CN107782970A - 运行工况下直流电缆绝缘层直流电导的检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

运行工况下直流电缆绝缘层直流电导的检测系统及方法；涉及一种直流电导检测领域。目前传统的电导测量装置适用于平板片状固体介质试样，无法测量实际同轴结构高压直流电缆运行工况下的直流电导。本发明包括三电极、直流电缆绝缘层温度控制装置和电导电流测量装置，三电极包括高压电极、测量电极和保护电极，高压电极为试验电缆线芯，试验电缆线芯通过保护电阻与高压直流电源连接；测量电极、保护电极均包括上电极与下电极；测量电极的下电极与电导电流测量装置相连，保护电极的下电极接地；上电极的下表面开设与试验电缆线芯相配的“V”型凹槽。本技术方案可测量直流电缆运行工况下绝缘层直流电导，实现对实际直流电缆运行工况下的绝缘状态评估。

Description

运行工况下直流电缆绝缘层直流电导的检测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种直流电导检测领域，尤其指运行工况下直流电缆绝缘层直流电导的检测系统及方法。

背景技术

高压直流电缆运行工况下，电缆绝缘层内部的电场分布由电导率决定。由于高压直流电缆实际用于高压直流输电时的电场强度较高，并且运行工况下内导体发热，热量由内向外传播使整个电缆绝缘层处于较高的温度，电场与温度的共同作用影响电导率，从而导致高压直流电缆运行工况下的电场分布较为复杂。

通过电导电流的测量，可以反映聚合物内部载流子注入、输运和电导机制的一些基本信息，有助于研究介质材料的电气特性与微观结构的关系，对于新型绝缘材料的开发与应用具有指导意义，因此电导电流的测量技术研究起步较早且在绝缘材料等领域已有广泛的应用。

目前，电导测量设备多采用三电极系统，但传统的电导测量装置主要适用于简单平板片状固体介质试样，无法测量实际同轴结构高压直流电缆运行工况下的直流电导。另外，传统平板片状试样的厚度较低，一般均在0.1mm左右，对直流高压电源的输出幅值要求并不高，一般10kV的直流高压输出即能实现100kV/mm的试验电场。实际同轴结构高压直流电缆的绝缘层厚度在4~30mm左右，传统平板试样测量时的直流高压电源输出幅值相对试样厚度而言明显太低，即使电缆绝缘层的厚度小至4mm，用10kV的直流电源仅能实现2.5kV/mm的试验电场，远低于实际电缆的运行工况电场，测量结果对于实际高压直流电缆的电导率评估意义不大。因此，有必要研发适用于高压直流电缆运行工况下绝缘层直流电导测量的装置，实现对实际直流电缆运行工况下的绝缘状态评估。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供运行工况下直流电缆绝缘层直流电导的检测系统，以达到准确测量绝缘层直流电导的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

运行工况下直流电缆绝缘层直流电导的检测系统，其特征在于：包括三电极、用于控制试验电缆绝缘层温度的直流电缆绝缘层温度控制装置和用于测量试验用直流电缆电导电流的电导电流测量装置，所述的三电极包括与试验电缆相连的高压电极、测量电极和保护电极，高压电极为试验电缆线芯，试验电缆线芯通过保护电阻与高压直流电源连接；测量电极、保护电极均包括上电极与下电极；测量电极的下电极与电导电流测量装置相连，保护电极的下电极接地；上电极的下表面开设与试验电缆线芯相配的“V”型凹槽使试验电缆能可靠夹持在上、下电极之间。

本技术方案基于实际同轴结构高压直流电缆的本体结构设计检测装置，采用超高压直流电源为电缆试样提供所需的高强度试验电场，通过测量电极和保护电极上下电极的凹槽设计，可测量直流电缆绝缘层直流电导，同时通过直流电缆绝缘层温度控制装置控制温度，实现对直流电缆在运行工况下绝缘层直流电导的准确测量。设“V”型凹槽，适合圆柱形件的定位，提高定位的可靠性。测量电极既可靠定位电缆，又作为测量电极，结构简单、工作可靠。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。

