CN111679103A - 一种基于三电极法的高压电缆阻水带电气性能测试系统 - Google Patents

一种基于三电极法的高压电缆阻水带电气性能测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于三电极法的高压电缆阻水带电气性能测试系统，其特点是：高阻计包括两个档位，测试电极及待测试样均安装在恒温恒湿箱内，高压电极安装在绝缘支撑座上，待测试样安装在高压电极和测量电极之间，保护电极安装在测量电极外围且与测量电极留有间隙，高阻计处于Rv档位时，高压电极与高阻计的正极相连接，测量电极与高阻计的负极相连接，保护电极与接地终端相连接；高阻计处于Rs档位时，保护电极与高阻计的正极相连接，测量电极与高阻计的负极相连接，高压电极与接地终端相连接。本发明可对待测试样进行不同湿度、温度条件下体积电阻率、表面电阻等电气性能参数测试，能够准确对电缆阻水带材进行电气特征参数提取以及状态评估。

Description

一种基于三电极法的高压电缆阻水带电气性能测试系统
技术领域
本发明属于高压设备技术领域，涉及高压电缆测试，尤其是一种基于三电极法的高压电缆阻水带电气性能测试系统。
背景技术
随着我国经济持续快速发展，电力需求成倍增长。随着城市化建设的不断推进，城市用电负荷迅猛增加，电网结构日益复杂，发展高效稳定的大容量输变电工程成为解决城市负荷中心用电需求的重要途径。然而，城市土地资源昂贵且有限，为了降低成本同时满足现代城市美观建设要求，城市输配电网络已基本采用地下电缆传输方案。目前，我国新建成的城市高压电缆几乎全部采用XLPE绝缘电缆，其安全可靠运行直接关系到配网可靠性及供电质量。
随着高压XLPE电缆的广泛应用，在实际运行过程中，高压电缆故障事故时有发生。高压电缆缓冲层材料主要由半导电缓冲带与半导电阻水带组成，其中阻水带主要由蓬松棉、阻水粉及无纺布组成。当电缆铝护套发生破坏，出现纵向进水现象时，阻水带材所处环境湿度出现变化，同时由于电缆铝护套大多是采用皱纹铝结构，在铝护套的波峰与波谷位置中电缆缓冲层阻水带材所受的机械应力存在差异。因此开展复杂条件下电缆缓冲层阻水带电气性能的研究有着重要意义。
针对故障电缆的本体解剖发现电缆阻水带与电缆半导电屏蔽层出现白斑，同时电缆阻水带有明显烧蚀痕迹。初步检测发现，电缆阻水带的电气性能发生较大变化，其中体积电阻率已超过标准，当电缆缓冲层阻水带材电阻性能发生较大改变时，必然会影响电缆径向电压分布，从而引起电缆缓冲层中电场分布特性与绝缘状态发生改变，进而导致电缆缓冲层内部局部电流过大，引发烧蚀现象。电缆阻水带性能在实际运行过程中受到电场、机械应力与水分的影响，因此进行复杂条件电缆阻水带性能测试具有极其重要的意义。
目前针对电缆主绝缘的电气性能参数研究较多，而针对复杂条件下电缆阻水带电气性能的研究较少，因此进行复杂条件下电缆阻水带电气性能参数研究，开发电缆阻水带电气性能测试系统，对于开展高压电缆缓冲层烧蚀过程与电缆故障分析具有十分重要的意义。通过提取不同环境下电缆缓冲层阻水带电气性能特征参数，进而实现对电缆烧蚀机理分析与运行状态评估。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于三电极法的高压电缆阻水带电气性能测试系统，能够准确对电缆阻水带材进行电气特征参数提取以及状态评估。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于三电极法的高压电缆阻水带电气性能测试系统，包括恒温恒湿箱、高阻计和测试电极，所述测试电极包括测量电极、高压电极与保护电极，所述高阻计包括Rv档位、Rs档位，所述测试电极及待测试样均安装在恒温恒湿箱内，所述高压电极安装在绝缘支撑座上，所述待测试样安装在高压电极和测量电极之间，所述保护电极安装在测量电极外围且与测量电极留有间隙，所述高阻计处于Rv档位时，高压电极与高阻计的正极相连接，测量电极与高阻计的负极相连接，保护电极与接地终端相连接，所述高阻计处于Rs档位时，保护电极与高阻计的正极相连接，测量电极与高阻计的负极相连接，高压电极与接地终端相连接。
