CN114594350A - 电力电缆外注入下绝缘修复的模拟试验装置及其用于绝缘修复评估的方法 - Google Patents

电力电缆外注入下绝缘修复的模拟试验装置及其用于绝缘修复评估的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电力电缆外注入下绝缘修复的模拟试验装置，属于电力电缆生产工业、电力电缆运行维护领域，包括修复液注入及加压单元、装置固定单元、实时评估检测单元；本装置可充分模拟实际电缆中不同修复材料对水树枝修复、电树枝抑制的过程，进一步明确出不同材料的修复效果，本装置进行电缆样品修复液注入的原理与实际工程中完整电缆的修复液注入原理类似，可模拟实际电缆注入修复液的修复过程，同时可观察水树、电树的生长情况以及修复液的修复效果。本发明装置结构新颖，无需依赖复杂部件，对电缆材料的试验需求量低，解决现有电缆外注入修复工艺下试验模拟、实时测试表征的问题，具有较高的工程研究价值，助力于提高电缆工业的经济价值。

Description

电力电缆外注入下绝缘修复的模拟试验装置及其用于绝缘修 复评估的方法
技术领域
本发明属于电力电缆生产工业、电力电缆运行维护领域，涉及一种电力电缆外注入下绝缘修复的模拟试验装置及其用于绝缘修复评估的方法。
背景技术
随着全球经济的迅猛发展，交联聚乙烯(XLPE)电力电缆因其可靠的电气、机械性能，已经在我国得到广泛应用。但由于早期投入使用的电缆在生产制造、安装运维方面存在较多缺陷，这些缺陷往往会导致电缆内部水树和电树的产生。交联聚乙烯电力电缆长期运行在高温多湿的环境下，在水分与电场长期作用下将形成不同程度的水树，随着水树生长到一定程度极易形成电树并导致绝缘击穿。但若将早期埋入的电缆进行大规模的更换，将会产生巨大的工程量和巨额的费用。因此，能够直接对电缆有缺陷的地方进行修复，延长电缆使用寿命，具有十分重要的意义。
即使将早期投入使用的交联聚乙烯电缆更换成最新的抗水树电缆，能在一段相对更长的时间内抑制水树的产生，但是随着运行年限的增加，其抗水性能减弱，水树的产生与发展在所难免。因此，推进电缆修复技术的研究是解决电缆绝缘劣化的最佳方法。
目前，针对电缆修复的研究实验基本以对不同电缆段注入修复液再对比的方法为主。但在实验室环境下，对某单个缺陷进行针对性修复研究时，若使用较长电缆段作为实验样品，不仅会浪费电缆材料，也会浪费修复液。并且因制备工艺的差异无法保证不同电缆段间隙体积完全相同，这时将会影响实验结果。同时，目前针对电缆在线修复的研究主要集中在修复液停电注入后的参数带电测量，而忽略了对电缆在带电状态下修复效果的研究，因此，研究一种电力电缆外注入下绝缘修复的在线模拟试验装置，并将其用于绝缘修复实时评估的方法，为电缆修复基料的研制、实验模拟、性能评估提供方法，具有较高的工程研究意义，可助力于延长电缆寿命创造出更高的社会经济价值。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种弥补现有研究的不足而提供的一种电力电缆外注入下绝缘修复的模拟试验装置及其用于绝缘修复评估的方法，其特点在于不仅可以模拟制备电缆的水树、电树缺陷，同时可以实现电缆老化样品在线修复，并能实时评估修复液的修复效果，为修复液对电缆水树修复及电树抑制的研发提供了技术支持，获得更准确的修复液离线、在线修复效果以及修复中电缆各性能参数指标。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种电力电缆外注入下绝缘修复的模拟试验装置，包括修复液注入及加压单元、装置固定单元、实时评估检测单元；
所述修复液注入及加压单元包括用于存储修复液的修复液储存罐和充气泵，在所述修复液储存罐上方设有进出气口、阀门和压力传感器；在所述修复液储存罐正下方设有通孔，连接有液体流出管道，所述液体流出管道底部设有金属凸起，用于固定电缆样品；所述充气泵连接进出气口，通过阀门和压力传感器调节修复液储存罐内的压力大小；
