一种电力电缆附件界面闪络试验装置的制作方法

本实用新型涉及电力电缆绝缘检测技术领域，具体涉及一种电力电缆附件界面闪络试验装置。

背景技术：

电线电缆是电力运输的关键部分，承担着输送电能的重任。交联聚乙烯电力电缆凭借其优异的机械和电绝缘性能及较高的经济效益，正越来越广泛的应用在电气电力电缆绝缘中。与传统的油纸绝缘相比，交联聚乙烯聚合物绝缘材料具有成本低、制造成型简单、机械和电绝缘强度良好、耐腐蚀能力强、无需保养性及重量大大减轻等优点，明显优于油纸绝缘。交联聚乙烯在城市电网的安全运行中发挥了重要的作用。

交联聚乙烯电力电缆的附件，又称电缆接头，是连接电缆与输配电线路及其相关配电装置的元件，一般指电缆线路中各种电缆的中间连接及终端连接，它与电缆一起构成电力输送网络。电缆附件主要是依据电缆结构的特性，既能保证电缆的性能和终端的连接，又能延长电缆的长度。

随着交联聚乙烯电力电缆的大量使用，电缆附件使用量也相应增加，现已广泛地使用在中高压配电电力电缆上。在电缆运行故障中，电缆附件故障占了约63％，其中因介质界面闪络放电原因导致附件故障约占总数的97％。统计表明，由于附件故障引发火灾和大面积停电的事故屡见不鲜，对人民的生产生活造成巨大损失。

电缆的附件均为多层固体复合介质绝缘结构，见图1。电缆在运行过程中，预制型硅橡胶电缆附件与电缆绝缘层之间界面由于热胀冷缩产生的呼吸效应和电泳效应，使潮气和迁移水分在界面凝结成很高的介电常数水珠，激发界面沿面放电。电缆附件直至现今依然是电缆系统的最薄弱环节。根据相关统计，电力电缆运行的实际经验表明电缆绝缘和接头绝缘之间的交界面最容易发生击穿。

目前国内外对闪络特性的研究多关注于绝缘子串、油纸复合绝缘等额外绝缘闪络特性研究，很少涉及电缆附件内部，即附件内部的绝缘材料之间的固-固界面闪络特性研究，更少提及粗糙度，界面缺陷、界面污秽程度等因素对电缆附件的绝缘材料之间的复合界面闪络特性的影响，所以也没有相应的检测试验设备。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种电力电缆附件界面闪络试验装置，解决了现有技术中电缆绝缘和附件绝缘之间界面闪络实验装置复杂且不易操作控制的问题，为研究电缆老化过程中粗糙度、界面的缺陷以及界面的污秽等因素对电缆接头复合界面绝缘性能的影响提供了必要的设备支持。

本实用新型所采用的技术方案是，一种电力电缆附件界面闪络试验装置，包括复合试样固定结构、信号采集与测量装置和高压电源，复合试样固定结构一端与限流电阻及高压电源依次连接，复合试样固定结构的另一端与采样电阻连接，信号采集与测量装置与采样电阻连接。

本实用新型的特点还在于，

信号采集与测量装置包括互相连接的采集卡和电脑终端，采集卡与采样电阻连接。

高压电源与一个分压器并联，即分压器的两端分别与高压电源的两端连接，分压器也与采集卡连接。

复合试样固定结构的结构，包括两块平行设置的高强度透明玻璃和设置在其中的复合试样，复合试样包括接上下叠放的透明硅橡胶层和交联聚乙烯层，两者相接触的部分为界面，在界面处设置有两个电极。

两个电极分别与采样电阻和限流电阻连接。

两个电极之间的位置相对设置，但是两个电极之间并不接触。

上下两层高强度透明玻璃通过几组绝缘螺栓和绝缘螺母固定，可以通过调节绝缘螺栓和绝缘螺母来调节和改变两个玻璃板之间的压力。

高压电源的一端与限流电阻连接，另一端接地。

采样电阻的一端与电极连接，另一端接地。

本实用新型的有益效果是，针对电缆绝缘和附件绝缘之间由于存在界面的粗糙、界面的缺陷以及界面的污秽等因素在电老化后引起界面绝缘性能下降的现象，研究得出界面粗糙度、界面缺陷和界面污秽程度对闪络性能的影响，并提出存在界面缺陷时界面闪络起始及发展的规律及机理。对改善现有附件结构、指导附件的安装，具有重要的意义和实用价值。本试验装置经济成本低、结构简单、操作方便，可靠性强，实用性强，便于实验室测量和推广使用。

