CN113310595A

CN113310595A - 一种检测xlpe电缆绝缘性能的装置及方法

Info

Publication number: CN113310595A
Application number: CN202110507332.9A
Authority: CN
Inventors: 肖衡林; 熊豪文; 刘永莉; 薛田甜; 马强; 徐静; 陈智; 李晨旭
Original assignee: Hubei University of Technology
Current assignee: Hubei University of Technology
Priority date: 2021-05-10
Filing date: 2021-05-10
Publication date: 2021-08-27
Anticipated expiration: 2041-05-10
Also published as: CN113310595B

Abstract

本发明公开了一种检测XLPE电缆绝缘性能的装置及方法，装置包括DTS测温仪器、测温光纤、透明测试箱、电缆样本、蓄水池、增压泵和温控装置，首先选择同批次同型号电缆作为电缆样本，在电缆样本制作过程中将测温光纤预埋在缆芯层和绝缘层之间，然后将电缆样本安装在透明测试箱内，通过增压泵将蓄水池内的染料水送往透明测试箱，通过温控装置控制染料水的温度，通过DTS测温仪器和测温光纤检测电缆样本内部温度变化，通过温度异常点定位水树枝发生点，对水树枝发生点进行切片观察染料尺寸和数量，来诊断电缆水树枝的发展程度，对电缆抗水树能力进行综合评估。本发明实现了对水树枝发生点的快速定位，大大提高了试验效率，降低了试验成本。

Description

一种检测XLPE电缆绝缘性能的装置及方法

技术领域

本发明属于输电领域，涉及一种综合管廊电缆绝缘检测技术，具体涉及一种检测XLPE电缆绝缘性能的装置及方法。

背景技术

随着城市用电量的增大，用电安全成为老生常谈的话题。据统计，电缆的事故大多是由于电缆本体或电缆头附件绝缘老化所引起，或者在与机械应力、热以及化学等因素的共同作用下导致电缆绝缘材料的特性发生不可逆转的改变，影响到绝缘性能，最终发展成为绝缘故障。运行及研究结果表明，XLPE电缆绝缘破坏主要源于树枝状老化，含有水分的绝缘中微孔群呈树枝状，延伸发展到影响绝缘性降低进而击穿的形态，由于电缆制造技术的进步，水树枝现象引起的老化在XLPE电缆中有所减少，但由于有残留的水存在，仍有很小的水树在电缆绝缘中发生。不同的电缆设计寿命和抗水树能力会导致电缆成本的较大差异，厂家可能会牺牲寿命和抗水树能力来降低成本，导致入网电缆质量难以保证，远未达到预期使用寿命。入网电缆的质量不高给后期运行维护造成了很大的压力，增加了巨大的运维成本投入，且后期的运行风险不可控。

当前国内外识别XLPE电缆抗水树性能的方法主要有对比法、加速老化法、培养水树枝法，对比法通过对比电缆原材料生产厂商提供的相关抗水树电缆原材料的标准红外光谱，这种方法存在明显的局限性；加速老化法对电缆试样进行热处理，在试验电压下加速老化，试验结束对水树进行检查和计数，采用该方法的弊端在于试验周期长，无法对XLPE电缆抗水树性能进行快速检测。培养水树枝法通过针电极在电缆绝缘试样上直接培养水树枝并用显微镜观察，测试水树枝生长的长度，这种方法不便应用于在工程上检测和评估XLPE绝缘材料的抗水树性能。所以本发明在已有检测技术的同时，提出一种能快速、精确地检测和评估电缆绝缘性能的装置及方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种检测XLPE电缆绝缘性能的装置及方法。本发明技术原理主要为XLPE电缆中水树枝的产生会引起电缆绝缘层温度场的变化，通过内置分布式光纤探测温度异常点和染料探针来判定水树枝的产生和位置。

为实现上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种检测XLPE电缆绝缘性能的装置，其特征在于：包括DTS测温仪器、测温光纤、透明测试箱、电缆样本、蓄水池、增压泵和温控装置，选择同批次同型号电缆作为电缆抗水树能力检测的电缆样本，在电缆样本制作过程中将测温光纤预埋在缆芯层和绝缘层之间，所述电缆样本安装在透明测试箱内，所述DTS测温仪器与电缆样本内预置的测温光纤相连，通过DTS测温仪器监测电缆样本的缆芯层表面温度，所述蓄水池内有染料水，所述增压泵的入口通过管道与蓄水池相连，出口通过管道与透明测试箱的进水口相连，所述透明测试箱通过回流管与蓄水池相连，通过增压泵往透明测试箱内供给设定温度的染料水，所述温控装置用于控制蓄水池内的染料水的水温。

