CN110824316A - 基于极化-去极化电流测试的xlpe电缆中陷阱参数测量方法 - Google Patents

基于极化-去极化电流测试的xlpe电缆中陷阱参数测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于极化‑去极化电流测试的XLPE电缆中陷阱参数测量方法，首先从极化电流中提取出脱陷电流，然后通过对脱陷电流进行分阶段线性拟合，并利用拟合参数Am·τm和τm来表征XLPE电流中陷阱电荷密度与陷阱深度等陷阱参数，进而反映出XLPE电缆绝缘的陷阱电荷密度与电荷集聚情况；本发明能够保证陷阱参数测量的准确性和有效性；此外，本发明对脱陷电流进行分阶段线性拟合，具有很好的拟合效果，有效去除了多种干扰信号，从而进一步提升了陷阱参数测量的准确性；且本发明基于PDC无损测试方法，对测试装置要求不高、操作简单，且不会对电缆绝缘造成任何损失，在获取XLPE电缆陷阱特性方面具有很强的实用性，适于在本领域内推广使用。

Description

基于极化-去极化电流测试的XLPE电缆中陷阱参数测量方法
技术领域
本发明属于高电压与绝缘技术领域，涉及XLPE电缆中陷阱测量方法，尤其涉及一种基于极化-去极化电流测试的XLPE电缆中陷阱电荷密度及陷阱深度的测量方法。
背景技术
随着我国输电系统的日益庞大，高压直流交联聚乙烯(XLPE)电缆的应用也越来越广泛。但随着XLPE电缆的电压等级和运行年限的不断增加，其会在电、热、机械应力的作用下而发生老化现象，同时会发生微观结构变化，例如产生陷阱等。介质中被陷阱捕获的载流子形成空间电荷。空间电荷的积累会造成电场分布的畸变，而进一步加快绝缘材料的老化，甚至造成绝缘击穿。
通过测量XLPE电缆中的空间电荷分布，可以获取XLPE电缆中陷阱特性。目前主流的测量绝缘材料中空间电荷分布的方法有电声脉冲法(PEA)和压力波传播法(PWP)等。但这类方法存在测试与信号处理过程复杂、仪器精度要求高、测试材料形状受限等问题，且及无法反应材料的陷阱深度等特性。经研究发现，陷阱电荷的集聚情况可以通过测量陷阱电荷的脱陷电流反映出来。脱陷电流是指陷阱中载流子(电荷)逃逸产生的电流，主流的测量脱陷电流的方法有热刺激电流法(TSDC)和等温松弛电流法(IRC)：(1)IRC测试方法测试电缆的等温松弛电流，并依据测量得到的等温松弛电流对电缆中陷阱特性进行分析，而实际等温松弛电流测试结果中包含了偶极子松弛电流和空间电荷脱陷电流成分，并不能对其做出区分，从而难以保证陷阱参数测量结果的有效性；(2)TSDC测试方法通过观测载流子(电荷)从低温不平衡状态经升温到高温热平衡状态的过程变化，得出载流子的相关陷阱参数，但测量过程中需要大范围地调节试样温度，且该测试系统较为复杂，难以应用于实际电缆尺寸。
由此可见，目前仍缺少能够对空间电荷脱陷电流进行有效测量，进而对XLPE电缆绝缘材料中陷阱深度及空间电荷积聚情况进行分析的方法。
发明内容
针对目前难以对XLPE电缆中陷阱电荷相关特性进行有效测量和分析的问题，，本发明的目的旨在提供一种基于极化-去极化电流测试的XLPE电缆中陷阱参数测量方法，将陷阱电荷脱陷产生的脱陷电流从极化电流中分离出来，并利用分离出的脱陷电流计算出绝缘介质中陷阱深度及陷阱电荷密度参数。
本发明的发明思路为：极化-去极化电流法(PDC)因其是无损测试以及诊断信息量丰富的优点被广泛应用于绝缘材料诊断中。经研究发现，PDC测试结果中极化电流包含了脱陷电流成分，可以将其从极化电流中分离出，进而表征出绝缘介质的陷阱电荷密度及相应的陷阱深度。
本发明提供的基于极化-去极化电流测试的XLPE电缆中陷阱参数测量方法，包括以下步骤：
(1)通过对XLPE电缆进行极化-去极化电流测试获得其极化电流ipol和去极化电流idepol；