所述的直流电缆绝缘层温度控制系统包括与试验电缆相连的试验电缆加温装置与模拟电缆相连的模拟电缆加温装置，所述的试验电缆加温装置包括穿心变压器、调压器、交流电源，穿心变压器的二次侧穿套试验电缆的非测量区域；模拟电缆加温装置包括穿心变压器、调压器、交流电源及用于测量模拟电缆线芯温度的线芯温度测量装置；试验电缆与模拟电缆线芯通过的电流通过调压器调节；温度测量装置实时监测模拟电缆线芯的温度；以模拟电缆线芯的电流为参照，调节试验电缆的电流，以控制试验电缆温度为试验电缆运行工况下的温度。当试验电缆、模拟电缆线芯通过的电流相等时认为其内部温度相同，故可通过与模拟电缆相连的温度测量装置来实时监测试验电缆的温度，使试验电缆在高压直流电缆运行工况下测量绝缘层直流电导，实现对实际电缆的运行工况下的电缆绝缘状态进行真实的评估。仅在模拟电缆上设有温度测量装置，避免对试验电缆绝缘层的破坏。

进一步的，所述的电导电流测量装置包括放大器、光耦、信号采集模块，放大器的输入端与测量电极的下电极相连，放大器的输出端与光耦输入端相连，所述的光耦输出端与信号采集模块相连，电信号经放大器放大后，通过光耦实现输入端输出端电气隔离，通过引线将光耦的输出端连接到信号采集模块，实现信号的采集与记录。增设光耦，实现隔离，提高工作的可靠性和稳定性。

进一步的，所述的电导电流测量装置还包括用于滤除工频信号的低通滤波器；所述的低通滤波器的输入端与放大器输入端电连接。滤除工频信号，提高工作的稳定性，

进一步的，所述的电导电流测量装置还包括瞬态抑制器以保护元器件免受浪涌脉冲损坏，所述的瞬态抑制器的输入端与测量电极的下电极电连接。提高了工作的可靠性。

进一步的，所述的检测系统还包括设于试验电缆两端用于防闪络的套管、及连接试验电缆两端的金属导线，试验电缆通过金属导线形成环路。

进一步的，所述的保护电极为两个，两保护电极设于测量电极的两侧。有助于提高工作的安全性。

进一步的，所述的穿心变压器穿套在位于套管、保护电极之间的试验电缆上。

进一步的，所述的测量电极设有连接组件，测量电极的上、下电极之间通过连接组件连接以夹紧试验电缆；所述的连接组件包括螺杆、紧固螺母，所述的螺杆设于“V”型槽的两侧。

本发明的另一个目的是提供运行工况下直流电缆绝缘层直流电导的检测方法，其包括以下步骤：

a）试验电缆的预处理：剥除电缆外护套、金属屏蔽层，露出外半导电层，在电缆测量区域两端分别剥除一段外半导电层以防沿面放电；

b）试验电缆的电路连接：电缆端部设套管以防止高压时端部放电，并将电缆两端用金属导线5连接到一起，电缆一端经保护电阻2连接到高压直流源1；

c）试验电缆与电导电流测量装置连接：试验电缆放入上电极的“V”型凹槽中，并通过连接件将上、下电极连接，将试验电缆夹紧在测量电极中；

d）试验电缆与直流电缆绝缘层温度控制装置连接：将穿心变压器套设在保护电极与套管之间的试验电缆非测量区域并保证接触绝缘；

e）模拟电缆与直流电缆绝缘层温度控制装置连接：将穿心变压器套设在形成环路的模拟电缆上并保证接触绝缘；并在模拟电缆内部埋设温度测量装置；

f）温度控制：调节调压器，保证模拟电缆线芯和试验电缆线芯通过的电流相同，通过温度测量装置实时监测模拟电缆线芯的温度，将模拟电缆线芯的温度作为试验电缆的温度；通过监测、调节模拟电缆的温度，实现试验电缆温度的控制；通过监测、调节模拟电缆的温度，实现试验电缆温度的控制；

