一种测量气压对交联聚乙烯电树枝生长特性影响的试验装置

摘要

本发明公开了一种测量气压对交联聚乙烯电树枝生长特性影响的试验装置,包括透明罐状容器、置于透明罐状容器内的被测XLPE试样支撑装置和针板电极系统、温度控制系统及检测系统,其特征在于,针板电极系统的电极针为空心不锈钢针(9),空心不锈钢针与一输送实验气体以在电缆内局部形成局部高气压的气压控制系统连接；透明罐状容器呈气密性结构。本发明能够模拟XLPE电缆实际运行中电缆内部的气压变化现象和运行环境温度，在针尖产生的电树枝通道内施加不同气压，实时观测气压对XLPE电树枝引发和生长的影响。

说明书

技术领域

本发明涉及电绝缘材料实验设备，尤其是测量气压对交联聚乙烯电树枝生 长特性影响的试验装置，用于研究交联聚乙烯电缆实际运行时产生的内部气压 与绝缘层电树枝生长特性之间的关系。

背景技术

城市电力的传输中，交联聚乙烯(XLPE)电力电缆因其良好的电气性能、机 械性能等一系列优点而被广泛应用。由于制造工艺所限，XLPE电缆的绝缘层 不可避免地会产生气隙、杂质等缺陷，再加上电缆埋于地下长期运行环境复杂， 电、热、机械、化学等诸多因素都可能使XLPE绝缘中会逐渐产生电树枝，绝 缘性能下降，导致最终绝缘击穿发生运行故障。

自从发现XLPE中的电树枝现象以来，国内外学者从外施电压、升压速度、电 压频率、机械应力、温度等因素对XLPE电树枝生长特性的影响方面进行了大 量的研究。如《高电压技术》2003年第29卷第4期《机械应力与电压频率对 XLPE电缆电树枝的影响》一文中，通过针板电极、高频电源、数字摄像与显 微计算机系统观测了残余机械应力和施加电压频率对XLPE材料电树枝结构的 影响；如《中国电机工程学报》2011年第31卷第28期《交联聚乙烯电力电缆 的电树枝化试验及其局部放电特征》一文中，采用了一种以实际电缆为试验试 品的电极系统，研究了不同温度下XLPE电缆的电树枝生长和局部放电特征。 XLPE电树枝的产生是一种复杂的电腐蚀现象。电缆导体的额定运行温度为 90℃，短时故障温度可达130℃。长期的高温运行会导致XLPE热氧老化，大 分子链断裂，生成H2、CO、CO2等多种气体，在电缆内局部形成高气压，造 成绝缘层开裂、电缆接头爆炸等运行故障，而在高海拔地区投入运行的电力电 缆长期处于低气压环境中，气压降低对电缆电树枝引发生长特性的影响也尚未 阐明。目前，电缆内部气体压强对电树生长的影响机制的研究很少，也没有一 套完善的试验系统及方法观测气压对电树枝引发和生长的规律和对局部放电 的测量，因此急需开发一种测量气压对XLPE电树枝引发生长特性影响的试验 装置。

发明内容

鉴于以上陈述的已有方案或相关技术的不足，本发明提供一种用于测量气 压对XLPE电树枝生长特性影响的试验装置，以解决局部气压下XLPE电树枝引 发和生长的观测和该过程中XLPE的局部放电特征值的测量。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种于测量气压对交联聚乙烯电树枝生长特性影响的试验装置,包括透明 罐状容器、置于透明罐状容器内的被测XLPE试样支撑装置和针板电极系统、 温度控制系统及检测系统。针板电极系统的电极针为空心不锈钢针9,空心不 锈钢针与一输送实验气体以在电缆内局部形成局部高气压的气压控制系统连 接；透明罐状容器呈气密性结构。

本发明公开了一种多信道无线网络的链路质量评估方法，既可以有效监测 系统性能的变化情况，判断是否存在外界干扰，又可以评估各工作信道的性能 优劣，从而实现当受到外界干扰时，只切换性能最差的工作信道，防止随机切 换信道或多个信道同时切换造成网络性能的进一步下降。

检测系统包括橙黄色碘钨灯10和与计算机试验系统25相连的数码显微摄 像头21；黄色碘钨灯10、XLPE试样和数码显微摄像头21置于同一水平面上。

采用本发明的装置能够模拟XLPE电缆实际运行中电缆内部的气压变化现 象和运行环境温度，在针尖产生的电树枝通道内施加不同气压，实时观测气压 对XLPE电树枝引发和生长的影响。

附图说明如下：

图1为本发明试验装置结构示意图

图2为本发明试验装置针板电极结构示意图

图3为针板电极侧视图

图4为针板电极俯视图

图5为外测量回路结构示意图

图6为试验装置针尖处施加气压曲线

图7为本试验装置观测的电树枝照片

图8为采用本试验装置测量的局部放电趋势图

图5中：28220V工频电源，29感应调压器，30无局放试验变压器，31高压 电阻，32电容分压器，33接地极，34高压极，35局部放电检测阻抗，36无 局放耦合电容器，37TE571局部放电检测仪

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，下面通过实施例对本发 明进行具体的描述：有必要在此指出的是本实施例只用于对发明进行进一步说 明，不能理解对本发明保护范围的限制。该领域的技术熟练人员可以根据上述 发明的内容作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