(2)按照以下公式计算出脱陷电流ide-trap：
ide-trap＝(ipol-idepol)-iconduction；
式中，iconduction为电导电流稳定值；
(3)对步骤(2)得到的脱陷电流曲线取对数，然后将取对数后的脱陷电流曲线分为n个线性段，对应构建n个陷阱能级，第m个能级Em对应的脱陷电流分量定义式：
im(t)＝Amexp(-t/τm)；
式中，Am为拟合参数，τm为电荷在构建的能级为Em的陷阱中的停留时间；
(4)对取对数后的脱陷电流曲线的各个线性段按照lnim(t)＝ln(Amexp(-t/τm))进行分段线性拟合，拟合得到Am、τm；再将每段拟合曲线相加，得到脱陷电流的拟合曲线：
Figure BDA0002294257580000021
(5)获取陷阱参数，以Am·τm和τm分别表征构建的能级为Em的陷阱中积累的电荷密度与陷阱深度，以ide-trap·t～lnt曲线表示XLPE电缆绝缘介质中陷阱电荷密度与相应的陷阱深度之间的关系。
上述基于极化-去极化电流测试的XLPE电缆中陷阱参数测量方法，在聚合物绝缘介质中，存在大量的缺陷部位，这些缺陷部位是由于聚合物分子结构局部不均匀产生的。在这些缺陷部位里，聚合物分子对载流子(例如电荷)的亲和力往往较大，容易吸引载流子填充空隙，这个过程即为载流子的捕获过程。而这种聚合物分子结构缺陷区域称之为陷阱。当载流子被陷阱捕获后，成为陷阱电荷。陷阱电荷能够通过获得能量从陷阱中逃逸进入导带，并离开绝缘介质释放进外回路，这个过程产生的电导性质的电流称为陷阱电荷的脱陷电流。若能够测量陷阱电荷的脱陷电流，就能够间接计算出绝缘介质中陷阱电荷的密度以及相应的陷阱深度。
在忽略极化电流中的电容充电电流以及位移极化电流成分之后，极化电流ipol主要包含偶极子极化电流idipole-pol、电导电流iconduction以及陷阱电荷脱陷电流ide-trap三部分，即：
ipol＝idipole-pol+iconduction+ide-trap (1)；
其中，idipole-pol代表偶极子极化而产生的电流；ide-trap代表陷阱中电荷逃逸产生的电流；iconduction代表在没有电荷注入的情况下绝缘介质的电导电流，即极化电流中电导成分的稳态值。
在对XLPE电缆去极化阶段被测绝缘介质接地，去极化电流主要成分为偶极子的松弛电流。假设偶极子的极化和松弛过程是一个线性过程，即：
idipole-pol＝idepol (2)。
则极化电流中的电导成分为：
ipol-idepol＝iconduction+ide-trap (3)；
其中，陷阱电荷的脱陷电流ide-trap是随时间衰减的，而电导电流iconduction在极化过程中是恒定的，故当极化时间足够长时脱陷电流ide-trap衰减趋近于0，此时式(3)右项仅剩下iconduction，iconduction即为极化电流中电导成分的稳态值，即：
iconduction＝ipol(tfinal)-idepol(tfinal) (4)；
式中，ipol(tfinal)表示在对XLPE电缆进行极化设定时间后的极化电流，idepol(tfinal)表示为在对XLPE电缆进行去极化设定时间后的去极化电流。
最后利用式(3)、式(4)即可得到脱陷电流ide-trap，即：
ide-trap＝(ipol-idepol)-[ipol(tfinal)-idepol(tfinal)] (5)；
值得注意的是，在PDC测试过程中，由于极化电压不高，故极化过程中不存在空间电荷注入与电离。此外，由于昂萨格效应，在有电场的情况下，电荷复合概率降低，故极化过程中也不考虑电荷的复合过程。