而且，所述高阻计采用HPS2683A高阻计，其测试电压调节范围为10～1000V，电阻测量范围是10～1012Ω。
而且，所述恒温恒湿箱的温度可调节范围为：-20℃～150℃，相对湿度可调节范围：5％～98％。
而且，所述测量电极、高压电极与保护电极均通过屏蔽线与其他设备相连接。
而且，所述屏蔽线采用高绝缘的屏蔽线，该屏蔽线的绝缘电阻＞1014Ω。
而且，所述绝缘支撑座为聚氯乙烯，体积电阻率为1016Ω·m。
而且，所述测试电极由铝材料制成。
而且，所述高压电缆阻水带电气性能测试系统安装在屏蔽室内。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明安装在恒温恒湿箱内并采用三电极方法对待测试样进行不同湿度、温度条件下体积电阻率、表面电阻等电气性能参数测试，并且在进行体积电阻的测试时可以消除试样表面电阻的影响，同时，整个测试过程中的温度及湿度可精准控制，从而能够准确对电缆阻水带材进行电气特征参数提取以及状态评估。
2、本发明安装在屏蔽室内,能够创造测量所需的电磁屏蔽环境，保证了测试的准确性。
3、本发明能够对测量结果形成变化趋势图，可以有效地模拟实际运行中高压直流电力电缆的实际运行工况。
附图说明
图1是本发明的体积电阻测试系统连接图；
图2是本发明的表面电阻测试系统连接图；
图3是本发明的测试试样示意图；
图4是本发明的不同湿度条件下电缆阻水带体积电阻率变化趋势图；
图5是本发明的不同温度条件下电缆阻水带体积电阻率变化趋势图；
图6是本发明的不同湿度条件下电缆阻水带表面电阻变化趋势图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详述。
一种基于三电极法的高压电缆阻水带电气性能测试系统，如图1、图2所示，由恒温恒湿箱、HPS2683A高阻计、测试电极和接地终端组成，所述测试电极包括测量电极、高压电极与保护电极三部分，所述高阻计包括Rv档位、Rs档位，可以进行阻水带电气性能待测试样的体积电阻率与表面电阻的测试。高压电缆阻水带电气性能测试系统安装在屏蔽室内,以创造测量所需的电磁屏蔽环境。
所述恒温恒湿箱可以产生不同温度湿度环境，该恒温恒湿箱由制冷系统、加热系统、控制系统、温度系统空气循环系统和传感器系统等组成，其中温度可调节范围：-20℃～150℃，相对湿度可调节范围：5％～98％。
所述测试电极及阻水带电气性能待测试样均安装在恒温恒湿箱内。阻水带电气性能待测试样安装在测量电极和高压电极之间，高压电极底部为绝缘支撑座，所述保护电极安装在测量电极外围且与测量电极留有间隙，所述高阻计处于Rv档位时，高压电极与高阻计的正极相连接，测量电极与高阻计的负极相连接，保护电极与接地终端相连接，所述高阻计处于Rs档位时，保护电极与高阻计的正极相连接，测量电极与高阻计的负极相连接，高压电极与接地终端相连接。
本系统所使用的屏蔽线采用高绝缘的屏蔽线，该屏蔽线的绝缘电阻＞1014Ω。
本系统所使用的绝缘支撑座为聚氯乙烯(体积电阻率约为1016Ω·m),电极材料为铝。
所述HPS2683A型高阻计测试电压调节范围为10～1000V，电阻测量采用三电极法，电阻测量范围是10～1012Ω。
如图3所示，本发明的高压电缆阻水带电气性能测试系统使用的是经过特定温度湿度处理后的阻水带电气性能待测试样。测量时试样采用圆形标准试样，试样直径与高压电极直径相一致。
为了对高压电缆阻水带电气性能测试系统的性能进行说明，按照下述方法进行测试：
1、将正常高压电缆与故障高压电缆阻水带剥开，并分别裁剪成直径为70mm且厚度为2mm的圆形阻水带电气性能待测试样，如图3所示。
2、将HPS2683A高阻计、测试电极及阻水带电气性能待测试样安装到恒温恒湿箱中并连接好，通过恒温恒湿箱控制试样测试环境的温度与湿度。
3、进行高压电缆阻水带电气性能测试测试，包括以下步骤：
(1)调整所述的恒温恒湿箱，测试不同相对湿度条件下阻水带电气性能时，控制温度在20℃，分别调整测试时的相对湿度为20％～80％，待恒温恒湿箱的温度湿度稳定后，设置试样处理时间为24小时；测试不同温度条件下阻水带电气性能，控制湿度在20％，分别调整测试时的温度为20℃～80℃，处理时间为24小时。