g）电导电流检测：电信号经放大器16放大后，通过光耦17实现输入端输出端电气隔离，通过引线将光耦的输出端连接到信号采集模块19，实现电导电流的测量。

在电流相同的情况下，认为模拟电缆线芯的温度和试验电缆的温度相同。

有益效果：

1、本技术方案基于实际同轴结构高压直流电缆的本体结构设计检测装置，采用超高压直流电源为电缆试样提供所需的高强度试验电场，通过测量电极和保护电极上下电极的凹槽设计，可测量直流电缆绝缘层直流电导，同时通过试验电缆、模拟电缆、穿心变压器、调压器、电源、线芯温度测量装置构成直流电缆绝缘层温度控制系统，可测量直流电缆运行工况下绝缘层直流电导，实现对实际直流电缆运行工况下的绝缘状态评估。

2、设“V”型凹槽，适合圆柱形件的定位，提高定位的可靠性。测量电极既可定位电缆，又作为测量电极，结构简单、工作可靠。

附图说明

图1是本发明的试验结构原理图。

图2是本发明的电极结构示意图。

图3是本发明的直流电缆绝缘层温度控制系统示意图。

高压直流源1；保护电阻2；套管3；试验电缆4；金属导线5；电缆线芯6；电缆绝缘层7；电缆外半导电层8；测量电极9；保护电极10；模拟电缆11；穿心变压器12；调压器13；交流电源14；低通滤波器15；放大器16；光耦17；瞬态抑制器18；信号采集模块19；穿心变压器20；调压器21；交流电源22；电导电流测量装置23；温度测量装置24；紧固螺母25；螺杆26；上电极27；下电极28。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1所示，本发明包括三电极、用于控制试验电缆绝缘层温度的直流电缆绝缘层温度控制装置和用于测量试验电缆的电导电流测量装置。

其中，试验电缆的结构包括：内导体6、绝缘层7、外半导电层8，试验电缆的预处理过程包括：剥除电缆外护套、金属屏蔽层，露出外半导电层8，在电缆测量区域两端分别剥除一段外半导电层8以防沿面放电，电缆端部设有套管3用于防止高压时端部放电，两端用金属导线5连接到一起，经保护电阻2连接到高压直流源1。

三电极包括：高压电极、测量电极、保护电极，其中：高压电极即为电缆内导体6；测量电极9分为上电极27与下电极28，下电极27都为平板铝电极，与电导电流测量装置23相连，上电极27的下表面都有“V”型凹槽，使试验电缆4能可靠夹持在上、下电极27、28之间。保护电极10也分为上电极27与下电极28，下电极28都为平板铝电极并接地，上电极27的下表面都有“V”型凹槽。

所述的直流电缆绝缘层温度控制系统包括与试验电缆4相连的穿心变压器12、调压器13、交流电源14，其中：试验电缆4非测量区域穿套进穿心变压器12并保证接触绝缘。

所述的电导电流检测机构包括：低通滤波器15、放大器16、光耦17、瞬态抑制器18、信号采集模块19，其中：电信号经放大器16放大后，通过光耦17实现输入端输出端电气隔离，通过引线将光耦17的输出端连接到采集系统19，实现信号的采集与记录。

本技术方案基于实际同轴结构高压直流电缆的本体结构设计检测装置，采用超高压直流电源为电缆试样提供所需的高强度试验电场，通过测量电极和保护电极上下电极的凹槽设计，可测量直流电缆绝缘层直流电导，同时通过直流电缆绝缘层温度控制装置控制温度，实现直流电缆运行工况下绝缘层直流电导的准确测量。设“V”型凹槽，适合圆柱形件的定位，提高定位的可靠性。测量电极既可靠定位电缆，又作为测量电极，结构简单、工作可靠。

为了方便试验电缆的夹紧，如图2所示，所述的测量电极9和保护电极10均设有连接组件，上电极27、下电极28之间通过连接组件连接以夹紧试验电缆；所述的连接组件包括金属螺杆26、紧固螺母25，金属螺杆26设于“V”型槽的两侧。通过金属螺杆26和紧固螺母25将试验电缆4固定在下电极28铝板上