上述基于极化-去极化电流测试的XLPE电缆中陷阱参数测量方法，由于各个能级的陷阱的脱陷电流均呈衰减指数曲线，然而，经研究发现，直接指数函数拟合效果不佳，故本发明对脱陷电流进行分阶段线性拟合。
绝缘介质中能级为Em的陷阱对应脱陷电流
Figure BDA0002294257580000041
式中，N0(Em)为陷阱能级为Em的陷阱的初始密度，τm为载流子(电荷)在能级为Em的陷阱中的停留时间。由此，本发明构建的陷阱能级为Em的陷阱对应的脱陷电流分量定义式为：im(t)＝Amexp(-t/τm)，Am·τm∝N0(Em)。然后对前面从极化电流中提取的脱陷电流进行分阶段拟合，分别得到各个构建能级陷阱对应的脱陷电流，再将各个能级陷阱对应的脱陷电流组成总脱陷电流为基于此，脱陷电流分阶段线性拟合，首先对步骤(2)得到的脱陷电流取对数，然后将取对数后的脱陷电流曲线按照斜率大体分为n个线性段(由于这里是对曲线进行拟合，不一定是绝对线性段，只要为近似线性段即可)，然后对取对数后的脱陷电流曲线末尾线性段进行线性拟合(例如用最小二乘法)，得到构建的能级为E1的陷阱对应的脱陷电流拟合曲线lni1(t)＝ln(A1exp(-t/τ1))，其A1为拟合参数，τ1为电荷在构建的能级为E1的陷阱中的停留时间；从取对数后的脱陷电流曲线中去除已经拟合好的线性段，再对取对数后的脱陷电流曲线剩余部分的末尾线性段进行线性拟合(例如用最小二乘法)，得到构建的能级为E2的陷阱对应的脱陷电流拟合曲线lni2(t)＝ln(A2exp(-t/τ2))，A2为拟合参数，τ2为电荷在构建的能级为E2的陷阱中的停留时间；依此类推，直至取对数后的脱陷电流曲线剩余部分为线性段，并对该线性段继续进行线性拟合，得到构建的陷阱能级为En的陷阱对应的脱陷电流拟合曲线lnin(t)＝ln(Anexp(-t/τn))；再将每段拟合曲线相加，得到脱陷电流的拟合曲线：
Figure BDA0002294257580000043
上述基于极化-去极化电流测试的XLPE电缆中陷阱参数测量方法，由于Am·τm与电荷密度N0(Em)成正比，因此可以以Am·τm表征构建的能级为Em的陷阱中积累的电荷密度。由于陷阱深度可以用脱陷时间来表征，时间常数越长，脱陷时间就越长，陷阱就越深，因此可以以τm表征构建的能级为Em的陷阱深度。由于ide-trap·t为脱陷电流与时间的乘积，也即脱陷电荷量，而lnt与陷阱深度成正比，因此可以以ide-trap·t～lnt曲线表示XLPE电缆绝缘介质中陷阱电荷密度与相应的陷阱深度之间的关系。
与现有技术相比，本发明基于极化-去极化电流测试的XLPE电缆中陷阱参数测量方法具有如下有益效果：
1、本发明首先从极化电流中提取出脱陷电流，然后通过对脱陷电流进行分阶段线性拟合，并利用拟合参数Am·τm和τm来表征XLPE电流中陷阱电荷密度与陷阱深度等陷阱参数，进而反映出XLPE电缆绝缘的陷阱电荷密度与电荷集聚情况；由于本发明能够从极化电流中准确的提取出脱陷电流，因此能够保证陷阱参数测量的准确性和有效性；此外，本发明对脱陷电流进行分阶段线性拟合，具有很好的拟合效果，有效去除了多种干扰信号，从而进一步提升了陷阱参数测量的准确性；
2、本发明利用拟合参数绘制的ide-trap·t～lnt曲线能够很好的表征出XLPE电缆绝缘介质中陷阱电荷密度与相应的陷阱深度之间的关系；
3、本发明基于PDC无损测试方法，对测试装置要求不高、操作简单，且不会对电缆绝缘造成任何损失，在获取XLPE电缆陷阱特性方面具有很强的实用性，适于在本领域内推广使用。
附图说明
图1为本发明实施例采用的空间电荷注入实验原理示意图；其中，1-控制箱，2-倍压筒，3-限流电阻a，4-微安表，5-针电极，6-板电极，7-试样。
