一种用于高压电缆的直流积分电荷测量装置及方法

技术领域

本发明属于电气设备绝缘技术领域，具体涉及一种用于高压电缆的直流积分电荷测量装置及方法。

背景技术

绝缘材料在运行过程中会受到电、热、机械力等多应力作用的影响而发生老化，导致绝缘性能下降，最终发生击穿。绝缘的老化不可避免，实现对绝缘老化状态的快速、无损检测依然面临巨大的挑战，解决这一难题，是未来行业发展的迫切需求。

目前对于绝缘材料的电缆的寿命大多基于定性分析，未能有效对其进行定量分析。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于高压电缆的直流积分电荷测量装置及方法。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种用于高压电缆的直流积分电荷测量装置，其特征在于：包括电缆线芯、电缆屏蔽层、直流稳压电源、皮安表保护模块及数字皮安表，所述电缆线芯外部设置有电缆屏蔽层，所述直流稳压电源连接至所述电缆线芯，所述电缆屏蔽层通过皮安表保护模块连接至所述数字皮安表，所述直流稳压电源、皮安表保护模块及数字皮安表均连接至地电极，所述电缆线芯上设置有针电极。

而且，所述直流稳压电源的输出电压恒定为1kV，保证电缆内绝缘泄露电流稳定。

而且，所述皮安表保护模块由限流电阻和双向瞬态二极管构成，电缆屏蔽层通过限流电阻接至数字皮安表，双向瞬态二极管与数字皮安表并联保护系统正常运行。

而且，所述数字皮安表的型号为B2983A，最小量程为2pA，最大读取速率为20000读数/秒。

一种用于高压电缆直流积分电荷测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)开启数字皮安表电源开关，将皮安表调节至电荷测量档，数字皮安表设置为自动触发模式，开启数字皮安表的测量开关；

2)开启直流稳压电源的开关，旋转直流稳压电源的调压旋钮；

3)保持电压稳定，测量10min电缆屏蔽层积分电荷；

4)关闭数字皮安表的测量开关，读取皮安表的测量数据，处理测量数据，评估电缆的绝缘状态。

而且，所述步骤2)中，需要迅速转动旋钮，使升压时间不超过5s，

一种用于高压电缆直流积分电荷的绝缘状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)取多段直流电缆，同一截面等间距分别插入不同数量的针电极，保证针电极针尖处与电缆线芯间距2mm，所有针电极共同接地；

2)各组电缆线芯施加相同等级电压，取不同时间节点进行直流积分电荷测量，记录实验数据；

3)将各组电缆的积分电荷-时间散点数据利用最小二乘法计算拟合曲线的斜率，其作为电缆绝缘状态评估的指标。

而且，步骤1)中，调整插入针电极的数量目的是模拟电树枝生长区域的大小。保证针电极同一截面的等间距插入保证针电极针尖场强相等，针尖曲率半径为3.5μm±0.3μm。

而且，所述步骤2)中线芯施加电压为8kV，该设置电压应大于针-电缆线芯电极的起树电压，时间节点设置为30min、1h、2h，模拟电树枝生长的不同阶段。

而且，所述步骤3)中数据处理软件为Labview，拟合曲线的斜率与电缆内绝缘泄漏电流对应，直流积分电荷曲线斜率增大说明电缆绝缘状态劣化。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明提出了用于电缆积分电荷测量的实验装置，可用于测量10min内高压电缆的积分电荷变化量，电源确定为1kV高压稳压电源，相比于其它方法，测试电压较小，测试过程中不会对电缆绝缘性能产生影响。测试电压较为稳定，测试结果受电源影响小，保证了测试方法的可行性。

2、本发明提出的高压电缆直流积分电荷测量方法，装置结构简单，操作容易，测试结束后，数字皮安表的数据可以及时传输给计算机，计算机数据处理及其显示功能强大，采用Labview软件搭配易操作的前面板，可以快速得到不同时间段曲线的斜率大小。可以较精确的评估不同老化程度电缆的绝缘性能。

