[發明專利]測量高壓直流XLPE電纜冷熱循環下空間電荷特性的方法

無效

• 申請號: 201310241422.3
• 申請日: 2013-06-18
• 公開（公告）號: CN103412244A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 顧金;尹毅;吳建東;王遜峰;錢忠
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;上海市電力公司
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12;G01R29/24
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所(普通合伙) 31230
• 代理人: 蔡海淳

技術領域

本發明屬于測量領域，尤其涉及一種用于同軸高壓直流塑料電纜性能/特性的測量方法。

背景技術

高壓直流輸電在遠距離大功率輸電、海底電纜送電、兩個電網間的非同步互聯等方面比高壓交流輸電具有更大的優勢。

然而，常規高壓直流輸電也存在著一些缺點，如受端必須有旋轉電機，有換相失敗的危險，難以應用到小功率的場合等。

柔性高壓直流輸電（HVDC?light，high-voltage?direct?current?light）技術正是從根本上克服這些缺點而逐漸發展起來的新型輸電技術。

柔性高壓直流輸電線路采用高壓直流交聯聚乙烯（XLPE）電纜（業內亦簡稱為高壓直流塑料電纜），其具有體積小、強度高、重量輕、傳輸容量大、絕緣水平優越、環保和敷設容易等優點。

當直流電壓施加在固體聚合物絕緣層上時，絕緣層中會建立空間電荷分布，而空間電荷不僅畸變電場分布，而且和絕緣介質的電老化密切相關。

空間電荷問題是研制高壓直流XLPE電纜絕緣的難點之一。

交聯聚乙烯塑料作為高壓直流電纜的絕緣時，絕緣層中存在大量的局域態，在電場作用下，電荷載流子被局域態俘獲，形成絕緣內部空間電荷集聚。

空間電荷對絕緣材料介電強度的影響主要體現在電場畸變效應和非電場畸變效應兩個方面，這兩種影響都會對聚合物的絕緣造成一定的危害，所以研制高壓直流XLPE電纜的關鍵問題是抑制絕緣材料中的空間電荷，而作為研究基礎的高壓直流XLPE電纜的空間電荷的測試和分析技術的研究，顯得尤其重要。

因而，研發高壓直流XLPE電纜，就必須研究其絕緣層的空間電荷特性。

對于空間電荷的測量，國內外絕緣電介質領域普遍采用電聲脈沖法（PEA，pulsed?electro-acoustic），其業已成為一項比較成熟的技術。

然而，由于電聲脈沖法測試裝置分辨率的限制，傳統的研究都只是針對平板薄試樣進行評估的。采用平板薄試樣，只能測量某一特定半徑的電纜絕緣層。如果絕緣層半徑與下電極半徑相差過大，界面處會接觸不良，且電力電纜同軸型的結構使得聲波在絕緣層中傳播時與片狀試樣有較大的差別，超聲信號在下電極和電纜絕緣層之間發生多次的折反射，導致信號的畸變，給數據處理和分析帶來誤差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種測量高壓直流XLPE電纜冷熱循環下空間電荷特性的方法。其采用小尺徑的模擬電纜作為研究對象，能準確測量模擬小電纜絕緣層的空間電荷分布情況，真實地反映電纜絕緣層中的空間電荷分布狀況，從而有助于評價實際大小電纜絕緣層的空間電荷特性。

本發明的技術方案是：提供一種測量高壓直流XLPE電纜冷熱循環下空間電荷特性的方法，包括采用電聲脈沖法，實時測量24h負荷冷熱循環周期中各時間點處電纜的空間電荷分布；其特征是：

A、確定電纜絕緣層需要的絕緣配方材料；

B、對每一種確定或需要的絕緣配方材料，制備兩根相同的模擬小電纜；

C、設置兩組串心變壓器，兩組串心變壓器的原邊線圈分別經過一個調壓器與電源連接；

D、將兩根模擬小電纜的兩端分別對應短接，構成閉環回路；其中，第一模擬小電纜充當第一組串心變壓器的副邊線圈，其導體層/電纜線芯與溫度顯示儀的輸入端連接；第二模擬小電纜充當第二組串心變壓器的副邊線圈，其導體層/電纜線芯與脈沖源連接；

E、在第二模擬小電纜上設置待測部位，在待測部位上設置空間電荷測試單元，所述的空間電荷測試單元與示波器和計算機連接；

F、通過對第二模擬小電纜的導體層/電纜線芯施加+20kV的直流電壓，使其電纜絕緣層的平均電場強度達到15kV/mm；

G、通過控制第一、第二組串心變壓器電源的通/斷，分別對第一、第二模擬小電纜的閉環電纜回路同時進行感應加熱；當所述第一、第二模擬小電纜在規定的升溫過程時間內逐漸升溫至90℃后，按照24h負荷冷熱循環周期所規定的時間，維持所需的高溫時間，然后在指定的冷卻過程時間內降至常溫/室溫，并維持所需的常溫/室溫時間；

H、通過空間電荷測試單元得到采用該種絕緣配方材料的模擬小電纜在不同冷熱循環周期階段的空間電荷分布值；

I、采用平均電荷密度指標來評價各組采用不同絕緣配方材料的模擬小電纜在24h負荷冷熱循環周期內的空間電荷積聚情況；

J、得到不同絕緣材料所構成的各組模擬小電纜在24h負荷冷熱循環周期中的空間電荷特性；

K、對各組模擬小電纜在24h負荷冷熱循環周期中的空間電荷特性進行比較、分析和評判。