CN104297575B - 全尺寸高压直流电缆控温梯度下pea空间电荷测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种全尺寸高压直流电缆控制温度梯度下PEA空间电荷测量系统，含：直流电缆绝缘层温度梯度控制装置(2)，电极系统(3)，PEA空间电荷测量装置(4)，外部测量控制装置(6)；直流电缆绝缘层温度梯度控制装置具有一包围试验电缆的密闭空间，电极系统(3)连接在密闭空间内的试验电缆上、通过导线连接密闭空间外的高压脉冲源(5)，PEA空间电荷测量装置(4)连接在电极系统(3)上，外部测量控制装置(6)位于密闭空间外并与PEA空间电荷测量装置(4)连接。本发明的系统和方法用于全尺寸高压直流电缆在研发试验、预鉴定试验、负荷循环试验和长期老化试验期间绝缘层在控制温度梯度下的空间电荷测量，可以达到较高的分辨率和测量精度。

Description

全尺寸高压直流电缆控温梯度下PEA空间电荷测量系统及 方法

技术领域

本发明涉及一种全尺寸高压直流电缆控制温度梯度下PEA(电声脉冲法)空间电荷测量系统，该系统基于PEA测量方法，可用于全尺寸高压直流电缆(工程应用级，如电压等级为160kV或以上，绝缘厚度为10mm至20mm之间)在开发试验、预鉴定试验、负荷循环试验及长期老化试验期间挤出绝缘层(如交联聚乙烯XLPE)在控制温度梯度下的空间电荷测量。本发明还涉及采用上述系统进行全尺寸高压直流电缆控制温度梯度下PEA(电声脉冲法)空间电荷测量的方法。

背景技术

近年来，高压直流输电技术发展迅速，已经在大功率远距离输电和离岸风电场与主网连接等方面有所应用。高压交流输电线路中采用的XLPE绝缘电缆，具有体积小、重量轻、传输容量大、绝缘性能优异、维护成本低、对环境影响小等一系列优点，因此其在高压直流输电系统中的应用也引起了人们广泛的兴趣。但是XLPE要成功应用于高压直流电缆绝缘系统，还有一系列关键技术有待进一步深入研究，例如空间电荷在不同温度梯度场下的聚积与迁移规律，绝缘长期运行可靠性及老化机理等。

XLPE直流电缆的研究核心是空间电荷问题。绝缘层中空间电荷的聚积与迁移将改变电场的分布，进而影响直流电缆的长期运行可靠性和最终寿命。目前国内外广泛采用PEA方法对薄膜材料中的空间电荷进行测量。而对于同轴电缆而言，PEA空间电荷测量技术仅仅局限于小模型电缆且绝缘层具有均匀温度分布的情况。为了准确考核工程应用直流电缆绝缘中空间电荷特性并对绝缘材料中发生的不可逆变化做出科学评价，需要进行全尺寸直流电缆在接近运行工况下的空间电荷测量与试验。但是，直流电缆的预鉴定试验和长期负荷循环试验中的PEA空间电荷测量技术是一项挑战，尤其要在大绝缘厚度(如十几毫米以上)实现高分辨率和高精度的测量，还存在诸多技术难点有待解决。

直流电缆绝缘中的电场分布与材料电导率密切相关，而电导率又是电场强度和温度的函数。为了使不同直流电缆在试验过程中的空间电荷测量具有可比性，在同轴电缆绝缘PEA空间电荷测量时，不仅要对电缆线芯导体温度进行控制，还要对电缆外部温度进行控制，以保证绝缘具有相同的温度梯度分布。

