[發(fā)明專利]基于PEA空間電荷測量判斷絕緣老化的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310585205.6
• 申請日: 2013-11-20
• 公開（公告）號: CN103558531A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱文滔;羅向源
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東電網(wǎng)公司佛山供電局
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種絕緣老化診斷技術(shù)，特別涉及一種基于PEA空間電荷測量判斷絕緣老化的方法。

背景技術(shù)

隨著電纜運(yùn)行時間的增長，電氣設(shè)備（如XLPE?電纜等）的主要絕緣會發(fā)生老化。絕緣老化可能會造成絕緣擊穿事故，給生產(chǎn)和人民生活帶來諸多不便，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，電纜的擊穿事故的主要發(fā)生在電纜本體和附件，其中本體是電纜設(shè)備易出現(xiàn)故障的部位。導(dǎo)致電纜事故的原因除了電纜本體受外力破壞外，另一個重要原因是電纜設(shè)備（本體和附件）絕緣材質(zhì)及制造工藝不良，在電場、水分、高溫等環(huán)境因素的影響下絕緣性能嚴(yán)重老化。如不能準(zhǔn)確掌握這些電纜的老化狀態(tài)并采取相應(yīng)措施，就會導(dǎo)致?lián)舸┦鹿剩o社會的生產(chǎn)和居民的生活帶來損失和不便。

無論何種老化原因都會導(dǎo)致電氣設(shè)備主絕緣的材料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，如化學(xué)鍵斷裂，介質(zhì)中微孔增多或長出樹枝狀結(jié)構(gòu)等。這些缺陷使介質(zhì)中陷阱數(shù)目增多，在電場的作用下會引起空間電荷的聚集。這些空間電荷不僅改變聚合物中的電場分布，而且在聚合物擊穿和直流泄漏電流方面也起著重要的作用。空間電荷的產(chǎn)生對電樹枝有強(qiáng)烈的影響，電纜中空間電荷的產(chǎn)生和積聚，會畸變絕緣中的電場分布，加速電樹枝的生長，使材料的絕緣狀態(tài)進(jìn)一步老化。因此，空間電荷的分布和材料的老化程度存在一定的關(guān)系，然而這方面的研究報道還很少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是針對電氣設(shè)備中絕緣老化重要性的問題，提出了一種基于PEA空間電荷測量判斷絕緣老化的方法，實(shí)現(xiàn)對電力電纜絕緣內(nèi)部空間電荷的在線監(jiān)測，根據(jù)測量的空間電荷數(shù)據(jù)對電力電纜絕緣進(jìn)行老化評估。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于PEA空間電荷測量判斷絕緣老化的方法，具體包括如下步驟：

1）建立電聲脈沖法空間電荷測量系統(tǒng)：高壓脈沖源與高壓電容串聯(lián)后接電力電纜兩端的上下鋁電極，同時直流高壓電源通過采樣電阻也接電力電纜上下兩端的上下鋁電極，壓電傳感器緊貼在下鋁電極下表面，壓電傳感器下采用有機(jī)玻璃聲波吸收層對壓電傳感器上壓力波反射進(jìn)行吸收，壓電傳感器輸出電壓信號，此電壓信號經(jīng)過放大后送計算機(jī)；

2）進(jìn)行空間電荷測試：首先高壓電源在電力電纜的絕緣層中形成空間電荷，假設(shè)試樣為均勻介質(zhì)，絕緣層其內(nèi)部空間電荷分布為???????????????????????????????????????????????，為未疊加外施高壓脈沖時試樣內(nèi)部的電場強(qiáng)度，它由兩部分電場強(qiáng)度貢獻(xiàn)，即外施高壓電源電場強(qiáng)度與空間電荷產(chǎn)生的電場強(qiáng)度，電力電纜與下鋁電極界面上的面電荷密度為，電力電纜下表面的電場強(qiáng)度為；電力電纜上鋁電極界面上的面電荷密度為，電力電纜上表面電場強(qiáng)度為，根據(jù)高斯通量定理，有

式中為真空介電常數(shù)，為相對介電常數(shù)；

對電力電纜加高壓脈沖，在電力電纜上形成總的壓力波P(t)，P(t)由三部分組成：P₀(t)為上鋁電極電荷形成的壓力波；P₁(t)為下鋁電極電荷形成的壓力波；P₂(t)為電力電纜絕緣層中空間電荷形成的壓力波，通過壓電傳感器檢測可得電壓信號V_s：

式中：q(t)為壓電傳感器的壓電薄膜形成的電荷，C_s為壓電傳感器的等值電容，d_ss為壓電傳感器的壓電薄膜厚度方向的壓電應(yīng)變常數(shù)，代表了在壓電薄膜厚度方向上施加1Pa?壓強(qiáng)單位面積產(chǎn)生的電荷；g_ss為壓電薄膜厚度方向的壓電應(yīng)力常數(shù)，代表了在壓電薄膜厚度方向上施加1Pa?壓強(qiáng)所產(chǎn)生的電場強(qiáng)度；d_s為壓電薄膜的厚度，ε₀為真空介電常數(shù)，ε_r為相對介電常數(shù)；