[發明專利]一種沖擊負荷下套管內絕緣受潮實驗的方法

有效

• 申請號: 201710739116.0
• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN107576894B
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 周利軍;劉偉迪;王東陽;郭蕾;陳雪驕
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12;G01R31/00
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張輝

1.一種沖擊負荷下套管內絕緣受潮實驗的方法，其特征在于包括以下步驟：

第一步：搭建實驗平臺

搭建沖擊負荷下受潮套管內絕緣頻域介電譜實驗平臺，由電容芯子(8)、電傳動系統、介電譜測試系統、水分分布測試系統、溫度控制系統組成，電容芯子(8)銅管(1)整體貫穿第一絕緣隔板(7a)、第二絕緣隔板(7b)，第一絕緣隔板(7a)、第二絕緣隔板(7b)與絕緣油箱側壁等高等寬，以便固定電容芯子(8)，銅管(1)與第一絕緣隔板(7a)、第二絕緣隔板(7b)卡口處安裝尼龍材料軸承，保證銅管(1)能夠自由轉動，銅管(1)外層包繞的絕緣紙被第一絕緣隔板(7a)、第二絕緣隔板(7b)分為三部分：第一部分絕緣紙(2a)、第二部分絕緣紙(2b)、第三部分絕緣紙(2c)，其中第二部分絕緣紙(2b)各層絕緣紙間有鋁箔電容屏(3)覆蓋，第一絕緣隔板(7a)、第二絕緣隔板(7b)安裝位置在第二部分絕緣紙(2b)最內層鋁箔電容屏(3)兩端，第一部分絕緣紙(2a)、第三部分絕緣紙(2c)層間無鋁箔覆蓋；電容芯子(8)銅管(1)兩端分別架設第一支架(4a)、第二支架(4b)支撐，第一支架(4a)、第二支架(4b)與銅管(1)固定處加裝尼龍材料軸承，使電容芯子(8)能夠自由轉動，第一支架(4a)、第二支架(4b)底部固定在絕緣油箱(10)箱底；電傳動系統包括電動機(12)和傳動桿(9)，電動機(12)通過傳動桿(9)與銅管(1)端部相連，傳動桿(9)通過絕緣油箱(10)側壁直徑為24mm的通孔穿過油箱，通孔周圍安裝密封墊防止漏油，銅管(1)端部打磨直徑為36mm的內螺紋，傳動桿(9)連接處打磨直徑為36mm的外螺紋，銅管(1)與傳動桿(9)擰緊固定，緊固后電動機(12)帶動電容芯子(8)轉動，加速其絕緣紙受潮，終端機(15)與電動機(12)信號接收端相連，發送控制信號，調節電動機(12)轉速；絕緣油箱(10)填充40#絕緣油(11)，絕緣油(11)液面與銅管(1)下端齊平；介電譜測測試系統的介電譜測試儀(13)3個測試端分別接至第一測量端子(5a)、第二測量端子(5b)、第三測量端子(5c)，高壓端接至銅管(1)，介電譜測試儀(13)通訊命令接收端與終端機(15)命令發送端相連，由終端機(15)發送命令，分別對第一部分絕緣紙(2a)、第二部分絕緣紙(2b)、第三部分絕緣紙(2c)施加高壓，進行介電譜測試，介電譜測試儀(13)測試數據通過數據線上傳至終端機(15)；水分分布測試系統包括沖擊電流發生裝置(14)、微水傳感器(6)、終端機(15)，第一部分絕緣紙(2a)、第二部分絕緣紙(2b)、第三部分絕緣紙(2c)徑向均勻布置微水傳感器(6)，測量絕緣紙水分徑向分布，數據無線發送至終端機(15)，輸出電流幅值、頻率、持續時間可調的沖擊電流發生裝置(14)輸出端加在電容芯子(8)銅管(1)兩端，保證第一部分絕緣紙(2a)、第二部分絕緣紙(2b)、第三部分絕緣紙(2c)沖擊負荷一致性；溫度控制系統由電熱絲(17)、冷凝管(19)與溫度控制器(16)連接而成；

第二步：開啟加速受潮裝置，對套管進行受潮處理

開啟電動機(12)，使電動機(12)通過傳動桿(9)帶動電容芯子(8)轉動，微水傳感器(6)實時監測電容芯子(8)的水分分布，上傳至終端機(15)，監測到電容芯子(8)的受潮狀態達到預期則關閉電動機(12)；