其次，在全尺寸直流电缆的预鉴定试验和负荷循环试验中，对电缆长度还有一定要求(如采用CIGRE TB 219和496的推荐试验方法，试验电缆长度至少约30米，模拟电缆长度约20米)。与以往长度很短的模型电缆相比，这样的长电缆在电声脉冲法的高压脉冲频率范围内必须作为分布电容来考虑。如果采用常规方法由电缆线芯导体端部注入脉冲电压，那么由于反射和衰减，将无法在测量点施加预定波形的高压脉冲，从而也无法实现准确测量的目的。为了解决这一问题，高压脉冲的施加方式(位置)需要改变。现有电缆PEA测量系统的接地方式(外半导电层接地)也因此无法再适用。由于测量设备如示波器处在地电位，则高压脉冲施加点和测量设备之间必须采用某种手段进行隔离。

再次，在负荷循环试验中的高负荷情况下，可能需要直流电缆外部温度高于环境温度，具体可视温度梯度要求而定。现有PEA测量技术中的压电传感器材料多为具有压电特性的聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜，其正常最高工作温度为60℃。超过这一温度，PVDF的压电性能将变得不稳定，甚至遭到破坏。这也对选择全尺寸直流电缆PEA测量系统中的压电传感材料提出了更高要求。

最后，现有同轴模型电缆PEA测量系统中的金属电极被加工成扇形以贴合外表面为圆柱形的电缆，这种电极设计只适用于单一尺寸的电缆试样，一旦电缆外径尺寸发生变化，原有电极系统将不再适用，给测量带来极大不便。而另一种平板电极设计，在进行大尺寸电缆测量时，由于试验负荷变化引起温度变化，加之PEA测量装置自重的影响，将难以保证测量在同一固定点上进行。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种全尺寸高压直流电缆控制温度梯度下PEA空间电荷测量系统。

本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供一种采用上述系统进行全尺寸高压直流电缆控制温度梯度下PEA空间电荷测量的方法。

本发明的系统和方法用于全尺寸高压直流电缆在研发试验、预鉴定试验、负荷循环试验和长期老化试验期间电缆绝缘在控制温度梯度下的空间电荷测量，可以达到较高的分辨率和测量精度。

解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种全尺寸高压直流电缆控制温度梯度下PEA空间电荷测量系统，包括：

一直流电缆绝缘层温度梯度控制装置2，用于实现直流电缆PEA空间电荷测量时对电缆绝缘层温度梯度的控制；

一电极系统3，用于直流电缆PEA空间电荷测量时注入高压脉冲；

一PEA空间电荷测量装置4，用于利用PEA方法测量直流电缆绝缘层在控制温度梯度下的空间电荷；

一外部测量控制装置6，用于将接收的光信号转换为电信号并进行记录和分析处理，显示空间电荷测量结果；

所述的直流电缆绝缘层温度梯度控制装置2具有一包围试验电缆2-1的密闭空间，所述的电极系统3连接在所述密闭空间内的试验电缆2-1上、通过导线连接密闭空间外的高压脉冲源5，所述的PEA空间电荷测量装置4连接在电极系统3上，所述的外部测量控制装置6位于密闭空间外并与PEA空间电荷测量装置4连接。

所述的直流电缆绝缘层温度梯度控制装置2包括：

一形成密闭空间的温度和湿度调节装置外壳2-3，外壳上设有温度和湿度调节介质入口2-2、出口2-4以及试验电缆穿入、穿出孔，以及一可加热或冷却内储温度和湿度调节介质的储存容器(未画出)，储存容器具有流出、流入口与所述的温度和湿度调节装置外壳2-3的入口、出口对应连接形成调节介质循环回路，试验电缆2-1可穿入和穿出所述的穿入、穿出孔；

温度和湿度测量装置2-5，设在所述的温度和湿度调节装置外壳2-3内，测量结果由数据线引出；

试验电缆线芯导体加温装置2-6，穿套在试验电缆2-1的非测量区域处；

模拟电缆线芯导体加温装置2-8，穿套在一模拟电缆2-7上，电缆线芯导体温度测量装置2-9，埋设在上述模拟电缆2-7内部；

所述的试验电缆测量区域指直流电缆去掉外护套而露出外半导电层的部分，从内到外依次为电缆线芯导体3-4、电缆内半导电层3-5、电缆绝缘层3-6和电缆外半导电层3-7；所述的上电极设置在试验电缆测量区域的电缆外半导电层上；所述的模拟电缆2-7与试验电缆2-1为同种直流电缆。

