CN114137281B - 基于电导电流的空间电荷评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力设备绝缘监测领域，特别涉及一种基于电导电流的空间电荷评估方法。本方法可在不对空间电荷进行直接测量的条件下，通过检测电导电流的变化趋势对运行过程中绝缘材料以及电缆绝缘中空间电荷分布，并且可评估绝缘材料对空间电荷的抑制能力。可以得出空间电荷是以同极性还是异极性为主导。本发明与现有空间电荷测量装置相比具有造价低，设备简单等优点。并且可克服当前空间电荷测量装置不能评估运行电缆中空间电荷等缺点。

Description

基于电导电流的空间电荷评估方法
技术领域
本发明属于电力设备绝缘监测领域，特别涉及一种基于电导电流的空间电荷评估方案。
背景技术
绝缘材料在直流高场下其显著的空间电荷积累会对绝缘造成多方面影响。首先空间电荷的积累可以使局部电场达外施电场的8倍。而且空间电荷显著的电场畸变效应使得电缆绝缘中实际电场的计算和设计变得困难。另外随着空间电荷的缓慢积累，直流电缆在长期工作后，极大电场应力点从界面处移动到绝缘内部。同时，空间电荷的存在使电缆树枝化发展和老化速度加快。因此直流高场下对绝缘中空间电荷的评估是判断电缆质量以及一种材料是否适合应用于直流电缆绝缘的关键问题。
到目前为止，获取空间电荷相关信息主要使用脉冲电声装置(PEA)或者压力波装置(PWP)。这两种设备造价比较高，并且不能适用于测量运行的电缆中空间电荷的分布。而本方法可以通过测量电导电流来获取必要的空间电荷的信息。不但价格较低，设备简单，并且适用于评估运行的电缆中的空间电荷情况。
发明内容
本发明目的之一是为了对电缆绝缘中空间电荷分布的在线监测和在线评估。
本发明目的之二是为了对绝缘材料中空间电荷分布进行评估，进而判断该材料的绝缘性能以及该材料是否适合用于制造直流高压电缆绝缘。
本发明用来评估电缆中空间电荷的具体方案是：为电缆施加一定时间的高压直流电压，高压直流电压的大小应由实际情况确定，通过电流采集装置获得电缆绝缘中的电导电流的变化，来判断空间电荷的积累情况。
空间电荷与电导电流的对应关系如下：电导电流迅速下降到某一值后基本维持稳定，则只有极少空间电荷分布在绝缘中；电导电流持续保持下降趋势，则有较多空间电荷分布在绝缘中，并且异极性空间电荷占主导；电导电流保持回升状态，则有较多空间电荷分布在绝缘中，并且同极性空间电荷占主导。
本发明用来评估绝缘材料中空间电荷的具体方案可为：为制成的材料试样施加阶梯电压，步骤如下：
(1)为制成的材料试样在恒定条件下施加第一个阶梯电压U1，持续时间为T1；
(2)时间到达后，电压提升到第二个阶梯电压U2(U2≥U1)，其他条件保持不变，持续时间为T2；
(3)时间到达后，电压提升到第三个阶梯电压U3(U3≥U2)，其他条件保持不变，持续时间为T3。
在完成上述三个步骤后即可通过电流采集装置获得绝缘材料中电导电流的变化，其中阶梯电压U1、U2、U3，以及持续时间T1、T2、T3应按照实际情况进行相关调整。根据空间电荷与电导电流的变化情况可判断绝缘材料中空间电荷的积累情况，进而判断该种材料是否适合用于制造直流高压电缆绝缘。
空间电荷与电导电流的对应关系如下：当电导电流迅速下降到某一值后基本维持稳定，则只有极少空间电荷分布在绝缘中，此种材料适合应用于直流高压电缆绝缘；电导电流持续保持下降趋势，则有较多空间电荷分布在绝缘中，并且异极性空间电荷占主导，此种材料不适合应用于直流高压电缆绝缘；电导电流保持回升状态，则有较多空间电荷分布在绝缘中，并且同极性空间电荷占主导，此种材料不适合应用于直流高压电缆绝缘。
本发明与现有空间电荷测量装置相比具有造价低，设备简单，测量方法简单等优点，并且可以克服当前空间电荷测量装置不能评估运行电缆中空间电荷的缺点。
附图说明
图1是电缆绝缘内或绝缘材料内无或极少空间电荷分布的电导电流变化趋势图，
图2是电缆绝缘内或绝缘材料内无或极少空间电荷情况下的空间电荷分布情况图，
图3是电缆绝缘内或绝缘材料内异极性空间电荷占主导情况下的电导电流变化趋势图，
图4是电缆绝缘内或绝缘材料内异极性空间电荷占主导情况下的空间电荷分布情况图，
图5是电缆绝缘内或绝缘材料内同极性空间电荷占主导情况下的电导电流变化趋势图，
图6是电缆绝缘内或绝缘材料内同极性空间电荷占主导情况下的空间电荷分布情况图。
具体实施
A、B、C是三种相同的绝缘材料，该绝缘材料的额定工作电压U1为2kV，保证其他条件不变，分别对A、B、C三种试样施加大小为3kV(1.5U1)、4kV(2U1)、5kV(2.5U1)的恒定直流电压，电压施加时间为0.5h，通过相应测量装置获得各试样在对应的恒定的直流电场下的电导电流随时间的变化趋势。
获得A试样的电导电流变化趋势如图1情况，电导电流迅速下降到某一值后基本维持稳定，则证明只有极少空间电荷分布在绝缘中，此时对应的A试样中的空间电荷积累情况如图2所示。由此可判断此种材料适合做高压直流电缆绝缘材料。
获得B试样的电导电流变化趋势如图3情况，电导电流持续保持下降趋势，则有较多空间电荷分布在绝缘中，并且异极性空间电荷占主导，此时对应的B试样中的空间电荷积累情况如图4所示。由此可判断此种材料不适合做高压直流电缆绝缘材料。
获得C试样的电导电流变化趋势如图5情况，电导电流保持回升状态，则有较多空间电荷分布在绝缘中，并且同极性空间电荷占主导，此时对应的C试样中的空间电荷积累情况如图6所示。由此可判断此种材料不适合做高压直流电缆绝缘材料。

