综合因素老化性能进行验证，是不科学、不安全的，也会限制碳纤维复合芯导线的大规模推广应用。

从我国自主研发的碳纤维复合芯导线应用情况来看，我国的应用时间不长，对碳纤维复合芯导线的性能研究才刚刚起步，尤其是对实际工况下长时间运行各项性能的研究还基本处于空白阶段，这就造成对实际运行中的碳纤维复合芯导线的性能掌握与运行维护缺乏指导性的数据，碳纤维复合芯导线在严酷自然环境下的运行性能和周期寿命等关键问题都还是一个未知数。如果能够对于上述自然环境下碳纤维复合芯导线的综合因素老化性能进行全面深入的研究，特别是与实际运行状态一致的试验研究——主要指材质的影响（如：导电铝股对碳纤维芯棒的影响、环境因素对碳纤维芯棒的影响），则对在严酷自然环境下运行的碳纤维复合芯导线的性能优化和推广应用具有重要的指导意义，对于电网安全运行意义重大。此外，通过碳纤维复合芯导线综合因素老化试验研究，可以为其他复合材料设备（如：复合材料塔材、复合材料支柱绝缘子、复合材料套管）综合因素老化性能实验研究提供参考和依据。

碳纤维复合芯导线在国内的起步较晚，华北电力科学研究院作为国内第一家掌握碳纤 维复合芯导线关键技术和生产工艺，并建立国内第一条碳纤维复合芯导线生产线的企业，在研发应用阶段，已经开展了部分碳纤维复合芯导线的耐老化性能研究，包括冷热循环试验、紫外老化试验、盐雾老化试验等。

然而，在研发阶段所进行的老化性能试验均为单一条件或一两个条件综合作用下的耐老化性能研究，与实际情况相一致的施加工频电压与预定张力并考虑众多自然环境影响因素的综合因素老化性能研究较少，尚无权威性结论。

根据国内目前一些厂家和科研院所的试验研究情况，碳纤维复合芯导线在单一因素下的老化性能大多都获得了肯定，但是其在实际运行中可能遭受的综合因素老化还没有涉及。

现有技术一的技术方案：紫外光辐照试验是模拟日照中的紫外线，以考察对碳纤维复合芯造成的老化。比较经过紫外光照射和未经过紫外光照射的复合芯试品的抗弯曲性能和抗压扁性能，其中紫外光照射试品分为带铝股复合芯和不带铝股复合芯，以考察铝股对复合芯的遮挡作用。紫外光辐照过程：4小时紫外光辐照与4小时冷凝过程循环进行，循环过程共计15日。初始的紫外光辐照度为0.119毫瓦/平方厘米，随着紫外灯的老化，最终紫外光辐照度衰减为0.067毫瓦/平方厘米。试品长度为100mm，直径D为7.5mm，试验跨距为6D（45mm）。现有技术一的碳纤维复合芯导线长期暴露在野外，运行环境复杂，在额定电压作用下要经受拉力、微风震动、紫外辐照、化学腐蚀、雨雪冰冻等各种严酷自然环境的考验，而紫外光辐照试验只能模拟现实工况下的单一因素下的老化，不能全面的考虑到多因素综合情况下的老化。

现有技术二的技术方案：冷热循环试验条件：将碳纤维复合芯试品置于零下25℃的环境下48小时，然后再将试品取出置于室温环境下24小时，如此冷热循环多个周期。试品长度为100mm，直径D为7.5mm，试验跨距为6D（45mm），经复合芯弯曲破坏试验得出结论：经冷热循环的试品，复合芯弯曲破坏力平均值为2.50kN；未经冷热循环的试品复合芯弯曲破坏力平均值为2.30kN。现有技术二碳纤维复合芯导线长期暴露在野外，运行环境复杂，在额定电压作用下要经受拉力、微风震动、紫外辐照、化学腐蚀、雨雪冰冻等各种严酷自然环境的考验，而冷热循环试验只能模拟现实工况下单一因素下的老化，不能全面的考虑到多因素综合情况下的老化。