所述的试验电缆线芯导体加温装置2-6与模拟电缆线芯导体加温装置2-8通过自动控制台进行控制和调节，实现在直流电缆PEA空间电荷测量时对试验电缆线芯导体温度的实时控制，此为现有技术。

所述的电极系统3包括：

一上电极3-3，为矩形铝合金电极，下表面中部设有三角形水平横向槽、横向槽的两侧分别开有竖向的通孔；

一对应的下电极3-8，为矩形铝合金电极，上表面中部设有圆弧形横向槽，横向槽的两侧分别开有竖向的通孔；

上、下电极合起后的中间横向槽用于容纳试验电缆；

对应数量(双数)的金属螺杆3-2，分别穿过上、下电极两侧竖孔后拧有螺母3-1连接上、下电极，通过螺母3-1调节上电极3-3与下电极3-8之间的距离，适应不同外径尺寸的直流电缆；所述的上电极3-3与高压脉冲源5相连。

所述的PEA空间电荷测量装置4包括：

一压电传感器4-10，紧贴在所述的电极系统3下电极3-8底面，用于检测直流电缆绝缘中产生的声信号，并将声信号转换为电信号；所述的压电传感器采用新型复合压电材料偏氟乙烯和三氟乙烯共聚物P(VdF-TrFE)薄膜；

一声信号吸收装置4-11，紧贴在所述的压电传感器4-10底面，用于声信号的吸收，以防止声信号发生反射；

一放大器4-13，用于对压电传感器4-10输出的电信号进行放大；

一电光转换装置4-14，用于接收放大器4-13的输出信号，并进行电光转换；

模拟光纤4-15，用于传输电光转换装置4-14输出的光信号；

屏蔽箱4-12，采用屏蔽性能较好的黄铜材料，用于屏蔽压电传感器4-10、声信号吸收装置4-11、放大器4-13和电光转换装置4-14，使上述设备免受外界电磁波干扰。

所述的外部测量控制装置6包括：光电转换装置、示波器和计算机，用于将接收的光信号转换为电信号并进行记录和分析处理，显示空间电荷测量结果。

所述的测量系统还包括：一定数量的电缆支撑装置4-19，用于支撑试验电缆，支撑部位在试验电缆远离测量区域的电缆外护套4-8处；接地装置4-18，用于高压脉冲源和试验电缆外护套4-8可靠接地。

试验电缆测量区域包围电缆外半导电层的密闭空间内的温度和湿度通过温度和湿度调节介质进行控制和调节，直流电缆线芯导体温度通过在模拟电缆回路和试验电缆回路中使用感应电流加热方式进行控制，高压脉冲由置于试验电缆外半导电层上的上电极直接注入。

解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种采用上述系统进行全尺寸高压直流电缆控制温度梯度下PEA空间电荷测量的方法，包括以下步骤：

S1除去试验电缆测量区域的电缆外护套，露出外半导电层，然后将试验电缆测量区域固定于上、下电极之间，保持外半导电层与上、下电极面良好接触；

S2将试验电缆和模拟电缆分别连接成闭合回路；

S3在试验电缆测量区域设置包围电缆外半导电层的直流电缆绝缘层温度梯度控制装置；

S4对直流电缆线芯导体温度进行调节，使试验电缆线芯导体在规定的升温时间内升至指定工作温度；

S5对直流电缆绝缘层温度梯度控制装置所包围密闭空间内的温度和湿度进行调节，使试验电缆测量区域包围电缆外半导电层的密闭空间内部达到指定的温度和湿度，从而形成预定的试验电缆绝缘层温度梯度；

