[发明专利]基于PEA空间电荷测量判断绝缘老化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种绝缘老化诊断技术，特别涉及一种基于PEA空间电荷测量判断绝缘老化的方法。

背景技术

随着电缆运行时间的增长，电气设备（如XLPE 电缆等）的主要绝缘会发生老化。绝缘老化可能会造成绝缘击穿事故，给生产和人民生活带来诸多不便，造成重大的经济损失。从统计数据可以看出，电缆的击穿事故的主要发生在电缆本体和附件，其中本体是电缆设备易出现故障的部位。导致电缆事故的原因除了电缆本体受外力破坏外，另一个重要原因是电缆设备（本体和附件）绝缘材质及制造工艺不良，在电场、水分、高温等环境因素的影响下绝缘性能严重老化。如不能准确掌握这些电缆的老化状态并采取相应措施，就会导致击穿事故，给社会的生产和居民的生活带来损失和不便。

无论何种老化原因都会导致电气设备主绝缘的材料结构发生变化，如化学键断裂，介质中微孔增多或长出树枝状结构等。这些缺陷使介质中陷阱数目增多，在电场的作用下会引起空间电荷的聚集。这些空间电荷不仅改变聚合物中的电场分布，而且在聚合物击穿和直流泄漏电流方面也起着重要的作用。空间电荷的产生对电树枝有强烈的影响，电缆中空间电荷的产生和积聚，会畸变绝缘中的电场分布，加速电树枝的生长，使材料的绝缘状态进一步老化。因此，空间电荷的分布和材料的老化程度存在一定的关系，然而这方面的研究报道还很少。

发明内容

本发明是针对电气设备中绝缘老化重要性的问题，提出了一种基于PEA空间电荷测量判断绝缘老化的方法，实现对电力电缆绝缘内部空间电荷的在线监测，根据测量的空间电荷数据对电力电缆绝缘进行老化评估。

本发明的技术方案为：一种基于PEA空间电荷测量判断绝缘老化的方法，具体包括如下步骤：

1）建立电声脉冲法空间电荷测量系统：高压脉冲源与高压电容串联后接电力电缆两端的上下铝电极，同时直流高压电源通过采样电阻也接电力电缆上下两端的上下铝电极，压电传感器紧贴在下铝电极下表面，压电传感器下采用有机玻璃声波吸收层对压电传感器上压力波反射进行吸收，压电传感器输出电压信号，此电压信号经过放大后送计算机；

2）进行空间电荷测试：首先高压电源在电力电缆的绝缘层中形成空间电荷，假设试样为均匀介质，绝缘层其内部空间电荷分布为                                               ，为未叠加外施高压脉冲时试样内部的电场强度，它由两部分电场强度贡献，即外施高压电源电场强度与空间电荷产生的电场强度，电力电缆与下铝电极界面上的面电荷密度为，电力电缆下表面的电场强度为；电力电缆上铝电极界面上的面电荷密度为，电力电缆上表面电场强度为，根据高斯通量定理，有

式中为真空介电常数，为相对介电常数；

对电力电缆加高压脉冲，在电力电缆上形成总的压力波P(t)，P(t)由三部分组成：P₀(t)为上铝电极电荷形成的压力波；P₁(t)为下铝电极电荷形成的压力波；P₂(t)为电力电缆绝缘层中空间电荷形成的压力波，通过压电传感器检测可得电压信号V_s：

式中：q(t)为压电传感器的压电薄膜形成的电荷，C_s为压电传感器的等值电容，d_ss为压电传感器的压电薄膜厚度方向的压电应变常数，代表了在压电薄膜厚度方向上施加1Pa 压强单位面积产生的电荷；g_ss为压电薄膜厚度方向的压电应力常数，代表了在压电薄膜厚度方向上施加1Pa 压强所产生的电场强度；d_s为压电薄膜的厚度，ε₀为真空介电常数，ε_r为相对介电常数；