Claims (2)

1.一种基于电导电流的空间电荷评估方法，可用来评估绝缘材料试样中的空间电荷分布，根据施加直流电压后电导电流随时间的变化趋势判断绝缘材料试样内空间电荷的积累情况以及主导的空间电荷类型，空间电荷与电导电流关联关系如下：电导电流随时间迅速下降到某一值后基本维持稳定，则绝缘材料试样中只有极少空间电荷积累；电导电流随时间保持持续下降趋势，则绝缘材料试样中有较多空间电荷积累，并且异极性空间电荷占主导；电导电流保持回升状态，则绝缘材料试样中有较多空间电荷积累，并且同极性空间电荷占主导，所述的基于电导电流的空间电荷评估方法，其特征在于：为用于绝缘材料试样中空间电荷评估包括以下步骤：
(1)为制成的绝缘材料试样施加升压阶梯电压；
(2)在升压阶梯电压下测量绝缘材料试样中电导电流随时间的变化曲线，并据此评估空间电荷积累情况。
2.根据权利要求1所述的空间电荷评估方法，其特征在于：
为绝缘材料试样施加升压阶梯电压步骤如下：
(1)施加第一个阶梯电压U1，持续时间为T1；
(2)时间到达后，电压提升到第二个阶梯电压U2，U2>U1，其他条件保持不变，持续时间为T2；
(3)时间到达后，电压提升到第三个阶梯电压U3，U3>U2，其他条件保持不变，持续时间为T3；
(4)通过相关采集装置获得绝缘材料试样中电导电流的变化，根据空间电荷与第三个阶梯电压下电导电流的对应变化关系进而判断绝缘材料试样中空间电荷的积累情况。
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