S6从直流电缆终端向试验电缆施加直流高压，通过上电极向试验电缆测量区域施加高压脉冲；

S7对受到温度梯度场、高压电场和高压脉冲作用的试验电缆绝缘层中产生的声信号进行检测，并将声信号转换为电信号输出；

S8对输出的电信号进行放大；

S9对放大的电信号进行传输、接收和处理，最终显示试验电缆绝缘层中空间电荷测量结果信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、不仅对直流电缆线芯导体温度进行控制，而且对测量区域包围电缆外半导电层的密闭空间内的温度进行控制(也可以控制湿度)，实现直流电缆绝缘层控制温度梯度下的空间电荷测量，用以研究全尺寸直流电缆绝缘在不同温度梯度下的空间电荷分布与传输机理；

2、采用一种适合大长度全尺寸高压直流电缆的测量电极系统与高压脉冲注入方式，在测量区域的电缆外半导电层上设置金属电极，在上述金属电极上施加高压脉冲，确保高压脉冲的电压幅值和波形满足预定要求；

3、压电传感器采用新型复合压电材料P(VdF-TrFE)，能在较高温度下保持优良的压电性能，保证测量灵敏度和准确性；

4、使用电光转换装置将放大器输出信号经模拟光纤引出至外部测量控制装置，实现测量点与外部测量设备的有效隔离，同时保证放大器输出信号在传输中不受外界噪声干扰；

5、采用特殊设计的上、下测量电极系统，上、下电极之间的距离可以调节，满足了适应不同外径尺寸直流电缆的要求。

附图说明

图1是全尺寸高压直流电缆控制温度梯度下PEA空间电荷测量系统的组成和连接关系示意图；

图2a是本发明实施例的直流电缆绝缘层温度梯度控制装置示意图之一；

图2b是本发明实施例的直流电缆绝缘层温度梯度控制装置示意图之二；

图3是本发明实施例的电极系统结构示意图；

图4是本发明实施例的PEA空间电荷测量装置结构示意图；

图5是本发明实施例的PEA空间电荷测量方法流程图。

其中，2-直流电缆绝缘层温度梯度控制装置，3-电极系统，4-PEA空间电荷测量装置，5-高压脉冲源，6-外部测量控制装置，8-高压电源；

2-1是试验电缆，2-2是温度和湿度调节介质入口，2-3是温度和湿度调节装置外壳，2-4是温度和湿度调节介质出口，2-5是温度和湿度测量装置，2-6是试验电缆线芯导体加温装置，2-7是模拟电缆，2-8是模拟电缆线芯导体加温装置，2-9是电缆线芯导体温度测量装置；

3-1是螺母，3-2是金属螺杆，3-3是上电极，3-4是电缆线芯导体，3-5是电缆内半导电层，3-6是电缆绝缘层，3-7是电缆外半导电层，3-8是下电极；

4-8是电缆外护套，4-10是压电传感器，4-11是声信号吸收装置，4-12是屏蔽箱，4-13是放大器，4-14是电光转换装置，4-15是模拟光纤，4-18是接地装置，4-19是电缆支撑装置。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1和图4所示，本发明的全尺寸高压直流电缆控制温度梯度下PEA空间电荷测量系统实施例包括：一直流电缆绝缘层温度梯度控制装置2，用于实现直流电缆PEA空间电荷测量时对电缆绝缘层温度梯度的控制；一电极系统3，用于直流电缆PEA空间电荷测量时注入高压脉冲；一PEA空间电荷测量装置4，用于利用PEA方法测量直流电缆绝缘层在控制温度梯度下的空间电荷；以及一外部测量控制装置6，用于将接收的光信号转换为电信号并进行记录和分析处理，显示空间电荷测量结果；一定数量的电缆支撑装置4-19，用于支撑试验电缆，支撑部位可在试验电缆远离测量区域的电缆外护套4-8处；接地装置4-18，用于高压脉冲源和试验电缆外护套4-8可靠接地。