综上可见，如何设计一种适用于碳纤维复合芯导线的综合因素老化性能检测方案的老化试验设备，这是本领域的技术人员亟待解决的一个技术问题。

发明内容

本发明实施例提供一种导线综合因素老化试验装置，以提供一种适用于碳纤维复合芯导线的综合因素老化性能检测方案的老化试验设备。

为了达到上述技术目的，本发明实施例提供了一种导线综合因素老化试验装置，所述导线综合因素老化试验装置包括：老化试验箱体、卧式拉力机、变压器，其中：

老化试验箱体，用于根据不同型号的碳纤维复合芯导线试样的芯棒、导线和不同的试验要求条件，所述不同的试验要求条件通过改变如下的多种因素实现：太阳辐射模拟强度、人工雨量大小、干热程度、高湿状态、盐雾浓度、冷热循环周期；

卧式拉力机，用于穿过所述老化试验箱体拉紧碳纤维复合芯导线试样，以满足所述老化试验箱体中的碳纤维复合芯导线试样的拉力条件；

变压器设备，用于通过所述老化试验箱体体壁上的高压套管连接碳纤维复合芯导线试样，以满足碳纤维复合芯导线试样的高电压条件。

可选的，在本发明一实施例中，所述老化试验箱体包括：箱体、调节通道、电气系统、制冷系统，其中：箱体，用于提供安装其它结构的位置和放置碳纤维复合芯导线试样的空间；调节通道，用于把制冷系统产生的冷量、加热器产生的热量用强制对流的方式传到箱体空间；所述调节通道上部鼓风，下部回风；电气系统，用于为电气元件提供电路，使电气元件正常运作；制冷系统，用于通过压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器制冷装置产生设备运行所需要的冷量。

可选的，在本发明一实施例中，所述箱体在内外壁之间填充聚胺脂泡沫和玻璃棉构成隔热层；所述箱体的门框、窗框及箱框的四周均埋有电热丝，以防止低温试验时表面凝露结霜。

可选的，在本发明一实施例中，所述导线综合因素老化试验装置通过可编程逻辑控制器PLC控制面板来改变冷热循环周期。

可选的，在本发明一实施例中，所述导线综合因素老化试验装置通过氙灯作为人工光源组成光照系统来改变太阳辐射模拟强度；所述氙灯设计为水平氙灯和垂直氙灯。

可选的，在本发明一实施例中，所述导线综合因素老化试验装置通过由淋雨水箱、压力可调的道泵、抽水电机、八组淋雨喷头组成淋雨系统来改变人工雨量大小。

可选的，在本发明一实施例中，所述导线综合因素老化试验装置通过由空气压缩机、盐雾压力管道、盐雾喷嘴、盐雾水桶以及盐粒组成盐雾系统来改变盐雾浓度。

可选的，在本发明一实施例中，所述导线综合因素老化试验装置通过由加热器、蒸发 器、湿度传感器、温度传感器、风机、加热电阻丝、风口、净水器、电磁阀、水位传感器及管道组成高温高湿系统来改变干热程度、高湿状态。

可选的，在本发明一实施例中，所述导线综合因素老化试验装置通过对卧式拉力机深入到所述老化试验箱体中的部分做镀锌的防腐蚀处理，以保证设备的使用寿命及试验顺利进行。

可选的，在本发明一实施例中，所述变压器设备通过工频试验变压器实现。

上述技术方案具有如下有益效果：因为采用所述导线综合因素老化试验装置包括：老化试验箱体、卧式拉力机、变压器，其中：老化试验箱体，用于根据不同型号的碳纤维复合芯导线试样的芯棒、导线和不同的试验要求条件，所述不同的试验要求条件通过改变如下的多种因素实现：太阳辐射模拟强度、人工雨量大小、干热程度、高湿状态、盐雾浓度、冷热循环周期；卧式拉力机，用于穿过所述老化试验箱体拉紧碳纤维复合芯导线试样，以满足所述老化试验箱体中的碳纤维复合芯导线试样的拉力条件；变压器设备，用于通过所述老化试验箱体体壁上的高压套管连接碳纤维复合芯导线试样，以满足碳纤维复合芯导线试样的高电压条件的技术手段，所以达到了如下的技术效果：设计出了一适用于碳纤维复合芯导线的综合因素老化性能检测方案，并以检测方案为基础设计研究出一套综合因素老化设备。并通过试验研究，希望能够得出一些结论，为碳纤维复合芯导线生产、试验及应用相关技术标准的完善提供基础支持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种导线综合因素老化试验装置结构示意图；

图2为本发明应用实例老化试验箱体主视示意图；

图3为本发明应用实例老化试验箱体左视示意图；

图4为本发明应用实例低温箱示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明实施例一种导线综合因素老化试验装置结构示意图，所述导线综合因素老化试验装置包括：老化试验箱体11、卧式拉力机12、变压器13，其中：

