一種電熱聯(lián)合老化的交聯(lián)聚乙烯電纜剩余壽命評(píng)價(jià)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種電熱聯(lián)合老化的交聯(lián)聚乙烯電纜剩余壽命評(píng)價(jià)方法。通過對(duì)待評(píng)估交聯(lián)聚乙烯電纜進(jìn)行差示掃描量熱實(shí)驗(yàn)，得到熱老化反應(yīng)活化能；結(jié)合交聯(lián)聚乙烯電纜工頻逐級(jí)升壓老化試驗(yàn)，測(cè)得電纜壽命指數(shù)和電纜絕緣老化所受電應(yīng)力臨界值；利用電纜剩余壽命評(píng)估公式，得到電纜壽命曲面，最后結(jié)合電纜實(shí)際運(yùn)行工況，計(jì)算得出待評(píng)估交聯(lián)聚乙烯電纜的剩余壽命。使電纜壽命評(píng)估結(jié)果更準(zhǔn)確，為確定電纜最佳檢修時(shí)機(jī)與更換策略提供支持，對(duì)提高電纜的利用率，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行及可靠供電具有積極的意義。

Residual life evaluation method of electric heating combined aging XLPE cable

The invention discloses a method for evaluating the residual life of an electric heating combined aging crosslinked polyethylene cable. By using a differential scanning calorimeter experiment treat the evaluation of XLPE cable, the thermal aging reaction activation energy; combined with the XLPE cable frequency step aging test, the measured cable life index and cable insulation aging under electrical stress formula of critical value; evaluation using cable remaining life, get the service life of the cable surface, combined with the actual cable operating conditions, calculated for evaluating the residual life of XLPE cable. The cable life assessment results more accurate and provide support for determining the optimal maintenance time and cable replacement strategy, to improve the utilization rate of cable, has the positive significance to ensure the safe and stable operation of power grid and power supply reliability.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種電熱聯(lián)合老化的交聯(lián)聚乙烯電纜剩余壽命評(píng)價(jià)方法
本專利技術(shù)涉及交聯(lián)聚乙烯電纜剩余壽命評(píng)價(jià)領(lǐng)域，具體是一種基于逐級(jí)升壓電老化和加速熱老化實(shí)驗(yàn)的老化評(píng)估方法。
技術(shù)介紹
電纜由于施工不規(guī)范、以及天氣與人為原因，造成電纜運(yùn)行環(huán)境惡化，例如，電纜的堆積、積水、淤泥、垃圾的填充等。研究表明電纜隧道內(nèi)運(yùn)行環(huán)境的變化，會(huì)導(dǎo)致電纜的溫度升高，電纜的老化程度加劇。除了影響電纜自身的壽命之外，還會(huì)引起對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的影響。由于電纜運(yùn)行環(huán)境遭到破壞以及電纜的重疊，使得很多電纜的散熱通道得到破壞，從而電纜在運(yùn)行時(shí)容易產(chǎn)生局部過熱等故障，包括：局部過熱、絕緣受潮與老化以及不規(guī)范施工導(dǎo)致的機(jī)械損傷。由于運(yùn)行環(huán)境惡劣，很多城市的地下電纜為了確保電纜的安全運(yùn)行，都在低負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行，電纜的利用效率低，運(yùn)行成本高。特別是處于經(jīng)濟(jì)性以及供電可靠性的考慮，國家電網(wǎng)已經(jīng)開始進(jìn)行資產(chǎn)全壽命評(píng)估。因此在保證電纜的安全運(yùn)行的前提下，提高電纜的運(yùn)行效率與利用率，降低電纜的運(yùn)行成本是電力公司目前亟需解決的問題。但是由于交聯(lián)聚乙烯電纜鋪設(shè)以及運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性，在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)受到電、熱以及環(huán)境等因素的影響，導(dǎo)致其老化，目前主要從宏觀角度，根據(jù)交聯(lián)聚乙烯某一種性能的變化來評(píng)估其運(yùn)行狀態(tài)以及使用壽命，不能全面考慮其老化因素帶來的影響，導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果與實(shí)際情況有一定的差異。