附图说明

图1为电缆附件部分的结构示意图；

图2为本实用新型电力电缆附件界面闪络试验装置的整体电路结构示意图；

图3为本实用新型的电力电缆附件界面闪络试验装置中复合试样固定结构的结构示意图；

图4本实用新型电力电缆附件界面闪络试验装置中试样固定结构的正面结构示意图；

图5为利用本实用新型的电力电缆附件界面闪络试验装置进行采样时得到的电压波形图。

图中，1.复合试样，2.高强度透明玻璃，3.电极，4.界面，5.绝缘螺母，6.绝缘螺栓，7.高压电源，8.信号采集与测量装置，8-1.采样卡，8-2.电脑终端，9.采样电阻，10.限流电阻，11.交联聚乙烯层，12.透明硅橡胶层，13.分压器，14.复合试样固定结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种电力电缆附件界面闪络试验装置，如图2所示，包括复合试样固定结构14、信号采集与测量装置8和高压电源7，复合试样固定结构14一端与限流电阻10及高压电源7依次连接，复合试样固定结构14的另一端与采样电阻9连接，采集装置与采样电阻连接。

信号采集与测量装置8包括互相连接的采集卡8-1和电脑终端8-2，采集卡8-1与采样电阻9连接，用于采集试样中产生的放电电流的电压信号。

高压电源7的与一个分压器13连接，分压器13与电源7并联，即分压器13的两端分别与高压电源7的两端连接，其作用是对电压以一定比例进行分压，分压器13也与采集卡8-1连接，采集得到电源电压的同步信号，

其中，复合试样固定结构14的结构如图3所示，包括两块平行设置的高强度透明玻璃2和设置在其中的复合试样1，复合试样1包括接上下叠放的透明硅橡胶层12和交联聚乙烯层11，两者相接触的部分为界面4，在界面4处设置有两个电极3，两个电极分别与采样电阻9和限流电阻10连接，

两个电极3之间的位置相对设置，但是两个电极3之间并不接触，两个电极3的端部之间有一定的距离，这个距离与界面的电场强度相关，不能太小，太小的话极易放电，也不能过大，过大的话则很难放电。一般用100kV的变压器时，距离值为5mm～20mm。

上下两层高强度透明玻璃2通过几组绝缘螺栓6和绝缘螺母5固定，可以通过调节绝缘螺栓6和绝缘螺母5来调节和改变两个玻璃板之间的压力。

高压电源7的一端与限流电阻10连接，另一端接地。

采样电阻9的一端与电极3连接，另一端接地。

信号采集与测量装置8的作用是对发生闪络时的放电电流信号进行采集和测量，并同时采集电源同步信号与放电电流信号进行比对。

本实用新型的工作过程是，在交联聚乙烯层和透明硅橡胶层之间的界面为绝缘界面，界面两端预置两个电极3，其中一个电极连接高压电源的高压侧，另一个电极3连接一个采样电阻9后接地。

与采样电阻连接的采集卡8-1，对采样电阻上的电压进行采集。

样品制备实验界面构造，即复合试样由交联聚乙烯切片和透明硅橡胶片压合组成，如图4和图5所示。复合试样放置于两块透明有机玻璃实验板之间，界面的压力由固定在两块透明有机玻璃上的螺母施加。调节螺母为相等长度，即可使得每次施加在界面上的压力或压强的大小一致。实验支架都采用高强度绝缘材料，以保证相互之间绝缘，从而对电缆附件界面上的电场分布没有影响。由于玻璃和硅橡胶都采用透明片材，所以界面上的放电光可以透射出来。