本发明的测量气压对交联聚乙烯电树枝生长特性影响的试验装置，如图1 所示，包括一个气压控制系统、有机玻璃罐状容器、置于容器内的针板电极系 统、针板电极系统与容器的连接装置、显微镜观测系统以及温度控制系统：CO2 气瓶1、电子进气阀2、气压表3、进气软管4、透明罐状容(5、刻度6、玻璃 针筒7、支架8、空心不锈钢针9、橙黄色碘钨(10)、板电极1、1号螺纹杆12、 螺纹法兰13、三通接头14、抽气泵15、高压引线16、密封垫圈17、套筒18、 2号螺纹丝杆19、二甲基硅油20、数码显微摄像头21、XLPE切块22、温度 传感器23、加热棒24、计算机试验系统25、温控器26、接地线27。外测量回 路包括：220V工频电源28，感应调压器29，无局放试验变压器30，高压电阻 31，电容分压器32，接地极33，高压极34、局部放电检测阻抗35，无局放耦 合电容器36，TE571局部放电检测仪37。

XLPE切块22放在板电极11上表面，将空心不锈钢针(9)插入XLPE切块(22) 中，调整玻璃针筒7和与之连接的空心不锈钢针(9)的高度，控制针尖深度至试 验所需值，本实施例中，插入深度为2.5mm，针尖距板电极距离2.5mm。用2 号螺纹丝杆19固定玻璃针筒位置。

数码显微摄像头21、XLPE与橙黄色碘钨灯(10)处于同一条水平线上，数 码显微摄像头能够观测到XLPE绝缘块中针尖位置。进气软(4与玻璃针筒通过 密封垫圈17紧密连接，当针筒内充以高气压时，不允许漏气现象发生，CO2 气体能够通过玻璃针筒和空心不锈钢针的中空部分能够引至针尖处，通过计算 机试验系统控制电子进气阀(2)和抽气泵15调节气压上升、下降速度及峰值模 拟电缆实际运行中产生局部气压的工况，本实施例中共进行两组试验，试验A、 试验B的CO2气压峰值分为0.15MPa和0.6MPa，气压曲线如图6。

向透明罐状容器5中加入二甲基硅油20，使空心不锈钢针全部浸入油中， 使用加热棒对二甲基硅油加热，通过温度传感器23和温控器26控制油温到试 验所需值，本实施例中，油温条件为50℃。将试验装置的高压引线16和接地 线27分别接入如图5所示。

外测量回路中的高压极34和接地极33，调节感应调压器29至试验所需电 压，通过计算机观测系统观测XLPE电树枝引发和生长情况，如图7所示。通 过TE571局部放电检测仪37测量局部放电量，如图8所示。

图1透明罐状容器设计尺寸如下：圆柱形器身高150mm，内径120mm， 外径140mm，容器壁厚10mm；底座高30mm，内径120mm，外径140mm。 进气软管4内径5mm外径8mm；1号螺纹丝杆(12)长度50mm，直径5mm。 图2为本发明实验装置改进后的针板电极结构示意图。本装置针板电极设计尺 寸如下：板电极11直径50mm，厚度8mm，螺纹孔直径10mm，孔深5mm。 支架8内径50mm，外径52mm，高度100mm。玻璃针筒7长70mm，内径10mm， 外径13mm。空心不锈钢针(9)长30mm，外径0.6mm，内径0.2mm，针尖曲率 半径5μm。

图3为针板电极侧视图。支架支柱宽度8mm。套筒18内径15mm，外径20mm， 厚度20mm。

图4为针板电极俯视图。密封垫圈外径10mm，内径8mm。

图5为外测量回路结构示意图，TE571局部放电检测仪37检测灵敏度0.1pF， 带宽10kHz～40MHz。

在实际研究测试模拟XLPE电缆实际运行中电缆内部的气压变化现象，在 针电极尖端产生电树枝处施加不同气压，实时观测气压对XLPE电树枝引发和 生长的影响，实验过程为：

第一步：将XLPE切块置于板电极上，玻璃针筒与空心不锈钢针紧密连接， 玻璃针筒通过套筒和2号螺纹丝杆19固定在支架8上，支架固定在板电极上， 空心不锈钢针插入XLPE切块22中，通过数码显微摄像头21能够在计算机试 验系统25上观测XLPE切块22中的针尖区域；

第二步：空心不锈钢针9与高压引线19连接，板电极拧入1号螺纹杆12 固定。

第三步：将玻璃针筒7与进气软(4连接，采用密封垫圈16使气体不会泄 漏，可以通过计算机试验系统25控制CO2气瓶1、电子进气阀2、气压表3、 三通接头14、抽气泵15、进气软管4组成的气压控制装置来调节空心不锈钢 针9针尖处气压；

第四步：通过加热棒24对容器罐5内的二甲基硅油20加热，使试验环境 温度达到所需值；

第五步：将实验装置的高压引线16和接地线27分别接入局部放电外测量 回路的高压极34和接地极33，能够测量XLPE切块局部放电特征量。

计算机试验系统27可以根据电缆实际运行中产生的气压波形，控制电子 进气阀2和抽气泵15调节空心不锈钢针9针尖处气压的上升速度、下降速度 和峰值来模拟实际工况。

采用本发明的基本方案，在实际实施时，可以衍生出多种不同的等同产品， 但凡是根据发明的技术方案及其发明构思，加以等同替换与改变，均被认为属 于发明的权利要求的保护范围。