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種考慮電、熱聯(lián)合老化因素的交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜剩余壽命評(píng)估方法，使電纜壽命評(píng)估結(jié)果更準(zhǔn)確，為確定電纜最佳檢修時(shí)機(jī)與更換策略提供支持，對(duì)提高電纜的利用率，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行及可靠供電具有積極的意義。為了實(shí)現(xiàn)上述目的本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案是：一種電熱聯(lián)合老化的交聯(lián)聚乙烯電纜剩余壽命評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟：（1）利用差示掃描量熱法測(cè)量待評(píng)估交聯(lián)聚乙烯電纜在不同升溫速率β下的功率差與溫度的關(guān)系曲線，所述曲線尖峰時(shí)的溫度為Tmax，根據(jù)以下公式確定反應(yīng)活化能Ea；式中，R為氣體常數(shù)。（2）對(duì)待評(píng)估交聯(lián)聚乙烯電纜進(jìn)行工頻逐級(jí)升壓老化試驗(yàn)，其中試驗(yàn)時(shí)將待評(píng)估交聯(lián)聚乙烯電纜分為兩組，分別進(jìn)行逐級(jí)升壓擊穿試驗(yàn)，測(cè)量電纜壽命指數(shù)n，，式中，和分別為兩組試驗(yàn)的電壓施加級(jí)數(shù)，和分別為兩組試驗(yàn)中每級(jí)加壓時(shí)間，q為電壓增加比例。（3）利用電纜剩余壽命評(píng)估公式，得到對(duì)應(yīng)電纜壽命曲面，結(jié)合電纜實(shí)際運(yùn)行工況下的溫度T和電壓U，計(jì)算得出待評(píng)估交聯(lián)聚乙烯電纜的剩余壽命，評(píng)估公式中，表示和時(shí)電纜的壽命，b=0.401×Ea/R表示與活化能Ea有關(guān)的常數(shù)，，表示熱老化相對(duì)溫度，表示電纜絕緣失效臨界電壓，N表示電熱聯(lián)合老化修正參數(shù)，，表示在溫度T和電壓U下電纜壽命L。在上述步驟工頻逐級(jí)升壓老化試驗(yàn)中，對(duì)兩組待評(píng)估交聯(lián)聚乙烯電纜，分別進(jìn)行逐級(jí)升壓擊穿試驗(yàn)，兩組電壓都按同一比例q增加，直至擊穿為止，測(cè)得電纜絕緣失效臨界電壓U0。在進(jìn)行具體試驗(yàn)時(shí)，對(duì)步驟（1）中需對(duì)所述待評(píng)估交聯(lián)聚乙烯電纜去掉護(hù)套，切成若干段20厘米長的短電纜，再進(jìn)行試驗(yàn)。本專利技術(shù)通過核磁共振分析儀測(cè)試比較交聯(lián)聚乙烯電纜在不同老化程度下的分子結(jié)構(gòu)，得到絕緣材料老化程度與溫度及時(shí)間之間的比例關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了評(píng)估交聯(lián)聚乙烯電纜的老化狀態(tài)與剩余壽命。克服根據(jù)某一宏觀參數(shù)來評(píng)估交聯(lián)聚乙烯電纜老化程度存在的不足，提供一種根據(jù)絕緣材料的微觀分子結(jié)構(gòu)評(píng)估交聯(lián)聚乙烯電纜老化程度的方法。進(jìn)而確定電纜最佳檢修時(shí)機(jī)與更換策略，減少不必要的試驗(yàn)，對(duì)提高電纜的利用率，節(jié)約電力部門運(yùn)行成本，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行及可靠供電具有積極的意義。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的處理流程圖；圖2功率差與溫度的關(guān)系曲線圖；圖3為是通過逐級(jí)升壓老化試驗(yàn)與熱老化試驗(yàn)測(cè)得參數(shù)計(jì)算得到的某8.7/l0KVXLPE絕緣電纜在綜合應(yīng)力下的一個(gè)壽命曲面；圖4電熱聯(lián)合老化對(duì)電纜壽命的影響圖；圖中a）所示為不同場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，電纜壽命隨溫度變化的曲線，從左到右的曲線分別為2.2E0、2.0E0、1.8E0、1.6E0、1.4E0、1.2E0，E0；圖b）所示為不同溫度時(shí)，電纜壽命隨場(chǎng)強(qiáng)變化的曲線，從左到右的曲線分別為90℃、80℃、65℃、55℃、45℃、35℃、25℃。具體實(shí)施方式參見圖1的流程，本方法包括以下步驟：1）對(duì)交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣材料進(jìn)行差示掃描量熱實(shí)驗(yàn)測(cè)量活化能因子Ea。取待評(píng)估交聯(lián)聚乙烯電纜，去掉護(hù)套，切成若干段短電纜，每段短電纜長20厘米，按照國標(biāo)GB/T13464—92《物質(zhì)熱穩(wěn)定性的熱分析方法》，利用瑞士MattleTA4000系統(tǒng)、DSC25-TC15及相關(guān)軟件組成差分掃描量熱系統(tǒng)，利用差示掃描量熱法(DSC)對(duì)試樣進(jìn)行分析。