[发明专利]一种表征分析交联聚乙烯海缆绝缘材料老化状态的方法

说明书

本发明涉及一种表征分析交联聚乙烯海缆绝缘材料老化状态的方法，属于绝缘材料性能状态评估领域。本发明首先对交联聚乙烯海缆的主绝缘介质进行加速热老化和机械拉伸试验，并依据不同老化状态样品的断裂伸长率保留率变化划分样品老化状态评估区间；其次利用傅里叶红外光谱测试仪对不同老化状态样品内部官能团以及共价键等进行快速检测，选取变化明显的傅里叶红外光谱特征指纹吸收峰区间作为研究对象；最后将傅里叶红外光谱所得特征指纹吸收峰面积与断裂伸长率保留率划分区间相匹配，实现通过红外光谱特征指纹吸收峰面积表征交联聚乙烯海缆绝缘介质的老化状态。本发明的评估方法具有更快速、表达材料性能变化信息量更丰富的优点。

技术领域

本发明属于绝缘材料性能状态评估领域，具体涉及一种表征分析交联聚乙烯海缆绝缘材料老化状态的方法。

背景技术

海洋输电是具有国家战略性意义的一项大工程，承担着实现未来能源互联、海上可再生能源并网以及向海上设施平台输电等项目的重大使命。海底电缆是海洋输电过程中的关键装备和重要基础，对实现海洋输电安全、稳定运行发挥重要作用。但海底环境复杂多变，海底电缆在实际运行过程中会受到热、电、机械以及环境等因素影响，电缆主绝缘介质逐渐发生老化，主绝缘介质的介电、力学以及理化等性能逐渐变差，海底电缆承受的击穿场强逐渐降低，严重威胁海底电缆的安全稳定运行。因此，研究实现能快速、准确评估海底电缆主绝缘介质老化状态的方法尤为迫切。

国内外研究学者针对电缆主绝缘介质的性能状态评估开展了较多研究，常用的研究方法有极化去极化电流法、频域介电谱法、逐级耐压法、等温松弛电流法、机械拉伸法、傅里叶红外光谱法等。杨帆等利用极化去极化电流法对不同老化状态电缆进行测试，提出通过分析电介质内部陷阱参数老化因子A来判断电缆老化状态的方法，研究表明随电缆老化程度加深，老化因子A呈现增大趋势。刘刚等利用逐级耐压法和等温松弛电流法对不同厂家和不同老化状态的电缆进行测试，研究表明逐级耐压法结果可具体评估电缆老化状态，等温松弛电流法可作为趋势性结果评估电缆老化状态。朱晓辉等对不同运行年限的电缆绝缘进行介电和理化性能测试，提出通过分析不同运行年限电缆绝缘的介损、氧化诱导期、羰基指数和击穿场强变化来判断电缆绝缘老化状态的方法。李欢等通过利用不同理化测试手段分析研究了不同老化状态下交联聚乙烯材料内部晶体结构的变化，研究表明随样品老化状态加深，材料内部结构先重结晶再加速热氧化，热氧化阶段内部球晶数目减少，晶体结构破坏严重。S.Hvidsten等研究了热老化对XLPE电缆绝缘材料频域介电特性和微观结构的影响，提出利用XLPE电缆绝缘材料的相对介电常数、介质损耗因数和羰基含量判断XLPE材料老化状态的方法。

目前，利用频域介电谱和极化去极化电流等方法分析评估海缆绝缘介质性能状态的研究成果丰富，但存在测试耗时较长的不足；基于傅里叶红外光谱分析的传统评估方法是通过羰基指数变化分析材料的性能状态，此方法仅聚焦材料内部单一基团变化，反映劣化材料内部结构变化的信息有限。

海缆安全稳定运行主要取决于其主绝缘介质的老化状态，主绝缘介质的微观结构变化是影响介质宏观性能好坏的本质原因。利用傅里叶红外光谱可快速检测得到主绝缘介质内部基团和共价键(可表征为特征指纹吸收峰)的变化。需要实现通过红外光谱特征指纹吸收峰面积表征交联聚乙烯海缆绝缘介质的老化状态，以获得比传统评估方法更快速、表达材料性能变化信息量更丰富的优点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种表征分析交联聚乙烯海缆绝缘材料老化状态的方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种表征分析交联聚乙烯海缆绝缘材料老化状态的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将交联聚乙烯海缆的主绝缘层进行热老化形成不同老化状态的样品；

(2)将步骤(1)中所述不同老化状态的样品按照1～500mm/min的拉伸速率进行相同速率下的拉伸处理至断裂，根据所述样品的断裂伸长率保留率划分成不同的状态评估区间：