进一步地，所述电缆样本从内至外依次包括缆芯层、测温光纤、XLPE绝缘层和保护层，所述测温光纤沿着电缆样本长度方向来回折型分布在缆芯层四周表面，并在电缆样本的一端预留尾纤。

进一步地，所述透明测试箱为有机玻璃箱，有机玻璃箱顶部设有能打开的玻璃盖，有机玻璃箱内设有用于固定电缆样本的电缆支架。

进一步地，所述透明测试箱采用低进高出，即透明测试箱底部设有与增压泵的相连的进水口，透明测试箱上部侧壁设有与蓄水池相连的的回水口。

进一步地，所述透明测试箱的回水口比进水口高至少30cm。

进一步地，所述温控装置为设于蓄水池内的恒温棒。

一种利用上述任意一项所述装置检测XLPE电缆绝缘性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，取样；在工厂制作时取一定量的电缆内置测温光纤并留出一定距离的尾纤便于测温，试验时待检测电缆剥除保护层；

步骤二，制作水染料；在蓄水池中按一定比例掺入红色染料并搅拌均匀；

步骤三，温控装置工作；利用温控装置使蓄水池中的染料水加热至35-45℃，并用保温膜保温；

步骤四，安装电缆样本；在透明测试箱中安装待检测电缆样本，用电缆卡扣固定；

步骤五，输送染料水；打通管道，使蓄水池中染料水通过管道输送到透明测试箱中，然后通过回流管流回蓄水池中，形成染料水循环通道；

步骤六，开始试验；启动增压泵，使染料水流速增加，使水染料浸没电缆样本，并产生一定水压；电缆样本尾纤连接DTS测温仪器，开始测量测温光纤沿线温度；

步骤七，进行监测；通过DTS测温仪器和测温光纤实时的对电缆样本内缆芯层沿线温度进行监测，在试验开始12h后对测量的温度数据进行分析，在DTS测温仪器系统屏显上温度曲线若不是一条平行线，则需对温度异常点进行定位；

步骤八，复原归位；试验数据测量后，关闭增压泵，取出电缆样本，并对表面残留染料水进行擦拭；

步骤九，取样分析；对电缆样本温度异常点位置进行切片取样，在显微镜下观察，若出现红色染料探针，则判定此处产生水树枝，并观察染料尺寸和数量，来诊断电缆水树枝的发展程度，对电缆抗水树能力进行综合评估。

进一步地，步骤四中，在透明测试箱中同时安装多个待检测电缆样本，多个待检测电缆样本的尾纤均连接到同一个DTS测温仪器。

进一步地，步骤七中的监测过程中，通过温控装置对染料水在一定温度范围内升温或降温，在升温或降温过程中，通过DTS测温仪器观察内缆芯层沿线温度变化。

进一步地，步骤七中升温或者降温的温度范围为35-60℃。

进一步地，所述透明测试箱内电缆样本与进水口之间设有用于防止紊流的整流格栅板。

进一步地，

本发明原理为：测温光纤在缆芯层外布置，将蓄水池中已染色并加温的水通过管道输送到装有电缆样本的玻璃箱内，箱内中的液体通过管道输送回蓄水池，源源不断的向箱内供水使玻璃箱中的液体维持恒温，由DTS测温仪器采集温度信息，若发现温度曲线不在同一水平线上时，定位温度异常点，待试验结束，对电缆表面进行清洁，对温度异常点进行切片取样，观察断面处是否有染料颜色，若有，则产生水树枝，对电缆样本产生的水树枝数量、尺寸和时间进行记录，综合评估电缆的抗水树能力。