3、与现有技术相比，本发明的装置结构简单，成本较低，测试结果稳定，且测量时间较短，可以快速测量电缆直流积分电荷量，为电缆绝缘状况快速评估提高了研究途径，从而对验证和完善高压电缆电树枝等老化机理的理论研究具有重要意义。

附图说明

图1是本发明直流积分电荷测量装置的结构示意图；

图2是本发明不同时间节点的电缆试样直流积分电荷曲线图。

附图标记说明

1-针电极；2-限流电阻；3-皮安表保护模块；4-双向瞬态二极管；5-数字皮安表；6-电缆屏蔽层；7-电缆线芯；8-直流稳压电源；9-地电极。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种用于高压电缆的直流积分电荷测量装置，其创新之处在于：包括电缆线芯7、电缆屏蔽层6、直流稳压电源8、皮安表保护模块3及数字皮安表5，所述电缆线芯外部设置有电缆屏蔽层，所述直流稳压电源连接至所述电缆线芯，所述电缆屏蔽层通过皮安表保护模块连接至所述数字皮安表，所述直流稳压电源、皮安表保护模块及数字皮安表均连接至地电极9，所述电缆线芯上设置有针电极。

直流稳压电源的输出电压恒定为1kV，保证电缆内绝缘泄露电流稳定。

而且，所述皮安表保护模块由限流电阻2和双向瞬态二极管4构成，电缆屏蔽层通过限流电阻接至数字皮安表，双向瞬态二极管与数字皮安表并联保护系统正常运行。

数字皮安表的型号为B2983A，最小量程为2pA，最大读取速率为20000读数/秒。

积分电荷由数字皮安表进行测量，而电阻和双向瞬态二极管则主要起到保护皮安表的作用。

一种用于高压电缆直流积分电荷测量方法，包括以下步骤：

1)开启数字皮安表电源开关，将皮安表调节至电荷测量档，皮安表设置为自动触发模式，开启皮安表的测量开关；

2)开启直流稳压电源的开关，迅速旋转直流稳压电源的调压旋钮，保证升压时间不超过5s

3)保持电压稳定，测量10min电缆屏蔽层积分电荷；

4)关闭皮安表的测量开关，读取皮安表的测量数据，处理测量数据，评估电缆的绝缘状态。

通过图1所示的装置结构，参照本发明的高压电缆直流积分电荷测量方法，进行测试的具体步骤如下：

将准备好的老化电缆试样，同一截面等间距分别插入不同数量的针电极1，保证针电极针尖处与电缆线芯间距2mm，所有针电极共同接地。保证针电极同一截面的等间距插入保证针电极针尖场强相等。针尖曲率半径为3.5μm±0.3μm。

各组电缆线芯施加8kV电压，取时间节点30min、1h、2h进行直流积分电荷测量，记录实验数据。

利用Labview软件，将各组电缆的积分电荷-时间散点数据利用最小二乘法计算拟合曲线的斜率，其作为电缆绝缘状态评估的指标。

通过图2所示的测量结果，说明随着老化时间增长，直流积分电荷曲线的斜率也会增长，本发明可以起到电缆老化评估的效果。

本发明为了解决其他绝缘评估方法往系统引入新的缺陷和评估精度不够的问题，提出了一种用于高压电缆的直流积分电荷实验装置及测量方法。相关研究指出，由于绝缘材料内部的缺陷或是绝缘结构设计不合理导致局部电场集中，从而诱发电缆绝缘电树枝。对于电缆绝缘评估，现有超低频介损测量法和局部放电在线监测法。但是前者所施加的电压较高，有一定概率对电缆绝缘产生新的破坏。后者易受周边环境干扰，测试精度不够。采用本发明用于高压电缆的的直流积分电荷实验装置及测量方法，对电缆缺陷进行无损测量，实时得到电缆绝缘的绝缘状态，为验证并完善电缆电树枝生长理论模型奠定基础，对电网电缆绝缘击穿灾害的防治具有重要的意义。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。