为了提高工作的可靠性和准确性，如图3所示，所述的直流电缆绝缘层温度控制系统包括：试验电缆加温装置与模拟电缆加温装置，其中：试验电缆加温装置包括穿心变压器12、调压器13、电源14，其中：试验电缆4非测量区域穿套进穿心变压器12并保证接触绝缘；模拟电缆加温装置包括穿心变压器20、调压器21、电源22、温度测量装置24，模拟电缆11穿套进穿心变压器20并保证接触绝缘，温度测量装置24埋设在模拟电缆11内部并连接外部温度显示仪。试验电缆4与模拟电缆11线芯通过的电流分别通过调压器13、21调节，温度测量装置24实时监测模拟电缆11线芯的温度。当试验电缆、模拟电缆11线芯通过的电流相等时认为其内部温度相同，故可通过与模拟电缆11相连的温度测量装置来实时监测试验电缆4的温度；以模拟电缆11线芯的电流为参照，调节试验电缆4线芯的电流，控制模拟电缆11的温度达到实际直流电缆运行工况下的温度，即认为试验电缆4温度也达到实际直流电缆运行工况下的温度，实现高压直流电缆运行工况下绝缘层直流电导的测量。仅在模拟电缆11上设有温度测量装置，避免对试验电缆4的绝缘层的破坏，有利提高试验的装确性。

高压直流电缆运行工况下绝缘层直流电导的检测方法，包括以下步骤：

1）试验电缆4的预处理：剥除电缆外护套、金属屏蔽层，露出外半导电层8，在电缆测量区域两端分别剥除一段外半导电层8以防沿面放电；

2）试验电缆4的电路连接：电缆端部设套管以防止高压时端部放电，并将电缆两端用金属导线5连接到一起，电缆一端经保护电阻2连接到高压直流源1；

3）试验电缆4与电导电流测量装置连接：试验电缆4放入上电极的“V”型凹槽中，并通过连接件将上电极27、下电极28连接，将试验电缆夹紧在测量电极中；

4）试验电缆4与直流电缆绝缘层温度控制装置连接：将穿心变压器12套设在保护电极与套管之间的试验电缆非测量区域并保证接触绝缘；

5）如图3所示 ，模拟电缆11与直流电缆绝缘层温度控制装置连接：将穿心变压器20套设在形成环路的模拟电缆11上并保证接触绝缘；并在模拟电缆11内部埋设温度测量装置；

6）如图3所示 ，温度控制：同时调节调压器21和13，保证模拟电缆11线芯通过的电流和试验电缆4线芯通过的电流相同，通过温度测量装置实时监测模拟电缆11线芯的温度，在电流相同的情况下，模拟电缆11线芯的温度和试验电缆4线芯的温度相同，通过监测、调节模拟电缆11的温度，实现试验电缆4温度的控制；

7）电导电流检测：电信号经放大器16放大后，通过光耦17实现输入端输出端电气隔离，通过引线将光耦17的输出端连接到信号采集模块19，实现电导电流的测量。

以上图1－3所示的运行工况下直流电缆绝缘层直流电导的检测系统及方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (10)

1.运行工况下直流电缆绝缘层直流电导的检测系统，其特征在于：包括三电极、用于控制试验电缆绝缘层温度的直流电缆绝缘层温度控制装置和用于测量试验用直流电缆电导电流的电导电流测量装置，所述的三电极包括与试验电缆相连的高压电极、测量电极和保护电极，高压电极为试验电缆线芯，试验电缆线芯通过保护电阻与高压直流电源连接；测量电极、保护电极均包括上电极与下电极；测量电极的下电极与电导电流测量装置相连，保护电极的下电极接地；上电极的下表面开设与试验电缆线芯相配的“V”型凹槽使试验电缆能可靠夹持在上、下电极之间。

