[發明專利]一種基于核磁共振的交聯聚乙烯電纜老化程度評估方法

有效

• 申請號: 201210502477.0
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN102998323A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 楊帆;高兵;鐘杰;郭杏葉;冉為
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N24/08
• 分類號: G01N24/08
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅

技術領域

本發明涉及一種基于核磁共振原理來對交聯聚乙烯電纜老化程度進行評估的方法，具體涉及到交聯聚乙烯電纜微觀性能與其老化程度的關系。

背景技術

交聯聚乙烯（XLPE）電纜是電力輸變電中非常重要的設備，它對電力負荷安全、穩定傳輸有著瓶頸式的制約作用，XLPE電纜的設計壽命大約為30年，國內一些電力公司早期投入使用的電纜已經接近使用年限，電纜由于施工不規范、以及天氣與人為原因，造成電纜運行環境惡化，例如，電纜的堆積、積水、淤泥、垃圾的填充等。研究表明電纜隧道內運行環境的變化，會導致電纜的溫度升高，電纜的老化程度加劇。除了影響電纜自身的壽命之外，還會引起對電網運行穩定性的影響。由于電纜運行環境遭到破壞以及電纜的重疊，使得很多電纜的散熱通道得到破壞，從而電纜在運行時容易產生局部過熱等故障，包括：局部過熱、絕緣受潮與老化以及不規范施工導致的機械損傷。

由于運行環境惡劣，很多城市的地下電纜為了確保電纜的安全運行，都在低負荷狀態運行，電纜的利用效率低，運行成本高。為了提高電纜運行的經濟型及供電可靠性，國家電網已經開始進行資產全壽命評估。因此在保證電纜的安全運行的前提下，提高電纜的運行效率與利用率，降低電纜的運行成本是電力公司目前亟需解決的問題。

目前的熱老化壽命評估方法諸如常規法、差示掃描量熱法（DSC）、Weibull分布模型法等方法。但常規法和Weibull分布模型法只是考慮絕緣材料的某一種性能參數的改變情況，與實際情況有一定的差異。DSC方法無法從理論上建立該法所提供的信息和材料功能性失效之間的關系。特別是由于交聯聚乙烯電纜鋪設以及運行環境的復雜性，在實際運行中會受到電、熱、化學以及水等因素的影響，導致其老化，目前主要從宏觀角度，根據交聯聚乙烯某一種性能的變化來評估其運行狀態以及使用壽命，不能全面考慮其老化因素帶來的影響，導致評估結果與實際情況有一定的差異。

發明內容

本發明的目的是克服根據某一宏觀參數來評估交聯聚乙烯電纜老化程度存在的不足，提供一種根據絕緣材料的微觀分子結構評估交聯聚乙烯電纜老化程度的方法。絕緣材料發生老化時，其分子結構或聚合物序列會改變，從而引起材料微觀結構發生改變，其正常情況下分子結構圖如圖1所示，由于交聯聚乙烯的主要組成是C-H鍵，當發生老化時，分子結構就會發生改變。而核磁共振作為一種檢測物質微觀結構的方法，對高分子材料的化學組成及同種組成中不同的結構序列都能較好的區分，所以本發明基于核磁共振原理提供一種可以從微觀角度來表征交聯聚乙烯老化情況，便于評估交聯聚乙烯電纜的老化狀態。

核磁共振譜的特征（如譜線的寬度、形狀及面積）可以表征原子核的性質和所處的環境，并確定分子結構。對樣品進行核磁共振分析并反演后，我們可以得到化學位移（弛豫時間）、峰面積等參數，可以利用它們來確定分子結構的變化。絕緣材料在老化過程中由于大分子降解、劣化等，材料分子結構會發生改變，首先通過核磁共振分析儀測試絕緣材料正常情況下的分子結構情況，并且測試絕緣材料在老化過程中的分子結構情況，可以得到交聯聚乙烯的老化程度與其微觀性能的關系，可以更加精確的評估其老化程度。

本發明采用的技術方案是，一種基于核磁共振的交聯聚乙烯電纜老化程度評估方法，包括以下步驟：

1）利用核磁共振獲取正常交聯聚乙烯電纜的分子結構

取正常交聯聚乙烯電纜的絕緣層材料，沿著絕緣層軸向方向取樣，并切成大小均勻的顆粒，稱取1.2克作為正常樣品，利用核磁共振分析儀對正常樣品進行分析，獲取正常交聯聚乙烯電纜的峰面積SP₀以及縱向弛豫時間RTL₀；核磁共振分析儀參數設置如下：中心頻率為22MHz，偏移頻率為584.347825?KHz，脈沖序列重復時間為2000us,重復采樣次數為16。

2）對正常交聯聚乙烯電纜進行老化試驗并取樣

取正常交聯聚乙烯電纜，切成若干段短電纜，每段短電纜長15～20厘米，利用空氣熱老化箱在90℃、110℃以及130℃三個溫度下，對短電纜進行老化試驗，每個溫度下取樣7次，每次取樣的時間間隔呈等比關系；將老化試驗后的短電纜分別沿著絕緣層軸向方向取樣，并切成大小均勻的顆粒，稱取1.2克作為老化樣品。

3）對老化交聯聚乙烯電纜特征量進行核磁共振分析