所述装置固定单元包括连接在所述修复液储存罐底部两侧的立柱，以及穿过所述立柱的横向支架，所述横向支架中心设有螺纹孔；还包括螺杆，所述螺杆穿过横向支架的螺纹孔，在所述螺杆上端固定有底座，所述底座上方连接有一个环形金属板，在所述环形金属板上方设有圆形透明板，用于放置电缆样品，在所述电缆样品上方还设有环形透明板，用于与液体流出管道接触；
所述实时评估检测单元包括设置在底座与环形金属板之间的显微镜，所述显微镜连接电脑，用于观察圆形透明板上的电缆样品，实时跟踪和评估修复液对老化电缆的修复效果。
进一步，所述实时评估检测单元还包括测量仪表外接口，用于接入绝缘电阻测量表和介损仪，测量修复过程中电缆的电气性能参数。
进一步，所述修复液储存罐底部设有密封圈，在圆形透明板上还设有固定装置和螺母，用于通过旋转螺母，固定电缆样品，所述固定装置底部设有橡胶环。
进一步，所述底座上与电缆样品接触的面附有化学性质不活泼的材料，所述固定装置上也设有化学性质不活泼的材料。
进一步，所述电缆样品中插有针电极，通过导线连接电源，所述液体流出管道的金属凸起作为金属接地端。
另一方面，本发明提供一种电力电缆外注入下绝缘修复的模拟试验方法，包括以下步骤：
S1：将去除缆芯和外绝缘的电缆薄片作为电缆样品，所述电缆样品中间留有圆形孔洞，将电缆样品放置于圆形透明板和环形透明板之间，利用罐体底部液体流出管道的金属凸起固定位置；
S2：旋转螺杆，调整底座的高度直至环形透明板与罐体底部的密封圈紧密连接，旋转固定装置的螺母使电缆样品固定在罐子底部；
S3：配置修复液，将修复液注入修复液储存罐中，然后密封修复液储存罐，使修复液通过修复液储存罐下方的液体流出管道与电缆样品接触；
S4：通过进出气口与充气泵连接，向修复液储存罐内部加压并通过压力传感器观察压力大小，达到需要的压力值时关闭阀门，利用电缆样品内外压力差使修复液由内至外渗透进电缆样品内部并扩散，对电缆样品内部缺陷进行修复。
进一步，在修复前，先对未注入修复液的完整电缆样品进行红外检测，在修复完成后再次对电缆样品进行红外检测，从而进行修复前后对比。
进一步，在步骤S2中，还包括：在电缆样品上插入针电极，通过连接导线将电源高电极与所述针电极相连，电缆样品与金属凸起接触，接地作为低压端；然后进行电缆样品的电树和水树缺陷的模拟制备；
其中所述电树缺陷的模拟制备为：加压并打开电源，通电使电缆样品处于带电状态，通过显微镜跟踪观察样品中电树的生长过程，完成缺陷模拟制备后断开电源；
所述水树缺陷的模拟制备为：向修复液储存罐中注入水后加压并打开电源，通电使电缆样品处于带电状态，通过显微镜跟踪观察样品中水树的生长过程，完成缺陷模拟制备后断开电源。
进一步，在步骤S3中，根据拟研究的电缆水树电树现象来配制相关修复液，在步骤S4中，还通过显微镜观察老化电缆中水树的修复效果，并通过外接口接入绝缘电阻表和介损仪测量相关电气参数。
进一步，在步骤S4后，还包括：修复实验完成后，关闭电源确保设备安全放电后打开阀门，倒出修复液再取下样品，将样品进行红外检测及XDR测试并将所有试验数据传入试验数据管理平台进行后续分析，所述分析包括：对比不同压力下修复液的扩散速度，探讨不同修复液对修复效果的影响，获得更优的修复技术参数。
本发明的有益效果在于：
1、本发明可用于实验室环境下电缆样品的缺陷制备并实时观察水树和电树的生长情况，同时本发明可以模拟实验室环境下电缆样品的离线修复过程，方便观察不同修复液的离线修复效果；
2、本发明实现了在实验室环境下带电电缆的水树修复及电树抑制，模拟了实际工程中电缆在线状态下修复液从缆芯注入，由内向外扩散至绝缘层进行修复的过程，方便观察不同修复液的在线修复效果；
3、本发明采用的样品为电缆薄片，节约材料且方便观察，可实时评估电缆修复效果并测量电缆电气参数；
4、本发明中实验为电缆薄片自身前后对比，避免了不同电缆样品制作差异造成的实验误差。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明的完整在线修复模拟实验装置结构示意图；
图2为本发明的修复液注入及加压单元结构示意图；