作为本发明的进一步技术方案，测温光纤采用多模光纤，在缆芯层外来回折型缠绕布置。光纤接头使用熔接机熔接，接头在使用时用酒精擦拭。

作为本发明的进一步技术方案，将染料投入蓄水池中，并搅拌均匀。染料为耐温的油性色精溶剂红119。

作为本发明的进一步技术方案，蓄水池为混凝土材料构成。蓄水池上方为透明保温膜。

作为本发明的进一步技术方案，有机玻璃箱上方为活动的玻璃盖，箱内设置电缆支架，材料为有机玻璃，便于固定电缆样本。在玻璃箱对侧分别开孔，便于放置电缆样本和连接管道。

作为本发明的进一步技术方案，恒温棒有多个，多个恒温棒在蓄水池底部安装。安装时保证间距一致，加热均匀。

作为本发明的进一步技术方案，增压泵的进出水管为PPR保温管。

作为本发明的进一步技术方案，增压泵安装在蓄水池与玻璃箱间，增压泵可调节压力来控制水速，并在增压泵与蓄水池间加装水阀，在试验时水阀打开，试验完成后水阀关闭。

作为本发明的进一步技术方案，电缆样本为剥除保护层的状态。剥除保护层后检查电缆表面是否有破损，若有破损则需更换试验样本。

进一步地，有机玻璃箱对侧开孔高度标准为“低进高出”，出水口高出入水口至少30cm。

进一步地，试验完成后，用湿抹布抹净试验样本外覆染料，在擦拭时只可轻轻擦拭，不能对试验样本造成影响。

进一步地，待DTS测温仪器对温度异常点定位，进行切片后，用显微镜观察切片上是否有染色痕迹，若有，则说明电缆产生水树枝；并记录水树枝产生的数量和尺寸。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.电缆水树老化定位准确；通过DTS测温仪器对温度的灵敏响应，对电缆水树产生的位置精确定位，并进行分析，更真实的反映电缆绝缘老化程度。

2.装置简单、安全，便于工作人员操作。

3.检测周期短；本发明通过增压泵来增加水流速，若电缆存在水树枝老化，则箱中染料水更易进入微孔中，使DTS测温仪器更快的捕捉到由于电缆水树枝产生所引起的温度变化。更快的对水树枝老化点进行分析并对电缆抗水树能力进行综合评估，缩短检测周期。

附图说明

图1为本发明检测XLPE电缆绝缘性能的装置正视图。

图2为本发明检测XLPE电缆绝缘性能的装置俯视图。

图3为本发明固定电缆样本示意图。

图4为本发明固定电缆样本的电缆卡扣示意图。

图5为本发明电缆样本结构示意图。

图6为本发明电缆样本内光纤布置示意图。

图7为本发明防水橡胶塞示意图。

附图标记：1-电缆样本，2-测温光纤，3-DTS测温仪器，4-防水橡胶塞，5-染料水，6-蓄水池，7-水阀，8-PPR保温管，9-增压泵，10-有机玻璃箱，11-电缆支架，12-恒温棒，13-电缆卡扣，14-缆芯层，15-XLPE绝缘层，16-保护层，17-整流格栅板，18-玻璃盖。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述：

如图1至图7所示，一种检测XLPE电缆绝缘性能的装，包括测温光纤2、DTS测温仪器3(Distributed Temperature Sensing，即分布式光纤测温系统)、增压泵9、水染料、蓄水池6、温控装置、保温管、透明测试箱、电缆样本1等。所述电缆样本1安装在透明测试箱内，所述DTS测温仪器3与电缆样本1内预置的测温光纤2相连，通过DTS测温仪器3监测电缆样本1的缆芯层14表面温度，所述蓄水池6内有染料水5，所述增压泵9的入口通过管道与蓄水池6相连，出口通过管道与透明测试箱的进水口相连，所述透明测试箱通过回流管与蓄水池6相连，通过增压泵9往透明测试箱内供给设定温度的染料水5，所述温控装置用于控制蓄水池6内的染料水5的水温。本实施例中，温控装置采用安装在蓄水池6内的恒温棒12，透明测试箱采用有机玻璃箱10，在增压泵9入口的管道上设置水阀7，增压泵9的进出口的管道均采用具有保温性能的PPR保温管8。所述电缆样本1从内至外依次包括缆芯层14、XLPE绝缘层15和保护层16，电缆在工厂制作时，取一定量的同批次同型号电缆作为电缆抗水树能力检测样本，在缆芯层14和XLPE绝缘层15间内置测温光纤2，当混合有染料的水溶液，通过一定的水压，进入到产生水树枝的电缆样本1中，势必会引起测温光纤2所测得的曲线的异常，通过DTS测温仪器3定位异常点，对异常点处进行切片观察，若发现染色料，则产生水树枝老化，并记录水树枝尺寸、数量，试验完成后对电缆样本1进行综合评估。