在化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)中，由反應(yīng)速率方程及Arrhenius方程，可知高分子材料的熱老化方程為：（1）式中：分別表示材料的壽命(h)和老化溫度(K)；是與規(guī)定失效性能相關(guān)的常數(shù)；b=0.401×Ea/R是與活化能Ea有關(guān)的常數(shù)，R是氣體常數(shù)()。DSC是通過程序控制溫度的變化，在溫度變化的同時(shí)，測(cè)量電纜試樣和參照物的功率差(熱流率)與溫度的關(guān)系曲線，如圖2所示，dH/dt為熱流率，為。利用DSC法，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)原理，可以得到（2）其中：為曲線尖峰時(shí)的溫度，為絕對(duì)溫度(K)；β為升溫速率(℃/min)；Ea為反應(yīng)活化能；R為氣體常數(shù)；C為常數(shù)。因此，和為線性關(guān)系，其斜率為-Ea/R，從而可采用在不同升溫速率β下，測(cè)得功率差(熱流率)與溫度的關(guān)系曲線尖峰時(shí)的溫度Tmax，便能確定反應(yīng)活化能Ea。在本實(shí)施例中β分別取為5，10，15，20℃/min，算出活化能Ea值（3）2）對(duì)待評(píng)估交聯(lián)聚乙烯電纜進(jìn)行工頻逐級(jí)升壓老化試驗(yàn)測(cè)量根據(jù)局部放電等因素對(duì)絕緣引起的電老化所得交聯(lián)聚乙烯電纜的壽命方程為：（4）式中，U是電纜所施加的電壓、n為電纜的壽命指數(shù)、t為電纜壽命，C為常數(shù)。常用的求電纜壽命指數(shù)n值是逐級(jí)升壓近似簡(jiǎn)化法。選用兩組相同的電纜試樣，分別進(jìn)行逐級(jí)升壓擊穿試驗(yàn)。初始電壓為U′，兩組電壓都按同一比例q增加，直至擊穿為止。兩組電纜試樣每級(jí)加壓時(shí)間分別為和，最后一級(jí)擊穿時(shí)間分布為和，電壓施加級(jí)數(shù)分別為和，則可得第一組電老化方程為：，u表示試驗(yàn)電壓，聯(lián)立解得電纜壽命指數(shù)近似為：（5）因此，由工頻逐級(jí)升壓試驗(yàn)可以測(cè)得電纜的壽命指數(shù)n。在該過程中逐級(jí)升壓直至擊穿為止，測(cè)得電纜絕緣失效臨界電壓U0。3）考慮到臨界電壓的存在，在所施加電壓U的作用下交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜的壽命模型可表示為：（6）式中表示時(shí)的電纜壽命，為電纜絕緣失效臨界電壓，n為壽命指數(shù)。根據(jù)熱力學(xué)原理將聯(lián)合老化速率表示為：（7）其中是與電壓U相關(guān)的函數(shù)，當(dāng)取，表示電老化速率，A為常數(shù)。將聯(lián)合電熱老化的壽命模型表述為：（8）其中，，T表示實(shí)際運(yùn)行工況下的溫度，采用絕對(duì)溫度；表示熱老化相對(duì)溫度，采用相對(duì)溫度，是在和時(shí)的電纜壽命，N為電纜壽命指數(shù)n在熱老化作用下修正值。由步驟1）和2）測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)而得到電熱聯(lián)合老化時(shí)的修正參數(shù)N，熱老化反應(yīng)活化能的比例值，利用提出的電纜剩余壽命評(píng)估公式，得到對(duì)應(yīng)電纜壽命曲面，最后結(jié)合電纜實(shí)際運(yùn)行工況下的溫度T和電壓U，計(jì)算得出待評(píng)估交聯(lián)聚乙烯電纜的剩余壽命。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種電熱聯(lián)合老化的交聯(lián)聚乙烯電纜剩余壽命評(píng)價(jià)方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）利用差示掃描量熱法測(cè)量待評(píng)估交聯(lián)聚乙烯電纜在不同升溫速率β下的功率差與溫度的關(guān)系曲線，所述曲線尖峰時(shí)的溫度為

【技術(shù)特征摘要】
1.一種電熱聯(lián)合老化的交聯(lián)聚乙烯電纜剩余壽命評(píng)價(jià)方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）利用差示掃描量熱法測(cè)量待評(píng)估交聯(lián)聚乙烯電纜在不同升溫速率β下的功率差與溫度的關(guān)系曲線，所述曲線尖峰時(shí)的溫度為Tmax，根據(jù)以下公式確定反應(yīng)活化能Ea；式中，R為氣體常數(shù)；（2）對(duì)待評(píng)估交聯(lián)聚乙烯電纜進(jìn)行工頻逐級(jí)升壓老化試驗(yàn)，其中試驗(yàn)時(shí)將待評(píng)估交聯(lián)聚乙烯電纜分為兩組，分別進(jìn)行逐級(jí)升壓擊穿試驗(yàn)，測(cè)量電纜壽命指數(shù)n，，式中，和分別為兩組試驗(yàn)的電壓施加級(jí)數(shù)，和分別為兩組試驗(yàn)中每級(jí)加壓時(shí)間，q為電壓增加比例；（3）利用電纜剩余壽命評(píng)估公式，得到對(duì)應(yīng)電纜壽命曲面，結(jié)合電纜實(shí)際運(yùn)行工況下的溫度T和電壓U，計(jì)算得出待評(píng)估交...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉釗，周宇晴，楊帆，楊其鵬，楊浩，何興隆，王治玲，徐偉，吳寶良，唐道龍，倪颋，趙俊光，趙闊，鄧淇中，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：國網(wǎng)重慶市電力公司江津供電分公司，國家電網(wǎng)公司，
類型：發(fā)明
國別省市：重慶,50