老化试验箱体11，用于根据不同型号的碳纤维复合芯导线试样的芯棒、导线和不同的试验要求条件，所述不同的试验要求条件通过改变如下的多种因素实现：太阳辐射模拟强度、人工雨量大小、干热程度、高湿状态、盐雾浓度、冷热循环周期；

卧式拉力机12，用于穿过所述老化试验箱体拉紧碳纤维复合芯导线试样，以满足所述老化试验箱体中的碳纤维复合芯导线试样的拉力条件；

变压器设备13，用于通过所述老化试验箱体体壁上的高压套管连接碳纤维复合芯导线试样，以满足碳纤维复合芯导线试样的高电压条件。

可选的，所述老化试验箱体11包括：箱体、调节通道、电气系统、制冷系统，其中：箱体，用于提供安装其它结构的位置和放置碳纤维复合芯导线试样的空间；调节通道，用于把制冷系统产生的冷量、加热器产生的热量用强制对流的方式传到箱体空间；所述调节通道上部鼓风，下部回风；电气系统，用于为电气元件提供电路，使电气元件正常运作；制冷系统，用于通过压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器制冷装置产生设备运行所需要的冷量。

可选的，所述箱体在内外壁之间填充聚胺脂泡沫和玻璃棉构成隔热层；所述箱体的门框、窗框及箱框的四周均埋有电热丝，以防止低温试验时表面凝露结霜。

可选的，所述导线综合因素老化试验装置通过可编程逻辑控制器PLC控制面板来改变冷热循环周期。

可选的，所述导线综合因素老化试验装置通过氙灯作为人工光源组成光照系统来改变太阳辐射模拟强度；所述氙灯设计为水平氙灯和垂直氙灯。

可选的，所述导线综合因素老化试验装置通过由淋雨水箱、压力可调的道泵、抽水电机、八组淋雨喷头组成淋雨系统来改变人工雨量大小。

可选的，所述导线综合因素老化试验装置通过由空气压缩机、盐雾压力管道、盐雾喷嘴、盐雾水桶以及盐粒组成盐雾系统来改变盐雾浓度。

可选的，所述导线综合因素老化试验装置通过由加热器、蒸发器、湿度传感器、温度 传感器、风机、加热电阻丝、风口、净水器、电磁阀、水位传感器及管道组成高温高湿系统来改变干热程度、高湿状态。

可选的，所述导线综合因素老化试验装置通过对卧式拉力机深入到所述老化试验箱体中的部分做镀锌的防腐蚀处理，以保证设备的使用寿命及试验顺利进行。

可选的，所述变压器设备通过工频试验变压器实现。

本发明实施例上述技术方案具有如下有益效果：因为采用所述导线综合因素老化试验装置包括：老化试验箱体、卧式拉力机、变压器，其中：老化试验箱体，用于根据不同型号的碳纤维复合芯导线试样的芯棒、导线和不同的试验要求条件，所述不同的试验要求条件通过改变如下的多种因素实现：太阳辐射模拟强度、人工雨量大小、干热程度、高湿状态、盐雾浓度、冷热循环周期；卧式拉力机，用于穿过所述老化试验箱体拉紧碳纤维复合芯导线试样，以满足所述老化试验箱体中的碳纤维复合芯导线试样的拉力条件；变压器设备，用于通过所述老化试验箱体体壁上的高压套管连接碳纤维复合芯导线试样，以满足碳纤维复合芯导线试样的高电压条件的技术手段，所以达到了如下的技术效果：设计出了一适用于碳纤维复合芯导线的综合因素老化性能检测方案，并以检测方案为基础设计研究出一套综合因素老化设备。并通过试验研究，希望能够得出一些结论，为碳纤维复合芯导线生产、试验及应用相关技术标准的完善提供基础支持。

以下举应用实例详细说明本发明上述技术方案：

为了实现上述本发明实施例所述导线综合因素老化试验装置，首先，本发明应用实例提出一套关于碳纤维复合芯导线综合因素老化试验研究的方法，主要的要求如下。

1、试品要求 

取2段导线分别按下述要求制成试品：导线两端按正常施工工艺安装耐张线夹的钢锚，暴露在钢锚之外的导线（铝股仍包裹于碳纤维复合芯外但不承力）不短于500mm。将安装了钢锚的导线装入电晕笼，导线铝股表面至电晕笼金属部位的绝缘距离为100mm。

