模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统及方法与流程

本发明涉及电气工程高电压与绝缘，特别是涉及一种模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统及方法。

背景技术：

1、高压电缆输电具有大规模、远距离、低损耗等优势，适应我国能源基地与负荷中心分布极不均匀的特点，是实现海上风电并网、新能源规模化利用的必要途径，更是实现“双碳”战略目标和新型城镇化建设的关键物质基础。

2、高压电缆在运行过程中，负荷大小的波动不平缓，在正常运行时会出现负荷突然增大的工况。聚丙烯电缆的正常运行温度在70℃左右，当负荷急剧增大时，线芯中流过的电流增大，电缆绝缘层因电流热效应会在短时间内急速升温，可达到140℃甚至更高的温度。而聚丙烯材料由于不具备交联网络，一旦超过熔融温度其电气性能和机械性能会快速下降，而过负荷会导致电缆短时温升到极端高温，因此电缆在此温度下运行，其电气、机械性能均会受到较大影响。

3、高压电缆绝缘电树枝现象是绝缘劣化的主要形式，严重威胁聚丙烯绝缘电缆的安全稳定运行。局部放电会诱发产生树枝状放电通道，最终可导致电缆主绝缘发生击穿，同时绝缘温度变化会对电树枝的发展产生较大影响。目前仍有较少文献报道高压电缆用绝缘材料在短时过负荷下的电树枝劣化演变规律。

4、因此，如何开展模拟短时过负荷下的电缆绝缘电树枝劣化实验，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统及方法，可以获取模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化行为与局部放电特征，以确定短时过负荷对电缆绝缘性能造成的影响。其具体方案如下：

2、一种模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统，包括：屏蔽壳体，位于所述屏蔽壳体内的插针绝缘试样、热电偶式温度传感器、电热丝和显微式摄像头，以及位于所述屏蔽壳体外的控温器、高频电流互感器、局部放电采集系统、视频采集设备和用于提供交流电压的电压控制电路；其中，

3、所述插针绝缘试样分别与所述电压控制电路和所述高频电流互感器电性连接；

4、所述热电偶式温度传感器、所述电热丝分别与所述控温器电性连接；

5、所述显微式摄像头与所述视频采集设备电性连接；

6、所述高频电流互感器与所述局部放电采集系统电性连接。

7、优选地，在本发明实施例提供的上述模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统中，所述电压控制电路包括直流电压源、脉冲电压发生器、第一滤波电容、保护限流电阻、第二滤波电容；其中，

8、所述直流电压源的第一输出端分别与所述脉冲电压发生器的第一端、所述第一滤波电容的第一端电性连接并接地；所述直流电压源的第二输出端分别与所述第一滤波电容的第二端、所述保护限流电阻的第一端电性连接；所述保护限流电阻的第二端分别与所述第二滤波电容的第一端、所述插针绝缘试样电性连接；所述第二滤波电容的第二端与所述脉冲电压发生器的第二端电性连接。

9、优选地，在本发明实施例提供的上述模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统中，所述直流电压源包括电源变压器、整流电路、调压旋钮和保护开关。

10、优选地，在本发明实施例提供的上述模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统中，所述脉冲电压发生器包括直流电源、大功率绝缘栅双极型晶体管和高压脉冲变压器。

11、优选地，在本发明实施例提供的上述模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统中，所述插针绝缘试样中埋置有针电极，且所述针电极的针尖与所述插针绝缘试样的底边之间具有设定垂直距离。

12、优选地，在本发明实施例提供的上述模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统中，所述屏蔽壳体的顶部中间留有第一绝缘过孔，底部中间留有第二绝缘过孔；

13、所述插针绝缘试样通过所述第一绝缘过孔与所述电压控制电路电性连接；

14、所述插针绝缘试样通过所述第二绝缘过孔与所述高频电流互感器电性连接。

15、优选地，在本发明实施例提供的上述模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统中，所述热电偶式温度传感器、所述电热丝、所述控温器均具有两个且相对于所述屏蔽壳体顶部和底部的中点连线对称设置。

16、本发明实施例还提供了一种本发明实施例提供的上述模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统的实验方法，包括：

17、制备电树枝劣化实验用插针绝缘试样；

18、启动控温器，将实验环境温度升至电缆设定运行温度并保持恒温；

19、安装所述插针绝缘试样至实验系统，启动视频采集设备和局部放电采集系统，通过所述控温器设置最高温度以及不同温升速率，并对所述插针绝缘试样施加交流电压，开始实验；