图3为本发明中实验室环境下的电缆样品与针电极结构示意图。
修复液储存罐1，进出气口2，阀门3，压力传感器4，环形透明板5，圆形透明板6，环形金属板7，底座8，横向支架9，立柱10，液体流出管道11，金属凸起12，密封圈13，显微镜14，电缆样品15，针电极16，电源17，导线18，电脑19。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例1：
请参阅图1～图3，为本发明的一种电力电缆外注入下绝缘修复的模拟试验装置，包括修复液注入及加压单元、装置固定单元、实时评估检测单元；
修复液注入及加压单元包括用于存储修复液的修复液储存罐1和充气泵，在修复液储存罐1盖子上设有螺丝和螺母且内侧设有橡胶环保证容器的密封性，还设有进出气口2、阀门3和压力传感器4来控制罐体内部压力的大小，使电缆样品15内部的气压和外部大气压形成一个压力差，实现所述修复液在电缆样品里的扩散。本实施例中，修复液储存罐1为经过防腐处理的碳钢材质，罐内设置有制备好的修复试剂，在修复液储存罐1正下方设有通孔，连接有液体流出管道11，液体流出管道11底部设有金属凸起12，用于固定电缆样品15，在本实施例中，有四个金属凸起12。充气泵连接进出气口2，通过阀门3和压力传感器4调节修复液储存罐1内的压力大小；充气泵可采用注入气压的方法构建内外正压力差，也可通过将外部抽空的方式形成内外负压力差，压力将作用于修复液，进一步将修复耶压入绝缘层中。
装置固定单元包括连接在修复液储存罐1底部两侧的立柱10，以及穿过立柱10的横向支架9，横向支架9中心设有螺纹孔；还包括螺杆，螺杆穿过横向支架9的螺纹孔，在螺杆上端固定有底座8，底座8上方连接有一个环形金属板7，在环形金属板7上方设有圆形透明板6，用于放置电缆样品15，阻止修复液继续往下渗漏；在电缆样品15上方还设有环形透明板5，用于与液体流出管道11接触，方便在修复液和流向电缆样品15的同时射入光线，再从圆形透明板6处向显微镜14射出；通过调节底座8的高度保证环形透明板5与电缆样品15紧密连接。本实施例中，环形透明板5和圆形透明板6都采用亚克力材质。
实时评估检测单元包括设置在底座8与环形金属板7之间的显微镜14，显微镜14连接电脑19，电脑19内预装有试验数据管理平台，可以通过显微镜观察圆形透明板6上的电缆样品15，实时跟踪和评估修复液对老化电缆的修复效果，并将试验数据进行保存查看和分析处理。可选地，实时评估检测单元还包括测量仪表外接口，用于接入绝缘电阻测量表和介损仪，测量修复过程中电缆样品15的电气性能参数。
可选地，修复液储存罐1底部设有密封圈13，在圆形透明板6上还设有固定装置和螺母，用于通过旋转螺母，固定电缆样品，固定装置底部设有橡胶环。电缆样品15可直接取用实际电缆材料，基于环切的方式获取薄层，进一步安装至固定装置中。
可选地，底座8上与电缆样品15接触的面附有化学性质不活泼的材料，固定装置上也设有化学性质不活泼的材料。
可选地，如图3所示，电缆样品15中插有针电极16，通过导线18连接电源17，液体流出管道11的金属凸起12作为金属接地端，电源17还为电脑19供电。
对于上述装置，不仅可以模拟电缆离线修复，还可以充分模拟实际电缆运行中的在线修复过程，实时评估电缆的离线或在线修复效果并测量相关状态特征量。
实施例2：
利用实施例1的模拟实验装置，模拟修复液在完整电缆样品中的扩散过程，模拟实验方法如下：
(1)将未注入修复液的完整电缆样品15进行红外检测，以便后续比对。
(2)将图3中厚度为0.4mm电缆样品15薄片放置于环形透明板5和圆形透明板6之间，利用罐体底部液体流出管道11的金属凸起12固定位置，旋转螺杆，调整底座8的高度直至透环形透明板5与修复液储存罐底部的密封圈13紧密连接，旋转固定装置的螺母使电缆样品15牢固的固定在修复液储存罐底部。
(3)配置好硅氧烷修复液后，打开修复液储存罐1上的盖子，将硅氧烷修复液注入修复液储存罐1，然后将盖子盖上，拧紧盖子上的螺丝螺母，使修复液储存罐处于封闭状态。