2、试验装置与程序

导线试品放置于试验箱中，2个试品可水平放置，也可垂直放置。对试样施加25kV工频电压。当高压侧带有阻性电流250mA(r.m.s)的负荷时，试验回路最大电压降不超过5％。回路保护水平应调整到lA(r.m.s)。试验开始前，试品应用自来水清洗干净。

本试验除了对导线试品施加工频电压（电压施加于导线铝股上，电晕笼接地）及张力外，还同时循环施加如下各种应力：太阳辐射模拟（UV线）、人工雨、干热、高湿状态 （必须达到饱和状态）、轻度盐雾。

所有这些应力推荐的循环顺序见表1。

表1各老化因素在每24h内的循环顺序

a)每一个循环为24h。对于表1的程序，每两个小时按程序改变一个试验条件。

b)对于表1的程序，当停止加热和加湿时，试样处于（15~25）℃的温度和30%~60%的相对湿度条件下。

c)温度从周围温度升高到50℃的时间应少于15min。

d)对于表1的程序，湿度应在15min内达到95%的相对湿度，并在下一个10min内达到至少98%的相对湿度。 

e)对于表1的程序，当经过50℃的加热和98%的相对湿度程序后，由于试验箱的自然冷却试验箱内可达到饱和状态，此时试验箱要停止排风。箱温降到周围温度的时间应持续约2h。

f)按照IEC60405的要求进行降雨。

g)盐雾要求如下：用NaCl和去离子水配制盐水，然后用涡轮喷雾器或其它具有恒定喷射能力的室内喷雾装置作为盐水喷雾器。盐水应喷射成雾状，并充满整个试验箱，喷嘴不应将雾直接喷向试品。不允许用循环水。

水流速率：0.4±0.1kg／(m3.h)；

雾粒大小：5μm～10μm；

温度：20℃±5K；

盐水浓度：7±0.5kg／m3。

h)将试样放置距5000W氙弧灯约48cm以内就可模拟太阳辐射。通过一个滤光系统就可以近似地再现6月份中午温和气候地区所能接收到的太阳光谱和强度（约90mW/cm2）。

i)整个试验持续5000h。

j)为了进行试样检查及设备维修，试验期间允许中断电源，但总中断时间不应超过20h，并在中断后继续进行试验，中断的时间不计入试验总时间内，且中断期间应调整导线承受的张力，使其恢复到初始张力。

3、碳纤维复合芯导线综合因素老化试验的设计，需要一套与之适合的能够提供各种参数条件的设备。设备能够满足参数条件的要求，而且便于操作和监测，保证试验顺利进行。

研制的试验设备主要分为老化试验箱体、卧式拉力机、变压器三套主体设备，能够完成碳纤维复合芯导线综合因素老化性能试验。其中老化试验箱体可以根据不同型号的碳纤维复合芯芯棒、导线和不同的试验要求改变太阳辐射模拟（UV线）强度、人工雨量大小、干热程度、高湿状态（必须达到饱和状态）、盐雾浓度、冷热循环周期。卧式拉力机穿过试验箱体满足试验箱中的试样的拉力条件，变压器设备通过试验箱体壁上的高压套管连接试样满足试样高电压条件。

设备综合了多方面的因素，不可避免的会遇到稳定性差等的问题，但是通过最后调试以及长时间不停机的试机过程，该设备稳定性经受住了考验，能够满足试验需要的各项条件。

技术指标： 

1）老化实验装置

1．温度范围：-40℃~+100℃

2．温度波动度：±0.5℃

3．温度偏差：±2.0℃

4．升温时间：-40℃～+100℃120分钟（空载）

5．降温时间：+20℃～-40℃120分钟（空载）

6．湿度范围：30～95%RH(+20℃~+85℃)