在本发明的具体实施例中，电缆样本1由内而外依次为缆芯层14、测温光纤2、XLPE绝缘层15、保护层16，测温光纤2布置在缆芯层14上；XLPE绝缘层15中水分越多，水树生长的越长、越快，在试验时，有机玻璃箱10中的染料水5应浸没电缆样本1，电缆绝缘层中若有微孔存在，则必然加速水树的生长，使试验结果更明显；在40℃左右时表层水树生长较快，恒温棒12应使染料水5加热至40℃左右，电缆若存在绝缘故障，则测温光纤2会捕捉到温度异常点信息，传输到DTS测温仪器3；本发明主要检测的是电缆的抗水树能力，而水树一般在绝缘层中产生时会发生绝缘故障，严重的会在电缆运行时形成电树枝造成击穿，严重危害电力管线运行安全，故在试验前电缆样本1应剥除保护层16进行检测；水染料作为探针可判定水树枝的产生，并且通过观察水染料可诊断电缆水树枝的产生和发展情况，投入蓄水池6中的染料需搅拌均匀，为使试验结果更易观察，本发明中染料为红色染料；

一种检测XLPE电缆绝缘性能的方法，具体步骤如下：

步骤一，取样；在工厂制作时取一定量的电缆内置测温光纤2并留出一定距离的尾纤便于测温，试验时待检测电缆剥除保护层16。

步骤二，制作水染料；在蓄水池6中按一定比例掺入红色染料并搅拌均匀。

步骤三，恒温棒12工作；利用恒温棒12使蓄水池6中的染料水5加热至40℃，并用保温膜保温。

步骤四，安装电缆样本1；在有机玻璃箱10中安装待检测电缆样本1，将电缆样本1安装在电缆支架11上，并用电缆卡扣13固定，安装完后盖上玻璃盖18，保证玻璃箱密封性完好。

步骤五，输送染料水5；打开水阀7，使蓄水池6中染料水5通过管道输送到有机玻璃箱10中，然后通过管道流回蓄水池6中，建立染料水5内循环通路。

步骤六，开始试验；打开增压泵9，使染料水5流速增加，使水染料浸没电缆样本1，并产生一定水压；电缆样本1尾纤连接DTS测温仪器3，开始测量测温光纤2沿线温度。

步骤七，进行监测；测温光纤2可实时的对沿线温度进行监测，在试验开始12h后对测量数据进行分析，在DTS测温仪器3系统屏显上温度曲线若不是一条平行线，则需对温度异常点进行定位。为了进一步提高检测精度，监测过程中，通过恒温棒12温度设定，使得染料水5在一定温度范围内升温或降温，在升温或降温过程中，通过DTS测温仪器3观察内缆芯层14沿线温度变化。该温度范围为35-60℃。

步骤八，复原归位；试验数据测量后，关闭水阀7，使水染料下降至电缆样本1下，轻轻取下电缆样本1，并对表面残留染料水5进行擦拭。

步骤九，取样分析；对电缆样本1温度异常点位置进行切片取样，在显微镜下观察，若出现红色染料探针，则判定此处产生水树枝，并观察染料尺寸和数量，来诊断电缆水树枝的发展程度，对电缆抗水树能力进行综合评估。

步骤十，综合评估；通过观察记录的试验数据进行分析，通过电缆上产生的水树枝数量和尺寸来评估电缆抗水树能力。

表1为评价电缆抗水树能力的标准

表1中N₁：电缆检测样本中有水树枝产生的电缆样本1数量；N₂：电缆待检测样本总数量；S₁：进入电缆绝缘层中红色染料的面积；S₂：电缆样本1绝缘层截面积；Q₁：电缆样本1中单根电缆上产生的水树枝数量；Q₂：电缆样本1中各个电缆上产生的水树枝总数量。

