[發明專利]基于Crine模型XLPE絕緣材料老化壽命評估方法

有效

• 申請號: 202111153339.1
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113777455B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 呂澤鵬;王政鈞;吳鍇;曹丹;王世棟
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種基于Crine模型XLPE絕緣材料老化壽命評估方法，包括：對XLPE絕緣材料試樣進行不同溫度不同時間步長逐級升壓實驗；采用Weibull分布求解獲取XLPE絕緣材料試樣的特征時間、特征電壓和最后一步時間；對XLPE絕緣材料老化壽命作三個假設；得到改進Crine模型，測量擬合曲線在不同溫度、不同電壓等級下的電導電流密度，采用改進Crine模型求解XLPE絕緣材料試樣的活化自由能ΔG；確定不同溫度下隨電場變化XLPE絕緣材料的老化壽命。該發明解決了以往老化模型僅考慮電場和單電子作用下的老化問題，可以用于測量各種絕緣材料的老化壽命。

技術領域

本發明屬于絕緣材料老化壽命的測量方法，特別是涉及逐步升壓法下的XLPE直流電纜絕緣材料老化壽命評估方法。

背景技術

近幾年來，隨著國民經濟的迅速發展，我國對電能的需求也飛速增長，電網規模也日益擴大。我國也逐步開展了針對海上風電、潮汐能等海洋可再生能源的研究，而海底電纜作為電能輸送的載體，在海洋能源開發領域具有關鍵作用。鑒于交流輸電系統存在一些難以克服的問題，特別是遠距離交流輸電存在同步運行穩定性的問題，所以柔性直流輸電技術得到了充足的發展，尤其是以交聯聚乙烯絕緣材料為絕緣材料的直流電纜已經應用到多種電壓等級的輸電工程中。

直流電纜絕緣材料在外部因素單獨作用或內外部因素共同作用下，會出現出多種老化現象。國內外學者根據電老化的數學統計規律，提出了經驗模型來反映老化絕緣材料的老化規律，如Dakin模型、反冪模型、指數模型等。但這類經驗模型也存在明顯的缺陷，即無法直接反映老化的內在機理，無法建立與材料本身物理、化學特性之間的聯系。為解決這一問題，有學者提出了反映老化物理機理的Crine模型。但Crine模型只考慮了在電場作用下的單個電子對老化的影響，而現在的研究表明老化是一個多電子作用的過程

因此，多電子作用下的老化機理漸漸成為研究的重點。

發明內容

針對傳統電纜XLPE絕緣材料老化壽命測試所采用的恒定耐壓法實驗時間較長，實驗條件嚴格，反冪模型不能反映老化機理以及只考慮了在電場作用下的單個電子對老化的影響的問題，發明的目的在于提供一種電導電流特性為電極效應限制和多電子作用下的老化壽命模型，該模型考慮了電導電流下多電子作用對老化的影響，且實驗時間短，重復實驗次數多，求解方法誤差小，能夠很好地求解基于改進Crine模型參數，并預測XLPE絕緣材料老化壽命。

為了實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

本發明一方面，提供了一種基于Crine模型XLPE絕緣材料老化壽命評估方法，包括：

在不同溫度下，對XLPE絕緣材料試樣進行不同時間步長逐級升壓實驗；

采用Weibull分布求解獲取XLPE絕緣材料試樣的特征時間、特征電壓和最后一步時間；

對XLPE絕緣材料老化壽命作三個假設；

基于三個假設，得到改進Crine模型，確定XLPE絕緣材料老化壽命與電導電流密度關系；

測量在不同溫度、不同電壓等級下的電導電流密度，通過擬合曲線推導更高電場強度下的電導電流密度；

根據XLPE絕緣材料樣品特征時間、特征電壓和最后一步時間，和更高電場強度下的電導電流密度，采用改進Crine模型求解XLPE絕緣材料試樣的活化自由能ΔG；

根據XLPE絕緣材料樣品的老化特征參數活化自由能ΔG，確定不同溫度下隨電場變化XLPE絕緣材料的老化壽命。

優選的，升壓實驗起始電壓為10kV，時間步長1min，5min，25min分別為，電壓步長為5kV，升壓速率為1000V/s。

優選的，對XLPE絕緣材料老化壽命作三個假設包括：