[发明专利]一种高成功率电缆水树缺陷快速培养装置和方法

说明书

本发明涉及一种高成功率电缆水树缺陷快速培养装置，其包括高频电源以及与高频电源连接的水树培养皿。本发明还涉及利用上述培养装置进行的电缆水树缺陷快速培养方法。本发明在实际应用过程中水树培养速度快且效率高。

技术领域

本发明属于输配电电缆安全运行领域，具体涉及一种高成功率电缆水树缺陷快速培养装置和方法。

背景技术

随着我国电力工业规模的快速发展，电网的互联程度、运行电压等级不断提高，电力网络的规模日益扩大，随之而来的问题是电网的运行环境变得更为复杂，对安全可靠的运行程度要求更为苛刻。电力电缆作为整体电网的重要构成部分，是电网输配电的主要途径，其运行状态直接关系着电力运输的稳定性、安全性以及持续性。然而，我国在20世纪70年代开始使用XLPE电缆，较早投运的电缆部分已经到了运行后期，开始出现了水树老化的问题；由于电缆制作工艺不佳，使得绝缘表面粗糙、中间接头接触不良，导致绝缘内部电场分布不均匀，进一步加速了水树老化；XLPE电缆多采取敷设和直埋的安装方式，运行中的电缆往往直接浸泡在污水中，绝缘长期受到水气侵蚀，受杂质、电场、热、水分等因素共同影响，极易加速电缆老化。

因此，能准确快速地实现电缆水树老化模拟，有利于开展大量的电缆状态检测实验，进行电缆状态评估，形成有效的评估标准，对于电缆的安全运行和状态检修有重大意义。水树的培养方法和装置，关键在于水树生长条件的控制和培养方法，生长条件适中，可以保证培养过程中材料内部场强适于水树生长且不发生局部放电，材料不会被损坏，水树不会转化为电树，培养方法正确，可以保证水树的高诱发率和较高的生长速度，缩短培养时间。传统水树培养方法采用针电极进行，成功率低，培养时间长，不仅严重影响研究工作的效率，还提高了研究成本。

水树培养是通过在电缆绝缘材料上制造尺寸合适的切口电极，装入可以承受一定温度、外界压强和电解质溶液腐蚀的培养皿，使绝缘材料浸润在一定浓度的NaCl溶液中，再通过外施高频电压的方式进行水树培养。水树的生长与材料中的水分含量有关，当材料中湿度超过65%，且在一定的电场强度下，水树就会萌发与生长。为了使电场强度增大，材料内部有一定的凸起，但不能场强较大以防止电树萌发。在材料上制造切口电极是一种比较理想的制造凸起的方法，由于要防止材料击穿和电树的起始，切口的长度不能超过材料厚度的60%。当水分中含有Cl离子时，与同等条件下自来水相比，水树生长速度要快3-4倍，NaCl溶液可以用于提供Cl离子还可以用于在培养过程中导电，溶液浓度在0.18mol/L-1.8mol/L，培养电压频率的提高有利于水树萌发和生长，一般选定远高于工频的频率作为培养电压频率，但也要防止频率过高引起局放导致材料击穿，10kHz为较合适频率，另外，提高外施电源频率，可以降低培养电压幅值，提高了培养的安全性。最终，可在24小时完成90%水树长度占比缺陷的培养

用于培养水树的培养皿有两类，一种是用于切片试样的培养皿，一种是用于电缆试样的培养皿。在培养过程中，对于电缆试样，首先需要剥去试样外护套、外半导体层和屏蔽层，然后在切片和电缆试样上制造切口电极并固定于培养皿中，在培养皿中注入无其他杂质的NaCl溶液，再将培养皿、试样连带溶液放入真空箱中进行除气处理，将真空箱中气压降到70Pa以下，抽真空15分钟，若是在切片试样上培养水树，将高频电源接到培养皿的金属电极上，切片通过紧贴切片的圆形电极接地，若是在电缆试样上培养水树，高频电源接于电缆导体上，地线置于导电溶液中，试样通过溶液接地，整个培养过程中为防止形成杂质小桥引起试样击穿，需保持溶液洁净，无可见杂质。

针对电力电力电缆绝缘材料的水树培养，GB/T 21224-2007《评定绝缘材料水树枝化的试验方法》规程要求如下：

（1）试样选用厚度为（4.0±0.1）mm，或（3.0±0.1）mm，或者（2.0±0.1）mm、直径为（35±1）mm的圆盘试样。

（2）溶解0.1gNaCl到1L水中制得NaCl溶液。

（3）培养电源选用48Hz-62Hz，接地电极平均场强5kV/mm，如对4mm厚度试样，电压应选20kV。