[发明专利]基于电热耦合场的绝缘材料老化实验装置的评估方法

说明书

本发明公开一种基于电热耦合场的绝缘材料老化实验装置的评估方法，采用电树枝长度的方法对高压直流电力电缆用绝缘材料绝缘状态进行有效评估，包括如下步骤：步骤1)制备基于针‑板电极的乙丙橡胶测试试样；步骤2)使用电热耦合场测试装置进行实验；步骤3)在电树枝观测装置下观察试样内部电树枝老化情况；步骤4)采用ScreenRuler虚拟尺进行计算。实验温度可控而准确，有效的模拟了实际运行中高压直流电力电缆的实际运行工况。

技术领域

本发明属于高压设备领域，特别涉及一种基于电热耦合场的绝缘材料老化实验装置的评估方法。

背景技术

随着电力工业产业的迅猛发展和电网规模的扩大，对电力传输要求也越来越高，电缆在城市电网改造、海底电缆送电等输配电网络中得到了广泛的应用。近年来，乙丙橡胶由于其优异的机械性能和电气性能，而被作为内绝缘材料大量应用于预制式电缆附件中。然而电缆附件的结构十分复杂，在绝缘材料制备或电缆附件挤塑成型过程中不可避免地会混入杂质，形成气隙、气泡和毛刺等缺陷。国家电网对电缆系统故障原因的统计结果显示，排除外力破坏的因素，70％的电缆系统故障源于电缆附件绝缘水平的下降。因此，提高电缆附件的绝缘可靠性对于保障电缆系统安全运行具有至关重要的作用。

目前，电树枝老化已经成为影响电缆附件绝缘可靠性的重要因素。电缆附件在生产制造和运输安装过程中引入的缺陷在外施电场的作用下会引起局部电场集中，极易引发电离并造成聚合物分解，沿电场方向逐渐向绝缘层深处发展并生长出树枝状的放电通道，最终导致聚合物的完全或不完全击穿。

柔性直流输电与传统直流输电相比具有诸多优势，非常适用于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电和异步交流电网互联等领域，而柔性直流输电系统中的开关元件导致系统内产生大量的脉冲电压，这就使得直流电缆在承受额定电压、操作过电压、雷击过电压的同时，还需承受大量重复脉冲电压的冲击。因此，脉冲电压的存在是否会影响绝缘状态并加速绝缘老化成为直流电缆技术中亟待解决的问题。

额定工况下，交联聚乙烯电力电缆及其附件长期运行在70℃左右的环境温度下，当电缆过载时，其运行温度可以达到约90℃，当电缆发生短路故障的时候，其运行温度可高达250℃；当电缆所带负荷发生增减的时候，会产生一个变温的环境，使得绝缘材料工作在更为恶劣的环境下。因此，研究温度变化条件下以及脉冲电压作用下，绝缘材料的老化状态评估方法具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种基于电热耦合场的绝缘材料老化实验装置的评估方法，提供电树枝观测装置和低温环境下直流叠加谐波电压评估方法，从而能够使用测量电树枝长度的方法对高温超导直流电压电缆用绝缘材料老化程度进行有效评估。

基于电热耦合场的绝缘材料老化实验装置的评估方法，采用电树枝长度的方法对高压直流电力电缆用绝缘材料绝缘状态进行有效评估，包括如下步骤：

步骤1)制备基于针-板电极的乙丙橡胶测试试样，本发明试样制备采用基于针-板电极系统的电树枝老化试样2，针电极15接高电压，地电极7接地，试样放在平板电极上。为了更清晰的观察到电树枝图像，试样被固定在两片透明玻璃片之间。

对于乙丙橡胶测试试样的制备，应按照以下程序。第一步，先称取40gEPDM颗粒，使用双辊机将EPDM颗粒充分熔融，双辊机温度设定为170℃，转速为每分钟25圈，在室温条件下熔融10分钟后使用双二五硫化剂进行共混硫化交联3分钟，EPDM和双二五硫化剂质量分数比例为100:1；第二步，共混均匀后，在170℃，压强24MPa条件下使用压片机压片10分钟后，取出试样室温冷却；第三步，使用切割器将试样切割为40mm×20mm×4mm的试样块；第四步，在试样底部贴上厚度为100μm铜箔电极，就达到电树枝老化实验要求了。最终制备出的试样如图1所示。

步骤2)使用电热耦合场测试装置进行实验，电树枝实验系统装置如图2所示。本实验装置可以模拟多种不同的实际工况，对于不同的实际工况，实验操作有所不同，下面分别介绍：