CN111707911A - 一种可控温湿度的电缆缓冲层局部放电测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可控温湿度的电缆缓冲层局部放电测试装置，其主要技术特点是：包括交流耐压源、测试电极、恒温恒湿箱与局部放电采集装置；测试电极和待测试样安装在恒温恒湿箱内并通过恒温恒湿箱控制测试过程中的温度湿度，高压电极通过保护电阻连接交流耐压源的高压侧，接地电极连接交流高压源的地线侧，待测试样安装在高压电极和接地电极之间并紧密接触，局部放电采集装置安装在接地电极与交流耐压源的地线侧之间。本发明将测试电极及待测试样安装在恒温恒湿箱内并采用局部放电分析仪，通过控制试验的温度湿度环境，更准确地实现不同温湿度环境下的高压电缆缓冲层局部放电测试功能，满足了高压电缆缓冲层局部放电测试要求。
Description
技术领域
本发明属于高压设备技术领域，尤其是一种可控温湿度的电缆缓冲层局部放电测试装 置。
背景技术
电力工业是关系国计民生的基础产业，我国经济持续快速发展，人民生活水平不断提 高，电力需求快速增长。自从进入21世纪，电力领域取得很大成就，城市电力使用量一直在增加。然而，城市土地资源昂贵且有限，采用传统架空输电已经不再符合新时代城市输电系统的要求。为满足城市清洁化的新诉求，电力电缆输电系统得以发展。目前，城市 输配电网络已基本采用地下电缆传输方案，而高压交联聚乙烯电缆由于其具有绝缘工作电场强度高、绝缘厚度薄、重量轻、安装容易等优点，因而在电力电缆输电系统中获得广泛 的应用，其安全可靠运行直接关系到配网可靠性及供电质量。
随着高压交联聚乙烯电缆的广泛应用，在实际运行过程中，高压电缆故障事故时有发 生，由于近年来电力系统运行的XLPE绝缘高压电缆因缓冲层发生的故障与隐患增多。针 对故障电缆进行案例分析，发现多数故障电缆缓冲层中有放电痕迹，同时在现场整缆实验 时发现可以检测到局部放电现象，因此开展高压电缆局部放电特性研究具有重要意义。而 目前国内外针对电缆主绝缘局部放电特性研究较多，而针对电缆缓冲层局部放电特性研究 较少，因此搭建电缆缓冲层局部放电测试平台，开展复杂工况下高压电缆缓冲层局部放电 特性的研究具有重要的意义。
由于电缆缓冲层位于铝护套与绝缘屏蔽层之间，一般由半导电阻水带、金布与气隙组 成。部分研究机构对故障电缆缓冲层采用SEM显微镜进行观察，发现在缓冲层内部有着明 显的放电痕迹。为深入分析放电原因，部分研究机构建立了电缆等效电路模型，针对电缆 内部电场强度展开分析，发现当阻水带与铝护套之间存在气隙时，其内部存在场强畸变， 部分区域电场强度超过空气击穿场强。因此可以推测，缓冲层内部的电场畸变是引起局部 放电的主要原因。
目前国内外针对电缆缓冲层局部放电研究比较少，因此开展缓冲层内的局部放电特性 的研究至关重要。研究表明温度湿度是影响局部放电行为的重要因素，实际运行中，当缓 冲层铝护套出现破损与松动时，电缆内部环境参数会发生较大变化，主要体现在缓冲层内 部的温度湿度会发生较大变化。因此，如何实现在不同温度湿度条件下缓冲层局部放电测 试功能是目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种可控温湿度的电缆缓冲层局部放电 测试装置，解决了不同温湿度环境下的高压电缆缓冲层局部放电检测问题。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种可控温湿度的电缆缓冲层局部放电测试装置，包括交流耐压源、测试电极、恒温恒湿箱与局部放电采集装置；所述测试电极和待测试样安装在恒温恒湿箱内并通过恒温恒湿箱内控制测试过程中的温度湿度，所述测试电极包括高压电极和接地电极，该高压电极通过保护电阻连接交流耐压源的高压侧，所述接地电极连接交流高压源的地线侧，所述待测试样安装在高压电极和接地电极之间并紧密接触，所述局部放电采集装置安装在接地电极与交流耐压源的地线侧之间。
所述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组成，其中，温度可调节范围为：-20℃-150℃，相对湿度可调节范围为：5％-98％。
所述局部放电采集装置包括高频电流互感器、局部放电分析仪、计算机终端以及同 步装置；所述高频电流互感器、局部放电分析仪及计算机终端依次相连接，该高频电流互 感器连接在交流耐压源接地侧和接地电极之间，该高频电流互感器通过BNC接头与局部放 电分析仪相连接，该局部放电分析仪通过网线实现与计算机终端的网络连接；所述同步装 置安装在局部放电分析仪附近以保证局部放电分析仪采样时的同步频率。
所述同步装置由一个直插式白炽灯、同步线圈组成，其同步频率为50Hz。
所述局部放电分析仪采用PDCheck局部放电分析仪。
所述测试试样包括两层阻水带试样与一层半导电屏蔽层试样，上述试样均为圆片形 试样，其直径为50mm，厚度为1mm。