直流电缆绝缘层温度梯度控制装置2具有一包围试验电缆(2-1)的密闭空间，电极系统3连接在密闭空间内的试验电缆(2-1)上、通过导线连接密闭空间外的高压脉冲源5，PEA空间电荷测量装置4连接在电极系统3上，外部测量控制装置6位于密闭空间外并与PEA空间电荷测量装置4连接。

更具体地说明如下，直流电缆绝缘层温度梯度控制装置2包括(参见图2a、图2b和图4)：

一形成密闭空间的温度和湿度调节装置外壳2-3，外壳上设有温度和湿度调节介质入口2-2、出口2-4以及试验电缆穿入、穿出孔，以及一可加热或冷却内储温度和湿度调节介质的储存容器(未画出)，储存容器具有流出、流入口与温度和湿度调节装置外壳2-3的入口、出口对应连接形成调节介质循环回路，试验电缆2-1可穿入和穿出所述的穿入、穿出孔；

温度和湿度测量装置2-5，设在温度和湿度调节装置外壳2-3内，测量结果由数据线引出；

试验电缆线芯导体加温装置2-6，穿套在试验电缆2-1的非测量区域处；

模拟电缆线芯导体加温装置2-8，穿套在一模拟电缆2-7上，电缆线芯导体温度测量装置2-9，埋设在上述模拟电缆2-7内部；

模拟电缆2-7与试验电缆2-1为同种直流电缆，试验电缆测量区域指直流电缆去掉外护套而露出外半导电层的部分；试验电缆线芯导体加温装置2-6与模拟电缆线芯导体加温装置2-8通过自动控制台进行控制和调节，实现在直流电缆PEA空间电荷测量时对试验电缆线芯导体温度的实时控制，此为现有技术。

参见图3和图4，电极系统包括：

一上电极3-3，为矩形铝合金电极，下表面中部设有三角形水平横向槽、横向槽的两侧分别开有竖向的通孔；

一对应的下电极3-8，为矩形铝合金电极，上表面中部设有圆弧形横向槽，横向槽的两侧分别开有竖向的通孔；

上、下电极合起后的中间横向槽用于容纳试验电缆；

对应数量(双数)的金属螺杆3-2，分别穿过上、下电极两侧竖孔后拧有螺母3-1连接上、下电极，通过螺母3-1调节上电极3-3与下电极3-8之间的距离，适应不同外径尺寸的直流电缆；所述的上电极3-3与高压脉冲源5相连。

试验电缆测量区域从内到外依次为电缆线芯导体3-4、电缆内半导电层3-5、电缆绝缘层3-6和电缆外半导电层3-7；上电极设置在试验电缆测量区域的电缆外半导电层上。

参见图4，PEA空间电荷测量装置4包括：

一压电传感器4-10，紧贴在所述的电极系统3下电极3-8底面，用于检测直流电缆绝缘中产生的声信号，并将声信号转换为电信号，压电传感器采用新型复合压电材料偏氟乙烯和三氟乙烯共聚物P(VdF-TrFE)薄膜；

一声信号吸收装置4-11，紧贴在所述的压电传感器4-10底面，用于声信号的吸收，以防止声信号发生反射；

一放大器4-13，用于对压电传感器4-10输出的电信号进行放大；

电光转换装置4-14，用于接收放大器4-13的输出信号，并进行电光转换；

模拟光纤4-15，用于传输电光转换装置4-14输出的光信号；

屏蔽箱4-12，采用屏蔽性能较好的黄铜材料，用于屏蔽压电传感器4-10、声信号吸收装置4-11、放大器4-13和电光转换装置4-14，使上述设备免受外界电磁波干扰。

外部测量控制装置6包括：光电转换装置、示波器和计算机，用于将接收的光信号转换为电信号并进行记录和分析处理，显示空间电荷测量结果。

试验电缆测量区域包围电缆外半导电层的密闭空间内的温度和湿度控制通过温度和湿度调节介质进行控制和调节，直流电缆线芯导体温度通过在模拟电缆回路和试验电缆回路中使用感应电流加热方式进行控制，高压脉冲由置于试验电缆外半导电层上的上电极直接注入。