图2为本发明实施例采用的PDC测试原理示意图；其中，8-高压直流电源，9-单刀双掷继电器，10-限流电阻b，11-皮安表，12-三极测试单元，121-高压电极，122-测试电极、123-屏蔽电极，13-上位机。
图3为本发明实施例脱陷电流曲线拟合过程示意图。
图4为本发明实施例不同电荷注入时间条件下对试样测量得到的脱陷电流曲线拟合结果。
图5为本发明实施例不同电荷注入时间条件下对试样测量得到的ide-trap·t～lnt曲线。
图6为本发明实施例不同老化程度试样测量得到的脱陷电流曲线拟合结果。
图7为本发明实施例不同老化程度试样测量得到的ide-trap·t～lnt曲线。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容对本发明做出一些非本质性的改进和调整。
实施例
实验样本选取5个直径为10cm，厚度为1mm的圆形XLPE薄片试样。试样通过真空压膜机压制聚乙烯颗粒并在180℃、15Pa条件下交联15min制成，并对其进行了脱气处理。
本实施例中空间电荷的注入方法为电晕注入方法，采用的空间电荷注入实验原理如图1所示，其包括由控制箱1、倍压筒2、限流电阻a3和微安表4组成的直流高压发生器、针电极5及板电极6；控制箱1的输出端接入倍压筒2的输入端，倍压筒的高压输出端依次串联限流电阻a3和微安表4后经导线与针电极5连接，控制箱接地端、倍压筒接地端和板电极6经导线接地，试样7放置于针电极和板电极之间，试样一侧与板电极紧密接触，另一侧与针电极之间保持2mm的空气间隙。控制箱1作为高压直流电源，向针电极加压，加压时逐渐升高电压直至针尖处出现放电光晕层(大约需要施加45kV的高压)。本实施例采用针-板电机产生电晕，利用空气间隙电离出的空间电荷注入试样。
对其中4个试样进行热老化处理，将试样放入湿温度控制箱中，在热老化温度为135℃、湿度为0％的条件下，对各试样分别进行时长为2天、4天、6天和8天的加速热老化处理。然后按照上述过程向XLPE电缆试样注入空间电荷。
随后对试样进行极化-去极化电流(PDC)测试。测试原理图如图2所示，测试装置包括高压直流电源8、单刀双掷继电器9、限流电阻b10、皮安表11、三极测试单元12和上位机13，高压直流电源8一端经导线与单刀双掷继电器9的触头a连接，另一端经导线与皮安表11一端连接，皮安表另一端经导线与三极测试单元12的测试电极122连接，单刀双掷继电器2的闸刀经导线与限流电阻b 10一端连接，限流电阻b 10另一端经导线与三极测试单元12的高压电极121连接，单刀双掷继电器2的触头b、三极测试单元12的屏蔽电极123均经导线接地，高压直流电源8、单刀双掷继电器9和皮安表11均经传输线与上位机13连接，由上位机13对高压直流电源和单刀双掷继电器进行控制，并实时对皮安表数据进行采集。
基于上述试验装置，然后按照本实施例提供的XLPE电缆中陷阱参数测量方法对试样的陷阱参数进行测量，步骤如下：
(1)通过对XLPE电缆进行极化-去极化电流测试获得其极化电流ipol和去极化电流idepol。
采用上述测试装置对试样进行极化-去极化电流测试过程为：通过上位机控制单刀双掷继电器，将闸刀连接至触头a时，通过高压直流电源向电缆样品施加极化电压4kV进行极化过程，经过一段极化时间t1(本实施例取1000s)后，控制单刀双掷继电器，将闸刀切换至触头b，试样接地，通过限流电阻b放电，进行去极化过程，去极化持续时间为t2(本实施例取1000s)。皮安表在极化过程和去极化过程中分别测量极化电流ipol和去极化电流idepol。
(2)按照以下公式计算出脱陷电流ide-trap：
ide-trap＝(ipol-idepol)-iconduction；
iconduction＝ipol(tfinal)-idepol(tfinal)；