所述测试试样为干燥出来后的试样。
所述测试电极采用铝板电极，其材质与电缆外层铝护套材质相同，其中，高压电极的尺寸为：直径50mm，厚度2mm；接地电极尺寸的尺寸为：直径100mm，厚度2mm。
所述高压电极是经过电解液电解后的电极。
所述交流耐压源的输出电压范围是10V-10000V，输出电流范围是0-20mA。
本发明的优点和积极效果是：
1、本测试装置将高压电极、接地电极及待测试样安装在恒温恒湿箱内并采用局部放 电分析仪进行高压电缆缓冲层局部放电检测、故障诊断，能够准确控制试验的温度湿度环 境，从而更准确地实现不同温湿度环境下的高压电缆缓冲层局部放电测试功能，满足了高 压电缆缓冲层局部放电测试要求。
2、本测试装置中的PDCheck局部放电测试仪采用宽通带传感器与高速宽带采样单元， 以取得足够多的放电信息，提供有效的诊断依据；并通过对比不同放电脉冲信号之间及放 电与干扰之间波形特征的差异，能够有效地分离聚类不同的放电脉冲，区别不同的放电类 型；同时该局部放电检测仪具有很强的干涉处理能力，可以对设备进行带电监测。
3、本测试装置能够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，且实 验温度湿度可控而准确，试样与电极的接触状态准确且可控，试样的缺陷类型可控。
附图说明
图1是本发明的电缆缓冲层局部放电测试装置连接图；
图2是本发明所用试样结构示意图；
图3是本发明所用的实验预处理平台结构图；
图4是电缆缓冲层在温度20℃相对湿度20％条件下不同放电阶段局部放电相位谱图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详述。
一种可控温湿度的电缆缓冲层局部放电测试装置，如图1所示，包括交流耐压源、测 试电极、恒温恒湿箱与局部放电采集装置。所述测试电极和待测试样安装在恒温恒湿箱内， 用以确保测试过程中温度湿度恒定，通过恒温恒湿箱产生不同的温湿度环境用于电缆缓冲 层局部放电测试。测试电极包括高压电极和接地电极，该高压电极通过保护电阻连接交流 耐压源的高压侧，该接地电极连接至交流高压源的地线侧，所述待测试样安装在高压电极 和接地电极之间并紧密接触，所述局部放电采集装置安装在接地电极与交流耐压源的地线 侧之间。本发明的测试装置可以对电缆缓冲层的局部放电特征参数进行提取与测试。
所述测试试样包括两层阻水带试样与一层半导电屏蔽层试样，其中两类试样均为圆片 形试样，其直径50mm，厚度1mm，如图2所示。为了脱去测试试样中的水分，测试试 样需要放置于真空干燥箱内进行干燥处理。
所述恒温恒湿箱可以制造不同温度湿度环境，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％。
所述局部放电采集装置包括高频电流互感器、Techimp PDCheck局部放电分析仪、计 算机终端以及同步装置。所述高频电流互感器、Techimp PDCheck局部放电分析仪及计算 机终端依次相连接，该高频电流互感器连接在交流耐压源接地侧和接地电极之间，并且高 频电流互感器通过BNC接头与Techimp PDCheck局部放电分析仪相连接，该PDCheck 局部放电分析仪通过网线实现与计算机的网络连接。所述同步装置安装在Techimp PDCheck局部放电分析仪附近，该同步装置由一个直插式白炽灯、同步线圈组成，目的 在于确保局部放电分析仪采样时的同步频率是50Hz。
所述交流耐压源的输出电压范围是10V-10000V，输出电流范围是0-20mA。
所述测试电极采用铝板电极，铝板电极的材质与电缆外层铝护套材质相同，其中高压 电极尺寸参数直径50mm，厚度2mm；接地电极尺寸参数直径100mm，厚度2mm。
所述测试电极位于恒温恒湿箱内，用以确保测试过程中温度湿度恒定。
所述测试电极需要通过电解平台进行预处理，该电解平台用于模拟缓冲层因受潮而在 其内部出现氧化层的现象。主要由低压直流源、石墨电极、铝板电极与电解液组成，其中 低压直流源输出电压范围为0-30V，电流范围为0-1A，电解液采用聚丙烯酸钠溶液。
本发明的使用方法为：
步骤1、制作试样并进行干燥处理：将故障电缆剥开，将电缆内部的阻水带与半导电 屏蔽层裁剪成如图2所示圆形试样，该试样包括两个厚度为1mm的阻水带和一个厚度为1mm的绝缘屏蔽层，该试样的直径为50mm。将试样放置于真空干燥箱内，控制温度为 80℃，干燥时间控制为24小时用以去除试样中的水分。
步骤2、制作电极：将电缆中铝护套加工成直径50mm，厚度2mm的圆柱形铝片， 在铝电极一侧打磨导角，并用纱纸将铝电极表面抛光，打磨抛光后作为高压电极。同时另 取一部分电缆铝护套并加工成直径100mm，厚度2mm的圆柱形铝片，打磨抛光后作为接 地电极。
