[发明专利]基于Crine模型XLPE绝缘材料老化寿命评估方法

说明书

本发明公开了一种基于Crine模型XLPE绝缘材料老化寿命评估方法，包括：对XLPE绝缘材料试样进行不同温度不同时间步长逐级升压实验；采用Weibull分布求解获取XLPE绝缘材料试样的特征时间、特征电压和最后一步时间；对XLPE绝缘材料老化寿命作三个假设；得到改进Crine模型，测量拟合曲线在不同温度、不同电压等级下的电导电流密度，采用改进Crine模型求解XLPE绝缘材料试样的活化自由能ΔG；确定不同温度下随电场变化XLPE绝缘材料的老化寿命。该发明解决了以往老化模型仅考虑电场和单电子作用下的老化问题，可以用于测量各种绝缘材料的老化寿命。

技术领域

本发明属于绝缘材料老化寿命的测量方法，特别是涉及逐步升压法下的XLPE直流电缆绝缘材料老化寿命评估方法。

背景技术

近几年来，随着国民经济的迅速发展，我国对电能的需求也飞速增长，电网规模也日益扩大。我国也逐步开展了针对海上风电、潮汐能等海洋可再生能源的研究，而海底电缆作为电能输送的载体，在海洋能源开发领域具有关键作用。鉴于交流输电系统存在一些难以克服的问题，特别是远距离交流输电存在同步运行稳定性的问题，所以柔性直流输电技术得到了充足的发展，尤其是以交联聚乙烯绝缘材料为绝缘材料的直流电缆已经应用到多种电压等级的输电工程中。

直流电缆绝缘材料在外部因素单独作用或内外部因素共同作用下，会出现出多种老化现象。国内外学者根据电老化的数学统计规律，提出了经验模型来反映老化绝缘材料的老化规律，如Dakin模型、反幂模型、指数模型等。但这类经验模型也存在明显的缺陷，即无法直接反映老化的内在机理，无法建立与材料本身物理、化学特性之间的联系。为解决这一问题，有学者提出了反映老化物理机理的Crine模型。但Crine模型只考虑了在电场作用下的单个电子对老化的影响，而现在的研究表明老化是一个多电子作用的过程

因此，多电子作用下的老化机理渐渐成为研究的重点。

发明内容

针对传统电缆XLPE绝缘材料老化寿命测试所采用的恒定耐压法实验时间较长，实验条件严格，反幂模型不能反映老化机理以及只考虑了在电场作用下的单个电子对老化的影响的问题，发明的目的在于提供一种电导电流特性为电极效应限制和多电子作用下的老化寿命模型，该模型考虑了电导电流下多电子作用对老化的影响，且实验时间短，重复实验次数多，求解方法误差小，能够很好地求解基于改进Crine模型参数，并预测XLPE绝缘材料老化寿命。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明一方面，提供了一种基于Crine模型XLPE绝缘材料老化寿命评估方法，包括：

在不同温度下，对XLPE绝缘材料试样进行不同时间步长逐级升压实验；

采用Weibull分布求解获取XLPE绝缘材料试样的特征时间、特征电压和最后一步时间；

对XLPE绝缘材料老化寿命作三个假设；

基于三个假设，得到改进Crine模型，确定XLPE绝缘材料老化寿命与电导电流密度关系；

测量在不同温度、不同电压等级下的电导电流密度，通过拟合曲线推导更高电场强度下的电导电流密度；

根据XLPE绝缘材料样品特征时间、特征电压和最后一步时间，和更高电场强度下的电导电流密度，采用改进Crine模型求解XLPE绝缘材料试样的活化自由能ΔG；

根据XLPE绝缘材料样品的老化特征参数活化自由能ΔG，确定不同温度下随电场变化XLPE绝缘材料的老化寿命。

优选的，升压实验起始电压为10kV，时间步长1min，5min，25min分别为，电压步长为5kV，升压速率为1000V/s。

优选的，对XLPE绝缘材料老化寿命作三个假设包括：