(4)将进出气口2用连接管与充气泵连接，打开阀门3，再打开充气泵向修复液储存罐内施加气压，通过压力传感器4将罐内气压保持在0.1mpa，关闭阀门3再关闭充气阀。
(5)静置装置24小时，打开阀门3并将盖子打开，倒出修复液再取下电缆样品15，将电缆样品进行红外检测。
实施例3：
一种利用实施例1的模拟实验装置，模拟在实际情况中电缆离线时将修复液从缆芯处注入使其由内向外扩散至绝缘层进行带电修复的过程，模拟实验方法如下：
(1)将图3中厚度为0.4mm电缆样品15薄片放置于环形透明板5和圆形透明板6之间，利用修复液储存罐1底部液体流出管道11的金属凸起12固定位置，调整底座8的高度直至环形透明板5与修复液储存罐1底部的密封圈13紧密连接，旋转固定装置的螺母使电缆样品15牢固的固定在修复液储存罐1底部。
(2)电缆样品15上插有针电极16，通过连接导线18将电源高电极与针电极16相连；电缆样品15薄片内部和液体流出管道11的金属凸起12紧密接触，直接接地做低压端，即外壳可靠接地，为试验安全运行提供条件，向罐内注入定量水后通电使电缆样品15处于加压状态，进行电缆样品15中水树缺陷的模拟制备，通过显微镜14跟踪观察电缆样品15中水树的生长过程，完成缺陷模拟制备后断开电源17；
(3)配置好硅氧烷修复液后，打开修复液储存罐1上的盖子，将硅氧烷修复液注入修复液储存罐1，然后将盖子盖上，拧紧盖子上的螺丝螺母，使修复液储存罐1处于封闭状态。
(4)将进出气口2用连接管与充气泵连接，打开阀门3，再打开充气泵向罐体内施加气压，通过压力传感器4将罐内气压保持在0.1mpa，关闭阀门3再关闭充气阀。
(5)静置装置，用光源从环形透明板5处打光便于下方显微镜14对电缆样品15内部观察，通过电脑19观察老化电缆中水树的修复效果，并通过外接口接入绝缘电阻表和介损仪测量相关电气参数。
(6)修复实验完成后，打开阀门3并将盖子打开，倒出修复液再取下样品，将样品切片后进行红外检测及XDR测试并进行后续分析。
实施例4：
一种模拟老化电缆在线状态下修复液的修复过程，模拟实验方法与实施例3基本相同，不同之处在于：
步骤(2)中，电缆样品15上插有针电极16，通过连接导线18将电源17和刺针电极16相连；电缆样品15薄片内部和液体流出管道11的金属凸起12紧密接触，直接接地做低压端，通电使电缆样品15处于加压状态，进行电缆样品15中电树缺陷的模拟制备，通过显微镜14跟踪观察样品中电树的生长过程，完成缺陷模拟制备后断开电源。
步骤(5)中，保证接地的情况下通过导线将针电极16与电源连接，使电缆样品15通电模拟实际电缆在线修复过程，静置装置，用光源从环形透明板5处打光便于下方显微镜14对电缆样品15内部观察，通过电脑观察老化电缆中电树的修复效果，并通过外接口接入绝缘电阻表和介损仪测量相关电气参数，并将数据传入电脑19中的试验数据管理平台。
步骤(6)中，修复实验完成后，关闭电源17确保设备安全放电后打开阀门3并将盖子打开，倒出修复液再取下电缆样品15，将电缆样品15进行红外检测及XDR测试并进行后续分析。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种电力电缆外注入下绝缘修复的模拟试验装置，其特征在于：包括修复液注入及加压单元、装置固定单元、实时评估检测单元；
所述修复液注入及加压单元包括用于存储修复液的修复液储存罐和充气泵，在所述修复液储存罐上方设有进出气口、阀门和压力传感器；在所述修复液储存罐正下方设有通孔，连接有液体流出管道，所述液体流出管道底部设有金属凸起，用于固定电缆样品；所述充气泵连接进出气口，通过阀门和压力传感器调节修复液储存罐内的压力大小；
所述装置固定单元包括连接在所述修复液储存罐底部两侧的立柱，以及穿过所述立柱的横向支架，所述横向支架中心设有螺纹孔；还包括螺杆，所述螺杆穿过横向支架的螺纹孔，在所述螺杆上端固定有底座，所述底座上方连接有一个环形金属板，在所述环形金属板上方设有圆形透明板，用于放置电缆样品，在所述电缆样品上方还设有环形透明板，用于与液体流出管道接触；