7．湿度偏差：±3.0%RH（湿度﹥75%RH）；±5.0%RH（湿度≤75%RH）

8．日照强度：280～1120W/m²可调

9．淋雨强度：1.0～1.5mm/min

10．盐雾沉降量：1-2ml/80cm²·h可调

2）卧式拉力机 

1．最大试验力：3*300kN

2．每套加载试验力测量范围及精度：6-300kN；精度优于1%

3．加载液压缸活塞行程：500mm

4．试验空间：前后拉伸挂具之间的距离：3.5m

5．位移(变形)测量范围及精度:500mm;精度优于±0.1mm

6．拉伸移动速度：100mm/min

7．控制模式：恒试验力控制/恒位移控制 

8．试验力保持点及保持时间：任意设定

9．试验机液压系统功率：5.0千瓦

3）3YD-25/25工频试验变压器

1．额定输入电压：220V；额定输入电流：113.6A

2．额定输出电压：25KV；额定输出电流：1A

3．XK-2000手动控制台：工作电源220V，控制台没有手动升压，耐压自动计时，耐压计时结束后自动降压至零位，另外控制台有调压器零位启动和过流、过压保护。

4．TYDGZ-30/0.22接触调压器 

5．TRF-350/25电容分压器 

6．GR25-1A/112保护电阻：额定电流1A；电阻值112欧。

设备具体功能条件及参数介绍：

老化试验箱体：

老化试验箱体从功能上可分为高温高湿系统、淋雨系统、盐雾系统、光照系统、制冷系统，其中制冷系统在本试验中未使用。每个系统之间可以同时使用，在实验方案设计中可知的老化装置状态有淋雨光照态、高温高湿态、干热态、高湿态、高温日照态。其中的淋雨光照态就是通过淋雨系统和光照系统同时作用完成，以及高温日照态也是如此。

老化试验箱体从结构上又可分为：箱体、调节通道、电气系统、制冷系统。它们的功能分别如下：

箱体是提供安装其它结构的位置和放置试验样品的空间。

调节通道是把制冷系统产生的冷量、加热器产生的热量用强制对流的方式传到箱体空间。一般是通道上部鼓风，下部回风。

电气系统为电气元件提供合理的电路，使它们能正常运作。

制冷系统通过压缩机、冷凝器、节流装置（膨胀阀/毛细管）、蒸发器等 制冷装置产生设备运行所需要的冷量。

如图2所示，为本发明应用实例老化试验箱体主视示意图，其中，21为离心风机；22为观察风窗；23为控制面板。如图3所示，为本发明应用实例老化试验箱体左视示意图，其中，31为导热电阻；32为引线孔。由图中可以看出，箱体结构为：

箱壁的外壁为象牙色彩钢板，内壁为316不锈钢板。在内外壁之间填充聚胺脂泡沫和玻璃棉构成隔热层。

内部空间是内部前侧为试验品放置空间，内部后侧为空气调节通道。空气调节通道由离心风机、通道支架及盖板等组成。加热器及制冷系统的蒸发器均位于调节通道内部。

箱门上安装电热中空钢化玻璃观察窗2个。门框、窗框及箱框的四周均埋有电热丝，可防止低温试验时表面凝露结霜。引线孔箱体左右侧开有引线孔共有6个，标准引线孔直径为Φ100mm。

在试验过程中，尤其在光照态的情况下，一定要关闭窗户，以免光照太强，刺伤试验人员的眼镜。

光照系统： 

光照系统性能的核心问题是人工光源的选择和工作参数的设计，各种人工光源的能量分布与太阳光比较,氙灯光谱和太阳光谱最相似,得到的结果与自然大气暴露有良好的对应关系。因此，本设备选择了4*6KW的水温氙灯来作为人工光源，日照强度在280~1120W/m²可调。氙灯的设计分为水平氙灯和垂直氙灯，主要是满足不同试样光照强度的需求。

老化装置内氙灯的辐照度测量是采用箱体自带的测量范围为30～300W/cm²光谱辐照度测量仪，可以直接测得的氙灯辐照度一般在40～280W/cm²，个别新的氙灯在晚上系统电压最高时的辐照度可达120W/cm²。氙灯使用寿命在500h～1000h，氙灯经过一段时间的使用，会出现变黑的现象，应该及时在灯管寿命时间内更换灯管，以防因为灯管变黑或输出功率下降的原因导致光照强度不够，试验条件达不到要求。当其达到使用寿命时，辐照度会在很短时间内迅速下降20～40％，在试验中，一般当氙灯辐照度降至40W/cm²以下时，就应更换新的氙灯。当氙灯辐照度在40-280mW/cm²时，试品中心表面直射功率在81-98mW/cm²的范围，与IEC标准中辐照度在90W/cm²左右的 规定一致。而不锈钢制成的箱壁对太阳辐射的反射系数在0.8左右，实际上试品所受辐照应高于此值。