2.根据权利要求1所述的运行工况下直流电缆绝缘层直流电导的检测系统，其特征在于：所述的直流电缆绝缘层温度控制系统包括与试验电缆相连的试验电缆加温装置和与模拟电缆相连的模拟电缆加温装置，所述的试验电缆加温装置包括穿心变压器、调压器、交流电源，穿心变压器的二次侧穿套试验电缆的非测量区域；模拟电缆加温装置包括穿心变压器、调压器、交流电源及用于测量模拟电缆线芯温度的线芯温度测量装置；试验电缆与模拟电缆线芯通过的电流通过调压器调节；温度测量装置实时监测模拟电缆线芯的温度；以模拟电缆线芯的电流为参照，调节试验电缆的电流，以控制试验电缆温度达到运行工况下的温度。

3.根据权利要求1所述的运行工况下直流电缆绝缘层直流电导的检测系统，其特征在于：所述的电导电流测量装置包括放大器、光耦、信号采集模块，放大器的输入端与测量电极的下电极相连，放大器的输出端与光耦输入端相连，所述的光耦输出端与信号采集模块相连，电信号经放大器放大后，通过光耦实现输入端输出端电气隔离，通过引线将光耦的输出端连接到信号采集模块，实现信号的采集与记录。

4.根据权利要求3所述的运行工况下直流电缆绝缘层直流电导的检测系统，其特征在于：所述的电导电流测量装置还包括用于滤除工频信号的低通滤波器；所述的低通滤波器的输入端与放大器输入端电连接。

5.根据权利要求4所述的运行工况下直流电缆绝缘层直流电导的检测系统，其特征在于：所述的电导电流测量装置还包括瞬态抑制器以保护元器件免受浪涌脉冲损坏，所述的瞬态抑制器的输入端与测量电极的下电极电连接。

6.根据权利要求2所述的运行工况下直流电缆绝缘层直流电导的检测系统，其特征在于：所述的检测系统还包括设于试验电缆两端用于防闪络的套管、及连接试验电缆两端的金属导线，试验电缆通过金属导线形成环路。

7.根据权利要求6所述的运行工况下直流电缆绝缘层直流电导的检测系统，其特征在于：所述的保护电极为两个，两保护电极设于测量电极的两侧。

8.根据权利要求7所述的运行工况下直流电缆绝缘层直流电导的检测系统，其特征在于：所述的穿心变压器穿套在位于套管、保护电极之间的试验电缆上。

9.根据权利要求7所述的运行工况下直流电缆绝缘层直流电导的检测系统，其特征在于：所述的测量电极设有连接组件，测量电极的上、下电极之间通过连接组件连接以夹紧试验电缆；所述的连接组件包括螺杆、紧固螺母，所述的螺杆设于“V”型槽的两侧。

10.采用权利要求1-9任一权利要求所述的运行工况下直流电缆绝缘层直流电导的检测系统的检测方法，其特征在于包括以下步骤：

a)试验电缆的预处理：剥除电缆外护套、金属屏蔽层，露出外半导电层，在电缆测量区域两端分别剥除一段外半导电层以防沿面放电；

b)试验电缆的电路连接：电缆端部设套管以防止高压时端部放电，并将电缆两端用金属导线5连接到一起，电缆一端经保护电阻2连接到高压直流源1；

c)试验电缆与电导电流测量装置连接：试验电缆放入上电极的V”型凹槽中，并通过连接件将上、下电极连接，将试验电缆夹紧在测量电极中；

d)试验电缆与直流电缆绝缘层温度控制装置连接：将穿心变压器套设在保护电极与套管之间的试验电缆非测量区域并保证接触绝缘；

e)模拟电缆与直流电缆绝缘层温度控制装置连接：将穿心变压器套设在形成环路的模拟电缆上并保证接触绝缘；并在模拟电缆内部埋设温度测量装置；

f)温度控制：调节调压器，保证模拟电缆线芯和试验电缆线芯通过的电流相同，通过温度测量装置实时监测模拟电缆线芯的温度，将模拟电缆线芯的温度作为试验电缆的温度；通过监测、调节模拟电缆的温度，实现试验电缆温度的控制；

g）电导电流检测：电信号经放大器16放大后，通过光耦17实现输入端输出端电气隔离，通过引线将光耦的输出端连接到信号采集模块19，实现电导电流的测量。