水染料的流速和深度控制，蓄水池6中染料水5经增压泵9调节，增大染料水5的流速，有机玻璃箱10中染料水5浸没电缆样本1并保持平衡；

若在取样切片后观察未发现有红色染料，但DTS测温仪器3显示温度异常，则排除水树枝产生的可能；可能由于电缆样本1局部温度不均造成。

在有机玻璃箱10中放置电缆样本1后，端口处用防水橡胶塞4固定在有机玻璃箱10的侧壁，避免染料水5漏出，尾纤从防水橡胶塞4的内孔中伸出到箱外。

在检测完后，尾纤宜用绝缘带固定在不易被损坏的位置。

测温光纤2平行多重布置在缆芯层14上，采用同一测温仪器DTS测温仪器3同时测量这些光纤的温度，可以大大提高检测精度，减少仪器误差。因此在试验区域内将多个测温光纤2连接起来形成一个网状环。

DTS测温仪器3的光纤连接器在未使用时必须盖上防尘帽，在连接设备前严禁打开接头的防护装置。

作为优化，在工厂选取电缆样本1时，电缆样本1数量为同批次同型号生产电缆的5％～10％，在进行电缆抗水树能力综合评估为较好后才可出厂使用。

作为优化，当试验电缆出现过多局部均温不等的情况时，由于带有温度的染料水5激荡造成局部温度异常，此时需调整增压泵9，减小水速。

作为优化，试验时，可同时对多根电缆样本1进行试验，DTS测温仪器3可同时检测多根电缆样本1，减少试验周期。

所述透明测试箱内电缆样本1与进水口之间设有用于防止紊流的整流格栅板17。使得经过增压泵9增压后的恒温染料水5均匀的与电缆样本1接触，防止温度不均。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims

1.一种检测XLPE电缆绝缘性能的装置，其特征在于：包括DTS测温仪器、测温光纤、透明测试箱、电缆样本、蓄水池、增压泵和温控装置，选择同批次同型号电缆作为电缆抗水树能力检测的电缆样本，在电缆样本制作过程中将测温光纤预埋在缆芯层和绝缘层之间，所述电缆样本安装在透明测试箱内，所述DTS测温仪器与电缆样本内预置的测温光纤相连，通过DTS测温仪器监测电缆样本的缆芯层表面温度，所述蓄水池内有染料水，所述增压泵的入口通过管道与蓄水池相连，出口通过管道与透明测试箱的进水口相连，所述透明测试箱通过回流管与蓄水池相连，通过增压泵往透明测试箱内供给设定温度的染料水，所述温控装置用于控制蓄水池内的染料水的水温。

2.根据权利要求1所述检测XLPE电缆绝缘性能的装置，其特征在于：所述电缆样本从内至外依次包括缆芯层、测温光纤、XLPE绝缘层和保护层，所述测温光纤来回折型分布在缆芯层四周表面，并在电缆样本的一端预留尾纤。

3.根据权利要求1所述检测XLPE电缆绝缘性能的装置，其特征在于：所述透明测试箱为有机玻璃箱，有机玻璃箱顶部设有能打开的玻璃盖，有机玻璃箱内设有用于固定电缆样本的电缆支架。

4.根据权利要求1所述检测XLPE电缆绝缘性能的装置，其特征在于：所述透明测试箱采用低进高出，即透明测试箱底部设有与增压泵的相连的进水口，透明测试箱上部侧壁设有与蓄水池相连的的回水口。

5.根据权利要求4所述检测XLPE电缆绝缘性能的装置，其特征在于：所述透明测试箱的回水口比进水口高至少30cm。

6.根据权利要求1所述检测XLPE电缆绝缘性能的装置，其特征在于：所述温控装置为设于蓄水池内的恒温棒。

7.一种利用权利要求1-6任意一项所述装置检测XLPE电缆绝缘性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.如权利要求7所述检测XLPE电缆绝缘性能的方法，其特征在于：步骤四中，在透明测试箱中同时安装多个待检测电缆样本，多个待检测电缆样本的尾纤均连接到同一个DTS测温仪器。

9.如权利要求7所述检测XLPE电缆绝缘性能的方法，其特征在于：步骤七中的监测过程中，通过温控装置对染料水在一定温度范围内升温或降温，在升温或降温过程中，通过DTS测温仪器观察内缆芯层沿线温度变化。

10.如权利要求7所述检测XLPE电缆绝缘性能的方法，其特征在于：所述透明测试箱内电缆样本与进水口之间设有用于防止紊流的整流格栅板。