由于灯管在使用过程中会释放大量的热量，开机时一定保证循环水保持通畅。在长时间使用时还会出现冷却循环水温度过高的原因，造成灯管使用寿命下降，甚至炸裂的现象。因此试验后期配备了循环水冷却装置，可以有效的控制循环水温度在20℃左右，从而保证了试验要求的光照强度。循环水要求使用纯净水，由于自来水经过高温加热后会出现水垢，会堵塞水管，造成灯管温度过高炸裂，因此需要特别注意。

淋雨系统： 

淋雨系统主要是由淋雨水箱、压力可调的道泵、抽水电机、八组淋雨喷头组成，淋雨强度范围在1.0～1.5mm/min，每个喷头的发散程度、喷淋位置均可调。淋雨系统是一个相对简单的系统，一般配合光照系统一起使用，在本试验方案的设计的24小时循环中，只在第一个2小时循环中配合光照使用。一般人工气候老化常用的试验条件有连续光暴露和周期性喷水、有光和无光交替暴露及周期性喷水、不喷水的连续光暴露、不喷水的有光和无光交替暴露4种。本试验方案选择的就是第1种。

淋雨的雨量强度在1.0～1.5mm/min内可调，考虑到现实中的工况和实验室条件的要求，把雨量控制在1.2mm/min左右。实际中降雨量测量采用如下方法，当雨量稳定时，用直径158mm的敞口容器在试品安装高度范围内缓慢并均匀的上下移动，测量1分钟内的总降雨量。每个试品安装位置测量3次取平均值。测量计算试品位置每分钟降雨量如表2所示，1号位置由于最靠近管道泵出水处，所以其雨量比其他三个位置大，其余的位置降雨量相差不大。

表2盐雾箱中降雨量测量结果

试验中使用的模拟雨水为自来水，一般呈弱碱性，而现实中的情况是大气雨水由于气候的原因在某些地区偏于弱酸性，这个试验因素在结果分析时，需要做适当考虑。

盐雾系统： 

盐雾系统的组成主要是由空气压缩机、盐雾压力管道、盐雾喷嘴、盐雾 水桶以及盐粒组成。空气压缩提供3MPa左右的压缩气体，穿过压力管道。盐雾水桶中的水通过盐粒变成盐水与气体在压缩管道中一起从盐雾喷嘴中喷出，从而形成盐雾。喷嘴围绕在老化装置四周共计10个，一般在到达盐雾程序3分钟左右就可以达到的效果：盐雾充满了整个老化装置内。

在试验设计时，喷嘴的方向向上设计，可以让盐雾喷到高处实现自由降落，这样可以让烟雾在试验箱中分布的更均匀。老化装置在盐雾过程中引线孔一定要用海绵塞堵好，确定保证老化装置在密封的状态。

为了保证试验参数的正确，实际测量了盐雾箱雾产生的情况，具体方法如下：取4个盐雾沉降测量皿，分别放在老化装置中的高、中、低三个不同位置，每个位置盐雾沉降测量皿分别放在靠近试品的地方，然后测量24小时内盐雾沉降测量皿中所接得的溶液成分，得到的结果如表3所示，盐雾在老化装置内分布的比较平均，符合实验条件需求。

表3盐雾箱中不同位置的雾情况测量

盐雾对导线的危害，实际上是导线的导体与加工金属材料在电解质的作用下，产生金属的化学反应和电化学腐蚀的过程。现实工况下，导线经过盐雾的腐蚀，强度大大降低，强风时甚至导致导线断线。因此，老化装置的导线盐雾系统是一个非常重要的系统，试验中应注意实时测量盐雾沉降量以保证需要试验条件。

高温高湿系统：

高温高湿系统为设备提供高干、高湿的试验条件，主要由加热器、蒸发器、湿度传感器、温度传感器、风机、加热电阻丝、风口、净水器、电磁阀、水位传感器及管道组成。高温高湿系统可以提供不同的状态，如高温高湿态、高干态、高湿态等。全部过程是一个自动调节的过程，保证温度湿度在试验过程中能够达到试验的要求。

设备的高温高湿系统采用平衡调温调湿系统（BTC）来控制温湿度。BTC系统通过适时连续控制蒸发器、加热器的功率来实现平衡箱内的温度湿度来 创造需要的环境。如果温度超过设定温度的10%左右后，BTC系统会自动开启压缩机，调节温度到设定的温度，如果出现压缩机损坏，温度不能调节，温度上升到设备运行最高温度，限温报警器会自动报警，工作人员通过检修以保证工作正常。