(2)采用所述实验装置测试阻水带的体积电阻时，让恒温恒湿箱中的测试环境保持与处理试样时的环境一致，将高阻计档位调整至体积电阻Rv档位，施加直流电压10V，充电1min后开始进行体积电阻的测量，等到电阻稳定时记录体积电阻示数。同一环境下每组试样测试5次，求取试样的体积电阻平均值。
(3)测量完成后，开始对电阻测试装置进行放电，待到放电结束后，关闭电源，整理不同湿度下的阻水带试样的体积电阻测试结果。
(4)采用公式(1)～(2)计算阻水带体积电阻率，并进行整理。
Figure BDA0002521555270000051
Ae＝0.25×π×(d1+g)2 (2)
其中，d1表示测量电极直径(cm)，本电极为5cm；t表示阻水带试样的厚度(cm)；g表示测量电极与保护电极的间隙(cm)，本间隙为0.2cm；Rv为皮安表上的读数(Ω)；其中体积电阻率ρv单位为Ω·cm。
(5)进行不同环境条件下电缆阻水带表面电阻测试时，需要将高阻计调整至表面电阻Rs档位，保持测试环境中的湿度温度与实验过程中的一致，设置测试时的直流电压10V，充电1min后读取表面电阻值并作记录，相同条件下的试样测试5次，并求取试样表面电阻平均值。
(6)根据测试结果，总结不同环境条件下阻水带试样的体积电阻率规律，如图4至图6所示。
通过图4可以看出正常电缆和故障电缆在不同湿度条件下电缆阻水带体积电阻率变化趋势，通过图5可以看出正常电缆和故障电缆在不同温度条件下电缆阻水带体积电阻率变化趋势，通过图6可以看出正常电缆和故障电缆在不同湿度条件下电缆阻水带表面电阻变化趋势。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种基于三电极法的高压电缆阻水带电气性能测试系统，其特征在于：包括恒温恒湿箱、高阻计和测试电极，所述测试电极包括测量电极、高压电极与保护电极，所述高阻计包括Rv档位、Rs档位，所述测试电极及待测试样均安装在恒温恒湿箱内，所述高压电极安装在绝缘支撑座上，所述待测试样安装在高压电极和测量电极之间，所述保护电极安装在测量电极外围且与测量电极留有间隙，所述高阻计处于Rv档位时，高压电极与高阻计的正极相连接，测量电极与高阻计的负极相连接，保护电极与接地终端相连接，所述高阻计处于Rs档位时，保护电极与高阻计的正极相连接，测量电极与高阻计的负极相连接，高压电极与接地终端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于三电极法的高压电缆阻水带电气性能测试系统，其特征在于：所述高阻计采用HPS2683A高阻计，其测试电压调节范围为10～1000V，电阻测量范围是10～1012Ω。
3.根据权利要求1所述的一种基于三电极法的高压电缆阻水带电气性能测试系统，其特征在于：所述恒温恒湿箱的温度可调节范围为：-20℃～150℃，相对湿度可调节范围：5％～98％。
4.根据权利要求1所述的一种基于三电极法的高压电缆阻水带电气性能测试系统，其特征在于：所述测量电极、高压电极与保护电极均通过屏蔽线与其他设备相连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于三电极法的高压电缆阻水带电气性能测试系统，其特征在于：所述屏蔽线采用高绝缘的屏蔽线，该屏蔽线的绝缘电阻＞1014Ω。
6.根据权利要求1所述的一种基于三电极法的高压电缆阻水带电气性能测试系统，其特征在于：所述绝缘支撑座为聚氯乙烯，体积电阻率为1016Ω·m。
7.根据权利要求1所述的一种基于三电极法的高压电缆阻水带电气性能测试系统，其特征在于：所述测试电极由铝材料制成。
8.根据权利要求1至7任一项所述的一种基于三电极法的高压电缆阻水带电气性能测试系统，其特征在于：所述高压电缆阻水带电气性能测试系统安装在屏蔽室内。
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