ipol(tfinal)表示在对XLPE电缆极化1000s后的极化电流；idepol(tfinal)表示为在对XLPE电缆去极化1000s后的去极化电流。
(3)对步骤(2)得到的脱陷电流曲线取对数，然后将取对数后的脱陷电流曲线分为n个线性段，对应构建n个陷阱能级，第m个能级Em对应的脱陷电流分量定义式：
im(t)＝Amexp(-t/τm)；
式中，Am为拟合参数，τm为电荷在构建的能级为Em的陷阱中的停留时间。
对本实施例从步骤(2)极化电流中提取的脱陷电流取对数，如图3所示，可以看出取对数后的脱陷电流(脱陷电流坐标为对数坐标)明显分为2个线性段，基于此，可以构建2个陷阱能级(分别为E1和E2)，每个能级陷阱的脱陷电流分量定义式如前所述。
(4)对取对数后的脱陷电流曲线的各个线性段按照lnim(t)＝ln(Amexp(-t/τm))进行分段线性拟合，拟合得到Am、τm；再将每段拟合曲线相加，得到脱陷电流的拟合曲线：
Figure BDA0002294257580000081
本实施例以对老化2天的试样(电荷注入时间为30min)对应的脱陷电流曲线拟合过程进行详细解释。首先对取对数后的脱陷电流曲线末尾线性段用最小二乘法进行线性拟合，得到构建的陷阱能级为E1的陷阱对应的脱陷电流拟合曲线(短划线对应部分)lni1(t)＝ln(A1exp(-t/τ1))，其A1为拟合参数，τ1为电荷在构建的能级为E1的陷阱中的停留时间；从取对数后的脱陷电流曲线中去除已经拟合好的线性段，再对取对数后的脱陷电流曲线剩余部分的末尾线性段(即是本实施例的剩余部分)进行最小二乘法线性拟合，得到构建的陷阱能级为E2的陷阱对应的脱陷电流拟合曲线(点线对应部分)lni2(t)＝ln(A2exp(-t/τ2))，A2为拟合参数，τ2为电荷在构建的能级为E2的陷阱中的停留时间；再将每段拟合曲线相加，得到脱陷电流的拟合曲线(实线部分)：ide-trap＝A1exp(-t/τ1)+A2exp(-t/τ2)。
(5)获取陷阱参数，以Am·τm和τm分别表征能级为Em的陷阱中积累的电荷密度与陷阱深度，以ide-trap·t～lnt曲线表示XLPE电缆绝缘介质中陷阱电荷密度与相应的陷阱深度之间的关系。
由于本实施例得到脱陷电流的拟合曲线可以表示为ide-trap＝A1exp(-t/τ1)+A2exp(-t/τ2)，因此本实施例中以A1·τ1和τ1分别表征构建的能级为E1的陷阱中积累的电荷密度与陷阱深度，以A2·τ2和τ2分别表征构建的能级为E2的陷阱中积累的电荷密度与陷阱深度，以ide-trap·t～lnt曲线表示XLPE电缆绝缘介质中陷阱电荷密度与相应的陷阱深度之间的关系。通过分析A1·τ1、τ1、A2·τ2、τ2和ide-trap·t～lnt变化趋势，便可以得到XLPE电缆中陷阱特性。
验证本发明提供的脱陷电流提取方法以及陷阱密度计算方法的有效性
对未老化的试样改变注入电荷时间(依次为0、15min、30min、45min，在每两次实验之间对试样进行短路热清洗(100℃、24h)，以消除历史空间电荷注入的影响)。随后按照上述步骤(1)-(5)对试样测试得到相应的陷阱参数，测试结果见表1、图4和图5所示。
表1试样经过不同时长的空间电荷注入后脱陷电流的拟合参数
注入时间 A<sub>1</sub>·τ<sub>1</sub>/(A·s) τ<sub>1</sub>/(s) A<sub>2</sub>·τ<sub>2</sub>/(A·s) τ<sub>2</sub>/(s)
15min 3.316×10<sup>-9</sup> 3.957 7.102×10<sup>-8</sup> 299.158