设备采用强制空气对流的方法进行热量的传递，以保证试验空间的温度均匀性。置于空气调节通道顶部的循环风机是空气循环流动的动力源。空气从调节通道底部进入通道，再经过蒸发器和加热器进行热量交换后，在风机的作用下，由通道顶部出风口进入试验空间，在空间中循环之后从下风口流出，从而保证了空间温度的均匀性。湿度的控制同样是通过空气对流的方式来进行，效果比较显著。湿度传感器和温度传感器的作用主要是监测空间内温湿度条件，测试后的信号传输到PLC控制中心，通过分析条件，决定下一步动作，以保证试验顺利进行。

程序控制系统：

老化试验机的四个状态指示灯，在实验过程中，本发明应用实例首先通过观看指示灯的亮灭来检验实验进程是否按照程序进行。指示灯上面还有灯管选择的按钮，为了满足整个空间的光照，灯管分为竖管和横管，可以同时使用也可以分开使用。

整个试验过程为24小时一个循环，每两个小时为一段。试验机通过PLC（可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC））控制面板，可以编辑程序和循环次数，整个实验过程完全不用人工操作，只需要每个工作段检查实验条件是否达到即可。编辑程序时，要注意每段程序前都要增加一秒的缓冲时间段，对设备的运行能够起到一个缓冲保护的作用。

WLW-3*300微机控制卧式恒张力试验机包括：

1）卧式主机 

试验机主机机身采用双框架卧式结构，3套液压伺服油缸等间距安装在油缸座上，3套测力传感器安装在尾部对应的后拉伸座上。活塞端部通过附具与试样直接连接，在液压动力作用下，活塞收缩直接拉动试样进行加载。3套液压缸的侧面都安装有位移测量装置，用于测量油缸的行程。3套油缸分别配置独立的液压驱动系统和电气控制系统，能独立工作，因此能方便的对1件、2件或者3件试样同时或分别加载。前后拉伸挂具之间可以安装低温箱，满足 试样的在规定环境下进行试验要求。如图4所示，为本发明应用实例低温箱示意图，其中，41为低温箱。

2）液压站

该部分是试验机的加载动力源。主要由液压泵机组、伺服阀、压力调整阀以及液压油箱、液压附件等组成。工作原理如下：开始时，油泵启动，快速拉紧试样到设定试验力，保持负荷，进入控制加载状态，微机控制电液伺服阀，驱动伺服缸，按程序设定完成试验全过程。

3）微机及电气控制系统功能

采用微机，依据国家标准完成对试验力、位移进行多种模式的自动控制，完成试验过程中试验参数的设定、试验过程的控制、数据采集、处理、分析及显示，准确实现等速位移控制、等速试验力控制,具有任意试验力点设定及保持功能；完善的曲线图形处理功能，试验过程中曲线能够自动跟踪调整，能够打印、保存曲线，曲线可以局部放大，也可以全屏放大，可以跟踪曲线浏览、观察数据，可以同时显示、比较多条曲线。

注意事项：卧式拉力机需要穿过老化装置的部分，一定会遇到老化腐蚀的问题，因此，试验设备制作过程中，一定要对深入到老化装置中的部分做镀锌或者别的防腐蚀处理，以保证设备的使用寿命及试验顺利进行。

上述变压器设备可通过工频试验变压器实现：

工频电压的KV数要根据试品的实际爬电距离调节，即用试品的爬电距离（以mm计算）除以34.6的值（相当于爬电比距20mm/KV，以相间电压计算）。对电源回路，当持续阻性电流负荷为250mA（r.m.s）时，在1S期间高压侧的最大电压降不能超过5%，保护水平应调为1A（r.m.s）。工频试验变压器就可以满足试验的要求。

通过多次的试验论证，在电压到25KV，导线中线与电晕笼边缘的距离在100mm时，电压和电晕笼之间产生较高的场强，出现电晕放电但不至于击穿试样，同时又能产生臭氧的环境。

4、试验的判定 

以上本发明应用实例主要从细节方面描述了设备的的功能条件和参数，主要参数体现在光照、淋雨、高温高湿、盐雾、拉力、工频电压和臭氧方面。设备综合了多方面的因素，不可避免的会遇到稳定性差等的问题，但是通过 最后调试以及长时间不停机的试机过程，该设备稳定性经受住了考验，能够满足试验需要的各项条件。若试验结束后，观察试品的碳纤维复合芯没有出现明显的腐蚀（包括可能由盐雾导致的腐蚀、电晕导致的腐蚀等）、开裂、断裂，可重新鉴定残余拉断力、剪切力，通过与原导线性能作对比分析，评定老化试验对试样的影响。