步骤3、搭好实验预处理平台对测试电极进行预处理，如图3所示，将加工好的直径50mm的铝板电极连接电源负极，将石墨电极连接电源正极，将聚丙烯酸钠溶于水，配制 好电解液。打开电源控制输出电流为100mA，电解时间24小时，电解完成后取出铝电极。 电解处理后，对铝电极表面的氧化膜层进行适当打磨，打磨完成后的电极作为高压电极。
步骤4、将经过实验预处理的高压电极连接在高压侧，按照图1所示的测试系统进行 连接。将测试电极放入恒温恒湿箱内，控制恒温恒湿箱内的温度湿度。采用网线将Techimp 局部放电采集仪与计算机终端连接，将电流互感器接入交流电源的地线侧，采用BNC接 头将Techimp局部放电采集装置通道与高频电流互感器连接。
步骤5、调整局部放电采集装置的同步频率，将白炽灯插头的火线端与零线端分开， 将局部放电外同步线圈穿过白炽灯火线，获取同步频率。开启计算机，进入信号采集界面， 调整同步线圈位置，当面板上的同步频率稳定在50Hz时，说明局部放电装置的外同步过 程已经完成，从而确保界面中的外同步频率稳定在50Hz。
步骤6、调整电极位置，确保电极与试样之间接触良好。为防止沿面放电现象，在铝板电极边缘与阻水带之间涂抹硅橡胶。将交流耐压源的高压端连接带有氧化膜层的铝电极， 接地端连接未处理过的铝电极。
步骤7、确保测试系统按照图1连接无误后，开始加压，当局部放电特征图谱发生较大变化时，进行一次采样，最大采样脉冲数设定为5000，并依据局部放电统计特征进行 阶段划分。
经上述测试得到电缆缓冲层在不同温湿度条件下不同放电阶段(起始阶段、发展阶段、 停滞阶段和预击穿阶段)局部放电特征谱图，如图4所示。
综上所示，本测试装置通过提取缓冲层不同时期的局部放电特征参数进行阶段划分， 根据电缆缓冲层局部放电特性开展缓冲层故障机理分析，并通过提取局部放电特征参数进 行阶段划分，对探究缓冲层烧蚀机理具有十分重要的意义。
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 (10)
1.一种可控温湿度的电缆缓冲层局部放电测试装置，其特征在于：包括交流耐压源、测试电极、恒温恒湿箱与局部放电采集装置；所述测试电极和待测试样安装在恒温恒湿箱内并通过恒温恒湿箱控制测试过程中的温度湿度，所述测试电极包括高压电极和接地电极，该高压电极通过保护电阻连接交流耐压源的高压侧，所述接地电极连接交流高压源的地线侧，所述待测试样安装在高压电极和接地电极之间并紧密接触，所述局部放电采集装置安装在接地电极与交流耐压源的地线侧之间。
2.根据权利要求1所述的一种可控温湿度的电缆缓冲层局部放电测试装置，其特征在于：所述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组成，其中，温度可调节范围为：-20℃-150℃，相对湿度可调节范围为：5％-98％。
3.根据权利要求1所述的一种可控温湿度的电缆缓冲层局部放电测试装置，其特征在于：所述局部放电采集装置包括高频电流互感器、局部放电分析仪、计算机终端以及同步装置；所述高频电流互感器、局部放电分析仪及计算机终端依次相连接，该高频电流互感器连接在交流耐压源接地侧和接地电极之间，该高频电流互感器通过BNC接头与局部放电分析仪相连接，该局部放电分析仪通过网线实现与计算机终端的网络连接；所述同步装置安装在局部放电分析仪附近以保证局部放电分析仪采样时的同步频率。
4.根据权利要求3所述的一种可控温湿度的电缆缓冲层局部放电测试装置，其特征在于：所述同步装置由一个直插式白炽灯、同步线圈组成，其同步频率为50Hz。
5.根据权利要求3所述的一种可控温湿度的电缆缓冲层局部放电测试装置，其特征在于：所述局部放电分析仪采用PDCheck局部放电分析仪。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种可控温湿度的电缆缓冲层局部放电测试装置，其特征在于：所述测试试样包括两层阻水带试样与一层半导电屏蔽层试样，上述试样均为圆片形试样，其直径为50mm，厚度为1mm。
7.根据权利要求1至5任一项所述的一种可控温湿度的电缆缓冲层局部放电测试装置，其特征在于：所述测试试样为干燥出来后的试样。
8.根据权利要求1至5任一项所述的一种可控温湿度的电缆缓冲层局部放电测试装置，其特征在于：所述测试电极采用铝板电极，其材质与电缆外层铝护套材质相同，其中，高压电极的尺寸为：直径50mm，厚度2mm；接地电极尺寸的尺寸为：直径100mm，厚度2mm。
9.根据权利要求1至5任一项所述的一种可控温湿度的电缆缓冲层局部放电测试装置，其特征在于：所述高压电极是经过电解液电解后的电极。
10.根据权利要求1至5任一项所述的一种可控温湿度的电缆缓冲层局部放电测试装置，其特征在于：所述交流耐压源的输出电压范围是10V-10000V，输出电流范围是0-20mA。
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