所述实时评估检测单元包括设置在底座与环形金属板之间的显微镜，所述显微镜连接电脑，用于观察圆形透明板上的电缆样品，实时跟踪和评估修复液对老化电缆的修复效果。
2.根据权利要求1所述的电力电缆外注入下绝缘修复的模拟试验装置，其特征在于：所述实时评估检测单元还包括测量仪表外接口，用于接入绝缘电阻测量表和介损仪，测量修复过程中电缆的电气性能参数。
3.根据权利要求1所述的电力电缆外注入下绝缘修复的模拟试验装置，其特征在于：所述修复液储存罐底部设有密封圈，在圆形透明板上还设有固定装置和螺母，用于通过旋转螺母，固定电缆样品，所述固定装置底部设有橡胶环。
4.根据权利要求1所述的电力电缆外注入下绝缘修复的模拟试验装置，其特征在于：所述底座上与电缆样品接触的面附有化学性质不活泼的材料，所述固定装置上也设有化学性质不活泼的材料。
5.根据权利要求1所述的电力电缆外注入下绝缘修复的模拟试验装置，其特征在于：所述电缆样品中插有针电极，通过导线连接电源，所述液体流出管道的金属凸起作为金属接地端。
6.一种基于权利要求1-5任一所述模拟试验装置的电力电缆外注入下绝缘修复的模拟试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将去除缆芯和外绝缘的电缆薄片作为电缆样品，所述电缆样品中间留有圆形孔洞，将电缆样品放置于圆形透明板和环形透明板之间，利用罐体底部液体流出管道的金属凸起固定位置；
S2：旋转螺杆，调整底座的高度直至环形透明板与罐体底部的密封圈紧密连接，旋转固定装置的螺母使电缆样品固定在罐子底部；
S3：配置修复液，将修复液注入修复液储存罐中，然后密封修复液储存罐，使修复液通过修复液储存罐下方的液体流出管道与电缆样品接触；
S4：通过进出气口与充气泵连接，向修复液储存罐内部加压并通过压力传感器观察压力大小，达到需要的压力值时关闭阀门，利用电缆样品内外压力差使修复液由内至外渗透进电缆样品内部并扩散，对电缆样品内部缺陷进行修复。
7.根据权利要求6所述的电力电缆外注入下绝缘修复的模拟试验方法，其特征在于：在修复前，先对未注入修复液的完整电缆样品进行红外检测，在修复完成后再次对电缆样品进行红外检测，从而进行修复前后对比。
8.根据权利要求6所述的电力电缆外注入下绝缘修复的模拟试验方法，其特征在于：在步骤S2中，还包括：在电缆样品上插入针电极，通过连接导线将电源高电极与所述针电极相连，电缆样品与金属凸起接触，接地作为低压端；然后进行电缆样品的电树和水树缺陷的模拟制备；
其中所述电树缺陷的模拟制备为：加压并打开电源，通电使电缆样品处于带电状态，通过显微镜跟踪观察样品中电树的生长过程，完成缺陷模拟制备后断开电源；
所述水树缺陷的模拟制备为：向修复液储存罐中注入水后加压并打开电源，通电使电缆样品处于带电状态，通过显微镜跟踪观察样品中水树的生长过程，完成缺陷模拟制备后断开电源。
9.根据权利要求6所述的电力电缆外注入下绝缘修复的模拟试验方法，其特征在于：在步骤S3中，根据拟研究的电缆水树电树现象来配制相关修复液，在步骤S4中，还通过显微镜观察老化电缆中水树的修复效果，并通过外接口接入绝缘电阻表和介损仪测量相关电气参数。
10.根据权利要求6所述的电力电缆外注入下绝缘修复的模拟试验方法，其特征在于：在步骤S4后，还包括：修复实验完成后，关闭电源确保设备安全放电后打开阀门，倒出修复液再取下样品，将样品进行红外检测及XDR测试并将所有试验数据传入试验数据管理平台进行后续分析，所述分析包括：对比不同压力下修复液的扩散速度，探讨不同修复液对修复效果的影响，获得更优的修复技术参数。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115333010A (zh) * 2022-09-01 2022-11-11 广东电网有限责任公司广州供电局 一种电缆修复材料注入装置及其安装和使用方法

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