温度和湿度调节装置外壳2-3形成试验电缆测量区域包围电缆外半导电层的密闭空间，温度和湿度调节介质在储存容器中加热(或冷却)到某一温度，经过与储存容器相连的温度和湿度调节介质入口2-2进入上述密闭空间，再经过与储存容器相连的温度和湿度调节介质出口2-4回到储存容器中，完成温度和湿度调节介质的循环，从而达到调节密闭空间内的温度和湿度的目的。

试验电缆线芯导体加温装置2-6和模拟电缆线芯导体加温装置2-8在试验电缆回路2-1和模拟电缆回路2-7中采用同样的感应电流加热方式，通过在模拟电缆回路2-7中埋设电缆线芯导体温度测量装置2-9，实现对试验电缆导体线芯的温度调节与测量。

本发明实施例通过直流电缆绝缘层温度梯度控制装置，实现了同时对试验电缆线芯导体温度和试验电缆测量区域包围电缆外半导电层的密闭空间内的温度控制，从而可以控制电缆绝缘层的温度梯度，实现了温度梯度场、高压电场和高压脉冲共同作用下的空间电荷测量，用以研究全尺寸直流电缆绝缘层在不同温度梯度下的空间电荷分布与传输机理。

通过采用一种适合大长度全尺寸高压直流电缆的高压脉冲注入方式，在测量区域的电缆外半导电层上设置金属铝电极，在上述铝电极上施加高压脉冲，保证了高压脉冲的电压幅值和波形满足预定要求；通过采用特殊设计的上、下测量电极系统，利用金属螺杆与螺母调节上电极与下电极之间的距离，满足了适应不同外径尺寸直流电缆的要求。

本发明实施例通过采用新型复合压电材料偏氟乙烯和三氟乙烯共聚物P(VdF-TrFE)薄膜构成压电传感器，保证压电传感器在高温下具有优良的压电性能，实现较高的测量灵敏度和准确性；通过使用电光转换装置将放大器输出信号经模拟光纤引出至外部测量控制装置，实现测量点与外部测量设备的有效隔离，同时保证放大器输出信号在传输中不受外界噪声干扰。

实施例4

如图5所示，是本发明实施例的PEA空间电荷测量方法流程图，包括以下步骤：

S1除去试验电缆测量区域的电缆外护套，露出外半导电层，然后将试验电缆测量区域固定于上、下电极之间，保持外半导电层与上、下电极面良好接触；

S2将试验电缆和模拟电缆分别连接成闭合回路；

S3在试验电缆测量区域设置包围电缆外半导电层的直流电缆绝缘层温度梯度控制装置；

S4对直流电缆线芯导体温度进行调节，使试验电缆线芯导体在规定的升温时间内升至指定工作温度；

S5对直流电缆绝缘层温度梯度控制装置所包围密闭空间内的温度和湿度进行调节，使试验电缆测量区域包围电缆外半导电层的密闭空间内部达到指定的温度和湿度，从而形成预定的试验电缆绝缘层温度梯度；

S6从直流电缆终端向试验电缆施加直流高压，通过上电极向试验电缆测量区域施加高压脉冲；

S7对受到温度梯度场、高压电场和高压脉冲作用的试验电缆绝缘层中产生的声信号进行检测，并将声信号转换为电信号输出；

S8对输出的电信号进行放大；

S9对放大的电信号进行传输、接收和处理，最终显示试验电缆绝缘层中空间电荷测量结果信息。

测试时，螺母应适度旋紧，以保证测试过程中直流电缆在上、下电极中保持牢固、稳定，而电缆绝缘层和外半导电层的形变又不致过大。为保证电缆外半导电层与电极表面紧密接触，可在接触面滴适量硅油。