20、待实验完成后，收集所述视频采集设备和所述局部放电采集系统的数据，获得模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化与局部放电特征。

21、优选地，在本发明实施例提供的上述实验方法中，制备电树枝劣化实验用插针绝缘试样，包括：

22、在平板硫化机中使用钢制模具压制方式制备电树枝劣化实验用插针绝缘试样。

23、优选地，在本发明实施例提供的上述实验方法中，获得模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化与局部放电特征，包括：

24、根据所述视频采集设备所获得的电树枝生长过程录像，计算电树枝劣化面积随时间变化情况，以表征电树枝劣化特征；

25、根据所述局部放电采集部件所获得的局部放电最大幅值、局部放电次数，以表征局部放电特征。

26、从上述技术方案可以看出，本发明所提供的一种模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统，包括：屏蔽壳体，位于屏蔽壳体内的插针绝缘试样、热电偶式温度传感器、电热丝和显微式摄像头，以及位于屏蔽壳体外的控温器、高频电流互感器、局部放电采集系统、视频采集设备和用于提供交流电压的电压控制电路；其中，插针绝缘试样分别与电压控制电路和高频电流互感器电性连接；热电偶式温度传感器、电热丝分别与控温器电性连接；显微式摄像头与视频采集设备电性连接；高频电流互感器与局部放电采集系统电性连接。

27、本发明提供的上述模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统，考虑了电缆实际运行过程中由于负荷突然增大而造成的短时温升现象，可以通过控温器对壳体内实验环境温度进行相应的控制，利用电压控制电路对插针绝缘试样施加交流电压，收集视频采集设备和局部放电采集系统的数据，得到电树枝生长情况和局部放电变化情况，进而能够获取模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化行为与局部放电特征，以确定短时过负荷对电缆绝缘性能造成的影响。

28、此外，本发明还针对模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统提供了相应的方法，进一步使得上述系统更具有实用性，该方法具有相应的优点。

技术特征：

1.一种模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统，其特征在于，包括：屏蔽壳体，位于所述屏蔽壳体内的插针绝缘试样、热电偶式温度传感器、电热丝和显微式摄像头，以及位于所述屏蔽壳体外的控温器、高频电流互感器、局部放电采集系统、视频采集设备和用于提供交流电压的电压控制电路；其中，

2.根据权利要求1所述的模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统，其特征在于，所述电压控制电路包括直流电压源、脉冲电压发生器、第一滤波电容、保护限流电阻、第二滤波电容；其中，

3.根据权利要求2所述的模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统，其特征在于，所述直流电压源包括电源变压器、整流电路、调压旋钮和保护开关。

4.根据权利要求3所述的模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统，其特征在于，所述脉冲电压发生器包括直流电源、大功率绝缘栅双极型晶体管和高压脉冲变压器。

5.根据权利要求1所述的模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统，其特征在于，所述插针绝缘试样中埋置有针电极，且所述针电极的针尖与所述插针绝缘试样的底边之间具有设定垂直距离。

6.根据权利要求1所述的模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统，其特征在于，所述屏蔽壳体的顶部中间留有第一绝缘过孔，底部中间留有第二绝缘过孔；

7.根据权利要求6所述的模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统，其特征在于，所述热电偶式温度传感器、所述电热丝、所述控温器均具有两个且相对于所述屏蔽壳体顶部和底部的中点连线对称设置。

8.一种如权利要求1至7任一项所述模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统的实验方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的实验方法，其特征在于，制备电树枝劣化实验用插针绝缘试样，包括：

10.根据权利要求9所述的实验方法，其特征在于，获得模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化与局部放电特征，包括：

技术总结
本申请涉及电气工程高电压与绝缘技术领域，公开了一种模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化实验系统及方法，包括：屏蔽壳体，位于屏蔽壳体内的插针绝缘试样、热电偶式温度传感器、电热丝和显微式摄像头，以及位于屏蔽壳体外的控温器、高频电流互感器、局部放电采集系统、视频采集设备和用于提供交流电压的电压控制电路；其中，插针绝缘试样分别与电压控制电路和高频电流互感器电性连接；热电偶式温度传感器、电热丝分别与控温器电性连接；显微式摄像头与视频采集设备电性连接；高频电流互感器与局部放电采集系统电性连接。这样能够获取模拟电缆短时过负荷下的绝缘电树枝劣化行为与局部放电特征，以确定短时过负荷对电缆绝缘性能造成的影响。

技术研发人员：赵旭阳,吴芳芳,柯定芳,刘浩,李忠磊,杜伯学,章益
受保护的技术使用者：浙江华电器材检测研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15