30min 9.525×10<sup>-9</sup> 15.209 8.889×10<sup>-8</sup> 269.542
45min 5.646×10<sup>-8</sup> 53.619 1.812×10<sup>-7</sup> 240.964
试样经过不同时长的空间电荷注入后的脱陷电流拟合曲线如图4所示。从图4中可以看出，随着空间电荷注入时长的增加，对试样进行PDC测试所得到的脱陷电流越大。这是由于随着注入时长的增加，更多的电荷被注入至绝缘介质中。同时也表明本发明所提出的脱陷电流提取方法是有效的。
试样经过不同时长的空间电荷注入后脱陷电流的拟合参数如表1所示，ide-trap·t～lnt曲线如图5所示。随着注入时长的增加，参数τ1增加，参数τ2减小，而参数A1·τ1、A2·τ2均增加，且ide-trap·t～lnt曲线峰值向左上移动。由于并未对试样进行老化，试样中陷阱深度并未发生变化。故即使改变电荷注入时间，参数τ1、τ2不应该发生改变。如前所述，参数τ1、τ2分别表示试样中构建的两种不同的陷阱深度(设为ΔE1和ΔE2，ΔE1<ΔE2)。随着电荷注入时间的增加，试样内部的陷阱中积聚的电荷数量增加。当经过相同时间后，深度为ΔE3(ΔE1<ΔE3<ΔE2)的陷阱中电荷积聚较深度为ΔE1和ΔE2的陷阱更多时，参数τ1、τ2将会向深度为ΔE3的陷阱所对应的τ值(即τ3)靠拢，表现为参数τ1增大而参数τ2减小。故参数τm、参数Am·τm和曲线ide-trap·t～lnt出现的变化说明：深浅陷阱捕获的电荷数量均增加，而中等深度陷阱中电荷积聚速度比深陷阱和浅陷阱中更快。即随着电荷注入时间的增加，中等深度陷阱相对于深陷阱和浅陷阱更容易积聚电荷。由此可见，本发明所提出的陷阱参数τm、Am·τm和曲线ide-trap·t～lnt能够较好的表征XLPE电缆中陷阱特性。
研究陷阱电荷脱陷电流与试样老化程度之间的关系，并验证利用从极化电流提取的脱陷电流曲线拟合参数表征XLPE电缆中陷阱特性的有效性
按照上述步骤(1)-(5)对前面提供的注入电荷后的不同老化程度试样(电荷注入时间为30min)进行测试，得到相应的陷阱参数，见表2、图6和图7所示。
表3不同的老化程度试样的脱陷电流曲线拟合参数
热老化时间 A<sub>1</sub>·τ<sub>1</sub>/(A·s) τ<sub>1</sub>/(s) A<sub>2</sub>·τ<sub>2</sub>/(A·s) τ<sub>2</sub>/(s)
0d 2.061×10<sup>-8</sup> 27.218 3.147×10<sup>-7</sup> 212.766
2d 1.095×10<sup>-8</sup> 29.360 1.622×10<sup>-7</sup> 235.849
4d 3.702×10<sup>-9</sup> 23.502 1.587×10<sup>-7</sup> 326.797
6d 1.001×10<sup>-8</sup> 29.223 5.397×10<sup>-7</sup> 396.825
8d 5.741×10<sup>-9</sup> 26.287 5.051×10<sup>-7</sup> 471.698
从图6观察到随着加速热老化时间增加，试样的脱陷电流初始段的幅值出现先减小后增大的趋势。试样在经过2天加速热老化后脱陷电流幅值最小，而经过6天热老化后脱陷电流末尾段幅值明显增大。这一趋势在陷阱参数τm、Am·τm和特征曲线ide-trap·t～lnt上表现的更加明显。