试验电缆线芯导体加温装置和模拟电缆线芯导体加温装置，可采用适当数量的穿心变压器，通过电流感应的方式实现加温，穿心变压器与调压器和电源连接。模拟电缆回路用来实现对试验电缆线芯导体的温度监测和控制。直流电缆线芯导体的预定工作温度和升温时间视电缆具体情况和试验要求而定。

温度和湿度调节介质可以是空气，温度调节范围可为20℃～60℃，以实现绝缘层不同温度梯度的要求。在长期老化过程中，由于试验电缆测量区域电缆外半导电层暴露在温度和湿度调节介质中，因此温度和湿度调节介质的湿度应控制在20％RH以下，以避免水分引发电缆绝缘材料老化。

下电极、压电传感器和声信号吸收装置均需保证紧密接触。

放大器输出的电信号可采用电光转换(E/O)设备转换为光信号，经过模拟光纤引出至外部测量控制装置，在外部测量控制装置内，可采用光电转换(O/E)设备将模拟光纤传输的光信号转换为电信号，再采用示波器对上述电信号进行记录，采用计算机对上述电信号进行处理，输出被测全尺寸直流电缆绝缘层中空间电荷测量结果信息。

利用本实施例的方法，可以方便地进行全尺寸XLPE绝缘高压直流电缆在开发试验、预鉴定试验、负荷循环试验及长期老化试验期间绝缘层在所需控制温度梯度下的电声脉冲法空间电荷测量。

Claims (1)

1.一种全尺寸高压直流电缆控制温度梯度下PEA空间电荷测量的方法，其特征是：所述方法中用到如下系统：

一种全尺寸高压直流电缆控制温度梯度下PEA空间电荷测量系统，包括：

直流电缆绝缘层温度梯度控制装置（2），用于实现直流电缆PEA空间电荷测量时对电缆绝缘层温度梯度的控制；

电极系统（3），用于直流电缆PEA空间电荷测量时注入高压脉冲；

PEA空间电荷测量装置(4)，用于利用PEA方法测量直流电缆绝缘层在控制温度梯度下的空间电荷；

外部测量控制装置(6)，用于将接收的光信号转换为电信号并进行记录和分析处理，显示空间电荷测量结果；

所述的直流电缆绝缘层温度梯度控制装置(2)具有一包围试验电缆（2-1）的密闭空间，所述的电极系统（3）连接在所述密闭空间内的试验电缆（2-1）上、通过导线连接密闭空间外的高压脉冲源(5)，所述的PEA空间电荷测量装置（4）连接在电极系统（3）上，所述的外部测量控制装置(6)位于密闭空间外并与PEA空间电荷测量装置（4）连接；

所述的方法包括以下步骤：

S1除去试验电缆测量区域的电缆外护套，露出外半导电层，然后将试验电缆测量区域固定于上、下电极之间，保持外半导电层与上、下电极面良好接触；

S2将试验电缆和模拟电缆分别连接成闭合回路；

S3在试验电缆测量区域设置包围电缆外半导电层的直流电缆绝缘层温度梯度控制装置；

S4对直流电缆线芯导体温度进行调节，使试验电缆线芯导体在规定的升温时间内升至指定工作温度；

S5对直流电缆绝缘层温度梯度控制装置所包围密闭空间内的温度和湿度进行调节，使试验电缆测量区域包围电缆外半导电层的密闭空间内部达到指定的温度和湿度，从而形成预定的试验电缆绝缘层温度梯度；

S6从直流电缆终端向试验电缆施加直流高压，通过上电极向试验电缆测量区域施加高压脉冲；

S7对受到温度梯度场、高压电场和高压脉冲作用的试验电缆绝缘层中产生的声信号进行检测，并将声信号转换为电信号输出；

S8对输出的电信号进行放大；

S9对放大的电信号进行传输、接收和处理，最终显示试验电缆绝缘层中空间电荷测量结果信息。