第三步：施加沖擊性負荷，記錄受潮狀態

開啟沖擊電流發生裝置(14)，對達到預期受潮狀態的電容芯子(8)施加沖擊性負荷，微水傳感器(6)記錄此時電容芯子(8)的水分分布，數據上傳至終端機(15)；

第四步：設置參考溫度T₁

設置參考溫度T₁，測試環境溫度T，參考溫度T₁和環境溫度T均為熱力學溫度，單位為K；

第五步：測試參考溫度T₁下1Hz～1kHz的介電譜

比較參考溫度T₁與環境溫度T，若環境溫度T小于參考溫度T₁，溫度控制器(16)自動開啟，控制電熱絲(17)對絕緣油(11)加熱，第一溫度傳感器(18a)、第二溫度傳感器(18b)監測油溫，返回至溫度控制器(16)，溫度控制器(16)監測到絕緣油(11)溫度達到T₁后，開啟介電譜測試儀(13)依次測試電容芯子(8)的第一部分絕緣紙(2a)、第二部分絕緣紙(2b)、第三部分絕緣紙(2c)在T₁溫度下1Hz～1kHz的頻域譜；

若環境溫度T大于或等于參考溫度T₁，溫度控制器(16)自動開啟，通過冷凝管(19)對絕緣油(11)降溫，第一溫度傳感器(18a)、第二溫度傳感器(18b)監測油溫，返回至溫度控制器(16)，溫度控制器(16)監測絕緣油(11)溫度達到T₁后，開啟介電譜測試儀(13)依次測試電容芯子(8)的第一部分絕緣紙(2a)、第二部分絕緣紙(2b)、第三部分絕緣紙(2c)在T₁溫度下1Hz～1kHz的頻域譜；

第六步：計算補償溫度T₂

根據設置的參考溫度T₁、測試過程起始頻率1Hz以及補償過程起始頻率1mHz，采用式(1)計算測試過程的溫度T₂，單位為K；

第七步：測試補償溫度T₂下1Hz～1kHz的介電譜

開啟溫度控制器(16)對絕緣油(11)加熱，第一溫度傳感器(18a)、第二溫度傳感器(18b)監測油溫，返回至溫度控制器(16)，溫度控制器(16)監測到絕緣油(11)溫度達到T₂后，開啟介電譜測試儀(13)依次測試電容芯子(8)的第一部分絕緣紙(2a)、第二部分絕緣紙(2b)、第三部分絕緣紙(2c)在T₂溫度下1Hz～1kHz的相對復介電常數實部ε′與相對復介電常數虛部ε″，其中測試頻率點f_T2依次為1Hz，2Hz，5Hz，10Hz，20Hz，42Hz，60Hz，90Hz，220Hz，470Hz，1000Hz；

第八步：計算參考溫度T₁頻域譜內補償頻率點

采用式(2)計算補償溫度T₂下各測試頻率點f_{T2_}n在參考溫度T₁下對應的頻率值依次為f₁，f₂，f₃，f₄，…….，f₉，f₁₀，f₁₁，其中f_{T2_}n分別為1Hz，2Hz，5Hz，10Hz，20Hz，42Hz，60Hz，90Hz，220Hz，470Hz，1000Hz，式(2)中n＝1，2，3，4，……，11；

第九步：補償T₁下的頻域譜曲線

根據補償溫度T₂下測試得到的第一部分絕緣紙(2a)在1Hz至1000Hz內各頻率點測試得到相對復介電常數實部ε′(T₂_n)，對參考溫度T₁下第一部分絕緣紙(2a)的相對復介電常數實部進行補償，得到參考溫度T₁第一部分絕緣紙(2a)低頻實部的補償結果ε′(T₁_n)，根據補償溫度T₂的第一部分絕緣紙(2a)的1Hz至1000Hz內各頻率點測試得到相對復介電常數虛部ε″(T₂_n)，采用式(4)對參考溫度T₁下第一部分絕緣紙(2a)的相對復介電常數虛部進行補償，得到參考溫度T₁第一部分絕緣紙(2a)低頻虛部補償結果ε″(T₁_n)，第二部分絕緣紙(2b)、第三部分絕緣紙(2c)在T₂溫度下1Hz～1kHz的測試結果同樣采用式(3)與式(4)對T₁溫度下1mHz～1Hz的頻域譜對應點進行補償，得到第二部分絕緣紙(2b)、第三部分絕緣紙(2c)在T₁溫度下的補償頻域譜，其中補償溫度T₂的1Hz至1000Hz內各測試頻率點分別為1Hz，2Hz，5Hz，10Hz，20Hz，42Hz，60Hz，90Hz，220Hz，470Hz，1000Hz；

第十步：合成T₁下完整的頻域介電譜

T₁溫度下的第一部分絕緣紙(2a)的補償頻域譜和第一部分絕緣紙(2a)的測試頻域譜共同組成電容芯子(8)第一部分絕緣紙(2a)的完整頻域介電譜，T₁溫度下的第二部分絕緣紙(2b)的補償頻域譜和第二部分絕緣紙(2b)的測試頻域譜共同組成電容芯子(8)第二部分絕緣紙(2b)的完整頻域介電譜，T₁溫度下的第三部分絕緣紙(2c)的補償頻域譜和第三部分絕緣紙(2c)的測試頻域譜共同組成電容芯子(8)第三部分絕緣紙(2c)的完整頻域介電譜。