实验材料的选择：采用交联聚乙烯薄片，作为装置中的交联聚乙烯层。硅橡胶薄片作为实验装置中的透明硅橡胶层，两个试样材料的的尺寸规格与交联聚乙烯薄切片一样。

首先，对两种试样进行表面处理，用酒精清洁试样表面，在20℃温度下至少干燥24小时。

试验在屏蔽实验室中进行，为防止高压引线出现电晕放电，高压引线的屏蔽线采用直径为的铝管。

具体的试验步骤为：

1、搭建好主电路和测量回路，把试样水平放置在有机玻璃板上，检查无误后接通电源。

2、预加电压，在未放置被测试样的情况下，连接好试验线路后，逐步调节升高试验电压，信号采集和测量装置8中的电脑终端软件界面中，一旦显示出现放电脉冲，记录试验电压，即为高压线路最低放电电压，也是最大允许试验电压Utmax；

3、测量起始放电电压：放置好被测试样后，均匀缓慢升高试验电压，信号采集和测量装置8中的电脑终端的显示界面中，一旦显示出现放电脉冲，记录试验电压，即为放电模型起始放电电压Ui。

4、放电电流信号测量：当Utmax大于设计的实验电压Ut时，在设计试验电压Ut下的测量局部放电信号；数据采集卡开始工作，进行采样，每次采集50个工频周期(1s时长)的放电样本。

5、再以2v的升压速度升高电压，直到界面发生闪络。观察放电现象直至闪络，记录起始放电电压、闪络电压。我们定义绝缘界面闪络发生的情况为：当界面击穿，相当于端子连接于高压电极和地之间，此时变压器仪表盘，显示由所施加电压值突然降低指示为0，并保持稳定。

6、对试样进行拍照。

7、在同一参数条件下，重复步骤2～6各5次，检查数据合理性后，更改参数条件继续试验。

根据上述试验方法进行试验后，可采集到的波形如图5所示，为当电极间距d＝14mm，外施电压9500kV时，复合界面放电采样电压波形和电源的同步电压波形。图5中的波形为5个周期采样后得到的波形，从图中可以看出，本实用新型的电力电缆附件界面闪络试验装置可以用来进行沿面放电模拟实验。

本实用新型的电力电缆附件界面闪络的试验装置，其中测量装置进行多参数同步测量的目的就是希望从多个侧面来综合全面地了解界面放电的过程，当放电电流采样使用的采样电阻为R。在界面闪络发生后，电路短路电流最大值达到I，因而电流采样电阻上的压降最大为U，则理论上在安全范围之内。使用采集卡对采样电阻上的电压进行采样，利用信号采集和测量装置8中的电脑终端对电源电压同步监测。电路连接好后即开始采样，升压方式为持续升压，升压速度为v保持升压直至界面放电发出脉冲信号并记录此电压值，即起始放电电压。然后，再继续升高电压，提高起始放电电压大小的10％。使得界面加速放电击穿，对放电电流波形进行分析时，把采集到的电压值除以R，还原为放电电流值。

本试验装置中的复合试样固定结构1，从结构和原理上说，在XLPE和硅橡胶两种材料的界面上形成了一定长度绝缘界面，组合试样界面两端预埋两电极组成了电极系统，一个电极连接高压电源的高压侧，另一个电极接地。施加外加电源后，两电极之间将形成均匀电场。由于两个电极的间距很小为d，而且两板均有较大的曲率半径为r，故可以近似认为电极与电极间的绝缘界面上的电场分布是均匀的，如此即可模拟电缆接头界面局部范围的切向电场。

本实用新型进行试验时，没有模拟垂直于界面的电场，是由于实际的电缆接头界面很长，在局部区域内的垂直界面电场可以近似均匀分布。另外为减少电极厚度对界面的影响，制作了厚度极薄的电极系统。所用电极材料为铝箔，前端裁剪成半径为r的半圆形电极夹在试样界面间并固定，后端剪成矩形通过导线连接电压源或接地。这样就减少电极上凸起引起的局部电场集中。在该试验中应该特别注意电极的安置，因为铝箔很薄，在安装时容易破损。电极间的电场与电极前端弯曲半径有关，弯曲半径大时电场分布较为均匀，弯曲半径小时电场分布不均匀性增强。