本发明应用实例技术方案带来的有益效果：（1）碳纤维复合芯综合因素老化试验研究方法能够模拟现实工况的各项条件，主要包括工频电压、张力、太阳辐射模拟（UV线）、人工雨、干热、高湿状态（必须达到饱和状态）、轻度盐雾。设备能够满足各项参数条件的要求，而且便于操作和监测，保证试验顺利进行。（2）研制出了一套综合因素老化试验装置，连续运行1000小时无故障，试验装置条件能够与试验方法要求一致，保障了试验基本条件。（3）运用设备进行了连续1000小时人工加速综合因素老化试验，通过对试品的表面观察以及力学分析结果可得出，老化试验装置可以模拟现实工况条件，且条件比较苛刻，加速了试样的老化，产生了一定老化现象。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块（illustrative logical block），单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性（interchangeability），上述的各种说明性部件（illustrative components），单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路（ASIC），现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意 形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线（DSL）或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片（disk）和磁盘（disc）包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种导线综合因素老化试验装置，其特征在于，所述导线综合因素老化试验装置包括：老化试验箱体、卧式拉力机、变压器设备，其中：

老化试验箱体，用于根据不同型号的碳纤维复合芯导线试样的芯棒、导线和不同的试验要求条件改变如下的多种因素：太阳辐射模拟强度、人工雨量大小、干热程度、高湿状态、盐雾浓度、冷热循环周期；

卧式拉力机，用于穿过所述老化试验箱体拉紧碳纤维复合芯导线试样，以满足所述老化试验箱体中的碳纤维复合芯导线试样的拉力条件；

变压器设备，用于通过所述老化试验箱体体壁上的高压套管连接碳纤维复合芯导线试样，以满足碳纤维复合芯导线试样的高电压条件，所述变压器设备通过工频试验变压器实现，所述工频试验变压器的输出电压根据设置在电晕笼中的所述碳纤维复合芯导线试样的爬电距离调节。

2.如权利要求1所述导线综合因素老化试验装置，其特征在于，所述老化试验箱体包括：箱体、调节通道、电气系统、制冷系统，其中：

箱体，用于提供安装其它结构的位置和放置碳纤维复合芯导线试样的空间；

调节通道，用于把制冷系统产生的冷量、加热器产生的热量用强制对流的方式传到箱体空间；所述调节通道上部鼓风，下部回风；

电气系统，用于为电气元件提供电路，使电气元件正常运作；

制冷系统，用于通过压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器制冷装置产生设备运行所需要的冷量。

3.如权利要求2所述导线综合因素老化试验装置，其特征在于，所述箱体在内外壁之间填充聚胺酯泡沫和玻璃棉构成隔热层；所述箱体的门框、窗框及箱框的四周均埋有电热丝，以防止低温试验时表面凝露结霜。

4.如权利要求1所述导线综合因素老化试验装置，其特征在于，所述导线综合因素老化试验装置通过可编程逻辑控制器PLC控制面板来改变冷热循环周期。

5.如权利要求1所述导线综合因素老化试验装置，其特征在于，所述导线综合因素老化试验装置通过氙灯作为人工光源组成光照系统来改变太阳辐射模拟强度；所述氙灯设计为水平氙灯和垂直氙灯。

6.如权利要求1所述导线综合因素老化试验装置，其特征在于，所述导线综合因素老化试验装置通过由淋雨水箱、压力可调的管道泵、抽水电机、八组淋雨喷头组成淋雨系统来改变人工雨量大小。

7.如权利要求1所述导线综合因素老化试验装置，其特征在于，所述导线综合因素老化试验装置通过由空气压缩机、盐雾压力管道、盐雾喷嘴、盐雾水桶以及盐粒组成盐雾系统来改变盐雾浓度。

8.如权利要求1所述导线综合因素老化试验装置，其特征在于，所述导线综合因素老化试验装置通过由加热器、蒸发器、湿度传感器、温度传感器、风机、加热电阻丝、风口、净水器、电磁阀、水位传感器及管道组成高温高湿系统来改变干热程度、高湿状态。

9.如权利要求1所述导线综合因素老化试验装置，其特征在于，所述导线综合因素老化试验装置通过对卧式拉力机深入到所述老化试验箱体中的部分做镀锌的防腐蚀处理，以保证设备的使用寿命及试验顺利进行。