[发明专利]一种充油电缆内绝缘油溶解气体扩散模拟实验装置

说明书

本发明公开了一种充油电缆内绝缘油溶解气体扩散模拟实验装置，包括电缆模拟体和外部试验腔，电缆模拟体置于外部试验腔中；电缆模拟体包括油道和绝缘层；油道为管状结构，绝缘层包绕于油道外部，油道与绝缘层中部开孔与外部试验腔中的中部取油装置连接；外部试验腔包括外罩、连接套、中部取油装置、注取油端子和故障模拟端子；外罩为管状结构，中部开孔与中部取油装置连接；连接套为管状结构，分别套设在油道两端，一端与外罩法兰连接，另一端与注取油端子、故障模拟端子连接。本发明既能够模拟充油电缆油道内的电性、热性故障并在故障结束后采集油样进行分析，也可直接注入溶解单一气体的绝缘油进入油道内，通过采集不同位置绝缘油样进行分析。

技术领域

本发明涉及自容式充油电缆技术领域，具体涉及一种充油电缆内绝缘油溶解气体扩散模拟实验装置。

背景技术

海底电缆在高电压、大容量跨海输电工程中起到不可或缺的作用，其可靠性与安全性直接影响电力系统运行的安全稳定。若能及时对电缆内部的故障隐患进行预警，则能有效提高电缆运行的安全稳定性。

海底电缆普遍采用的一种电缆形式是自容式充油电缆，其绝缘由固体与液体共同承担。充油电缆由线芯、绝缘层、半导电屏蔽层、护套、加强层、聚乙烯套管、防蛀蚀护层、聚丙烯塑料丝垫层、钢丝铠装组成，其中绝缘层采用浸渍纸包绕作为固体绝缘，线芯为中空结构，在线芯中央设有油道，充入绝缘油作为液体绝缘。当负荷发生变化时，油道温度会随之变化，温度升高时油道内的绝缘油膨胀流出，胀出的绝缘油经油道流入供油箱；温度下降时绝缘油收缩，供油箱中的绝缘油经油道又返回绝缘层，填补层间空隙。该绝缘机制能及时释放电缆内部因负荷变化引起的形变所带来的应力，避免内部压力过大造成机械老化甚至直接损坏电缆，同时也能消除绝缘层的气隙，从而提高了绝缘强度。

海底电缆的运行事故主要由绝缘故障引起。当油道内层或线芯外层发生局部电性或热性故障时，油道内的绝缘油及绝缘层中的浸渍纸会因电或热应力发生分解，产生各类故障气体并溶解在绝缘油中。目前在充油电力设备故障诊断方面，有一种方法得到了广泛采用，该方法通过检测油中溶解的特定类型故障气体的含量，对各气体含量间比例关系进行分析，从而对内部故障类型或故障隐患进行诊断。该方法被称为油中溶解气体分析(DGA)技术，DGA 技术在充油变压器中已使用多年并取得良好效果，被工程实际证明是一种行之有效的故障诊断技术。但在充油电缆领域该技术尚未得到应用，也缺乏相应的故障诊断依据与标准。

为使DGA技术能够早日应用于充油电缆故障检测，使充油电缆具备有效的故障诊断与预警手段，有必要建立相应的故障诊断判据与诊断标准。目前已有的诊断标准仅适用于电力变压器，而充油电缆在结构设计、工作环境以及所使用的绝缘油种类上都与电力变压器存在很大差异，需要开展针对充油电缆的DGA技术故障判据的研究。电力变压器领域的DGA故障判据来源于已有工程中故障案例取得的经验数据，而国内大容量、高电压等级充油电缆应用时间较短，尚未有足够故障案例以形成判据，因此有必要通过实验室方法模拟充油电缆内部发生电或热的故障，研究绝缘油故障条件下的产气规律，以及溶解气体在电缆油道内的扩散规律，在此基础上为适用于充油电缆DGA判据的提出提供参考。

目前已有的DGA故障模拟装置或试验装置均存在非针对性充油电缆环境、模拟情况与工程实际情况相差较大的问题。如发明申请CN201410188446公开了一种变压器中电故障模拟装置，能够模拟变压器用绝缘油中电性故障并能采集故障后油样进行分析，该装置由盛装绝缘油的油容器及设于油容器内用于放电的电极对组成，并在油容器的侧壁设有用于取出绝缘油的取油孔，上下电极穿过容器顶部与底部和外界高压电源相连，通过向容器内注入绝缘油，然后电压源施压在浸没于油中的上下电极间形成放电从而模拟各种电性故障，故障完成后通过取油口取油进行溶解气体检测。该装置能够模拟变压器中的电性故障，但是首先该装置中绝缘油所处环境与实际情况特别是充油电缆中的实际情况差异巨大，无法保证所开展的电性试验能够对实际情况进行有效模拟；其次该装置所能模拟的故障类型有限，仅能模拟充油设备内的电性故障，无法模拟热性故障；最后该装置由于结构设计所限，无法开展溶解气体在油中扩散规律的相关研究。

发明内容