[发明专利]一种基于核磁共振的交联聚乙烯电缆老化程度评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于核磁共振原理来对交联聚乙烯电缆老化程度进行评估的方法，具体涉及到交联聚乙烯电缆微观性能与其老化程度的关系。

背景技术

交联聚乙烯（XLPE）电缆是电力输变电中非常重要的设备，它对电力负荷安全、稳定传输有着瓶颈式的制约作用，XLPE电缆的设计寿命大约为30年，国内一些电力公司早期投入使用的电缆已经接近使用年限，电缆由于施工不规范、以及天气与人为原因，造成电缆运行环境恶化，例如，电缆的堆积、积水、淤泥、垃圾的填充等。研究表明电缆隧道内运行环境的变化，会导致电缆的温度升高，电缆的老化程度加剧。除了影响电缆自身的寿命之外，还会引起对电网运行稳定性的影响。由于电缆运行环境遭到破坏以及电缆的重叠，使得很多电缆的散热通道得到破坏，从而电缆在运行时容易产生局部过热等故障，包括：局部过热、绝缘受潮与老化以及不规范施工导致的机械损伤。

由于运行环境恶劣，很多城市的地下电缆为了确保电缆的安全运行，都在低负荷状态运行，电缆的利用效率低，运行成本高。为了提高电缆运行的经济型及供电可靠性，国家电网已经开始进行资产全寿命评估。因此在保证电缆的安全运行的前提下，提高电缆的运行效率与利用率，降低电缆的运行成本是电力公司目前亟需解决的问题。

目前的热老化寿命评估方法诸如常规法、差示扫描量热法（DSC）、Weibull分布模型法等方法。但常规法和Weibull分布模型法只是考虑绝缘材料的某一种性能参数的改变情况，与实际情况有一定的差异。DSC方法无法从理论上建立该法所提供的信息和材料功能性失效之间的关系。特别是由于交联聚乙烯电缆铺设以及运行环境的复杂性，在实际运行中会受到电、热、化学以及水等因素的影响，导致其老化，目前主要从宏观角度，根据交联聚乙烯某一种性能的变化来评估其运行状态以及使用寿命，不能全面考虑其老化因素带来的影响，导致评估结果与实际情况有一定的差异。

发明内容

本发明的目的是克服根据某一宏观参数来评估交联聚乙烯电缆老化程度存在的不足，提供一种根据绝缘材料的微观分子结构评估交联聚乙烯电缆老化程度的方法。绝缘材料发生老化时，其分子结构或聚合物序列会改变，从而引起材料微观结构发生改变，其正常情况下分子结构图如图1所示，由于交联聚乙烯的主要组成是C-H键，当发生老化时，分子结构就会发生改变。而核磁共振作为一种检测物质微观结构的方法，对高分子材料的化学组成及同种组成中不同的结构序列都能较好的区分，所以本发明基于核磁共振原理提供一种可以从微观角度来表征交联聚乙烯老化情况，便于评估交联聚乙烯电缆的老化状态。

核磁共振谱的特征（如谱线的宽度、形状及面积）可以表征原子核的性质和所处的环境，并确定分子结构。对样品进行核磁共振分析并反演后，我们可以得到化学位移（弛豫时间）、峰面积等参数，可以利用它们来确定分子结构的变化。绝缘材料在老化过程中由于大分子降解、劣化等，材料分子结构会发生改变，首先通过核磁共振分析仪测试绝缘材料正常情况下的分子结构情况，并且测试绝缘材料在老化过程中的分子结构情况，可以得到交联聚乙烯的老化程度与其微观性能的关系，可以更加精确的评估其老化程度。

本发明采用的技术方案是，一种基于核磁共振的交联聚乙烯电缆老化程度评估方法，包括以下步骤：

1）利用核磁共振获取正常交联聚乙烯电缆的分子结构

取正常交联聚乙烯电缆的绝缘层材料，沿着绝缘层轴向方向取样，并切成大小均匀的颗粒，称取1.2克作为正常样品，利用核磁共振分析仪对正常样品进行分析，获取正常交联聚乙烯电缆的峰面积SP₀以及纵向弛豫时间RTL₀；核磁共振分析仪参数设置如下：中心频率为22MHz，偏移频率为584.347825 KHz，脉冲序列重复时间为2000us,重复采样次数为16。

2）对正常交联聚乙烯电缆进行老化试验并取样

取正常交联聚乙烯电缆，切成若干段短电缆，每段短电缆长15～20厘米，利用空气热老化箱在90℃、110℃以及130℃三个温度下，对短电缆进行老化试验，每个温度下取样7次，每次取样的时间间隔呈等比关系；将老化试验后的短电缆分别沿着绝缘层轴向方向取样，并切成大小均匀的颗粒，称取1.2克作为老化样品。

3）对老化交联聚乙烯电缆特征量进行核磁共振分析