不同的老化程度试样的脱陷电流的拟合参数如表2所示，相应的ide-trap·t～lnt曲线如图7所示。从表2以及图7可看出随着热老化时间的增长，参数τ1基本无变化，参数τ2明显增加，而参数A1·τ1、A2·τ2均呈现先减小后增加的趋势。ide-trap·t～lnt曲线峰值在热老化初期减小，热老化进行到一定程度后峰值上升，且随着热老化的进行ide-trap·t～lnt曲线峰值明显右移动。这些现象说明：(1)热老化加深了试样中的陷阱深度；(2)在老化初期试样中脱陷电荷量减少，表明深浅陷阱数量均在减少；(3)随后热老化加重，脱陷电荷量逐渐增多，表明深浅陷阱数量均在增多。这是由于在试样热老化初期，即重结晶阶段，温度促进了材料未完全交联部分重新交联，有利于完善绝缘材料结晶，导致陷阱数量减少。而随着老化时间的增加，试样老化进入热氧化阶段，温度开始对材料结晶区出现破坏作用，导致材料不定型区增加，产生更多的陷阱。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种基于极化-去极化电流测试的XLPE电缆中陷阱参数测量方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)通过对XLPE电缆进行极化-去极化电流测试获得其极化电流ipol和去极化电流idepol；
(2)按照以下公式计算出脱陷电流ide-trap：
ide-trap＝(ipol-idepol)-iconduction；
式中，iconduction为电导电流稳定值；
(3)对步骤(2)得到的脱陷电流曲线取对数，然后将取对数后的脱陷电流曲线分为n个线性段，对应构建n个陷阱能级，第m个能级Em对应的脱陷电流分量定义式：
im(t)＝Amexp(-t/τm)；
式中，Am为拟合参数，τm为电荷在构建的能级为Em的陷阱中的停留时间；
(4)对取对数后的脱陷电流曲线的各个线性段按照lnim(t)＝ln(Amexp(-t/τm))进行分段线性拟合，拟合得到Am、τm；再将每段拟合曲线相加，得到脱陷电流的拟合曲线：
Figure FDA0002294257570000011
(5)获取陷阱参数，以Am·τm和τm分别表征构建的能级为Em的陷阱中积累的电荷密度与陷阱深度，以ide-trap·t～lnt曲线表示XLPE电缆绝缘介质中陷阱电荷密度与相应的陷阱深度之间的关系。
2.根据权利要求1所述基于极化-去极化电流测试的XLPE电缆中陷阱参数测量方法，其特征在于所述电导电流稳定值iconduction按照以下公式计算得到：
iconduction＝ipol(tfinal)-idepol(tfinal)；
式中，ipol(tfinal)表示在对XLPE电缆进行极化设定时间后的极化电流，idepol(tfinal)表示为在对XLPE电缆进行去极化设定时间后的去极化电流。
3.根据权利要求1或2所述基于极化-去极化电流测试的XLPE电缆中陷阱参数测量方法，其特征在于步骤(4)中脱陷电流分阶段线性拟合的具体过程为：对取对数后的脱陷电流曲线末尾线性段进行线性拟合，得到构建的能级为E1的陷阱对应的脱陷电流拟合曲线lni1(t)＝ln(A1 exp(-t/τ1))，其A1为拟合参数，τ1为电荷在构建的能级为E1的陷阱中的停留时间；从取对数后的脱陷电流曲线中去除已经拟合好的线性段，再对取对数后的脱陷电流曲线剩余部分的末尾线性段进行线性拟合，得到构建的能级为E2的陷阱对应的脱陷电流拟合曲线lni2(t)＝ln(A2 exp(-t/τ2))；依此类推，直至取对数后的脱陷电流曲线剩余部分为线性段，并对该线性段继续进行线性拟合，得到构建的能级为En的陷阱对应的脱陷电流拟合曲线lnin(t)＝ln(An exp(-t/τn))；再将每段拟合曲线相加，得到脱陷电流的拟合曲线：
Figure FDA0002294257570000021
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