一种基于热分析技术的高压电缆绝缘老化预测方法与流程

本发明属于电气绝缘，尤其是涉及一种基于热分析技术的高压电缆绝缘老化预测方法。

背景技术：

1、在高压电缆在运行过程中，会受到温度、电场、环境等多种因素的作用，高压电缆的绝缘材料会出现老化或劣化，进而引起突发性的电缆故障。另外在交联电缆制造、敷设、施工安装过程中存在的一些缺陷，通过交接试验后，在运行过程中这些缺陷会引起绝缘加速老化，从而引发故障，甚至引起大面积停电。运行中的电缆绝缘老化状况一直是电网运行单位关注的重点，但目前国内外对高压电缆绝缘老化的研究大多是未投入运行的新电缆，对已运行高压电缆绝缘性能的研究还较少。当高压电缆绝缘发生老化时，会造成电气性能、理化性能等的改变，因此，测量老化前后高压电缆绝缘的电气性能、理化性能的变化，并通过电缆绝缘材料各项性能与其老化之间的对应关系，对电缆绝缘老化状态进行有效评估，可以给电缆运维部门检修电缆设备以及制定电缆退役决策提供准确的判断依据，这对提高电缆线路的供电可靠性和提升电缆设备使用效率都具有非常重要的意义。

2、中国专利，公开号：cn112763541a，公开日：2021年05月07日，公开一种电缆绝缘材料的热寿命评估方法，采用在空气气氛和缓慢升温速率条件下进行tga分析，较好地模拟了热老化箱中的常规热老化过程，克服了在普遍采用的氮气气氛和高升温速率条件下因环境含氧量差异和温度过高导致材料老化机理发生改变以及所得化学反应活化能过高的缺陷。此外，通过监测材料在加速热老化试验过程中的重量变化，很好地解决了热分析法测定化学反应活化能时转化率选择的难题，实现了活化能的可靠测定，结合一个高温点下的加速热老化试验结果，应用点斜法，能够对电缆绝缘材料的热寿命进行快速有效的评估。此方案存在以下问题：采用tga分析在空气气氛和缓慢升温速率条件下进行，模拟热老化过程，对电缆的绝缘材料寿命进行评估，采用了缓慢的升温速率和常规热老化过程，需要更长的时间来获得结果，对电缆绝缘老化预测的准确性低。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中高压电缆绝缘老化预测方法准确性低的问题，提供一种基于热分析技术的高压电缆绝缘老化预测方法，通过热分析方法对检测样品进行热分析得到热焓变化和熵变化，进一步绘制热焓-熵变化曲线，基于热焓变化和熵变化在热焓-熵变化曲线上的位置信息建立全寿命数据库对高压电缆的绝缘老化程度进行预测，能够显著提高高压电缆绝缘老化预测的准确性。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于热分析技术的高压电缆绝缘老化预测方法，包括如下步骤：

4、s1、获取检测样品并对其进行编号；

5、s2、通过热分析方法对所述检测样品进行热分析获取热焓变化和熵变化；

6、s3、基于所述热焓变化、熵变化及对应编号绘制热焓-熵变化曲线；

7、s4、基于所述热焓-熵变化曲线确定热焓变化和熵变化的位置信息，采集环境条件参数并与所述位置信息建立全寿命数据库；

8、s5、基于所述全寿命数据库预测高压电缆的绝缘老化程度；

9、s6、基于所述绝缘老化程度制定改善措施。

10、上述技术方案中，通过热分析方法对检测样品进行热分析获取热焓变化和熵变化，绘制对应的热焓-熵变化曲线，基于热焓-熵变化曲线中热焓变化和熵变化的位置信息与环境条件参数建立全寿命数据库，基于全寿命数据库对高压电缆的绝缘老化程度进行预测，能够更准确地预测绝缘老化程度，有助于在电缆老化严重程度较严重时采取相关措施，能够显著提高高压电缆绝缘老化预测的准确性，提高了高压电缆的可靠性。

11、优选的，所述s1包括如下步骤：

12、s11、对高压电缆进行取样获取检测样品，所述检测样品包括导体侧检测样品和外屏蔽侧检测样品；

13、s12、确定各个检测样品对应的老化条件；

14、s13、基于对应的老化条件对所述检测样品进行编号，高压电缆上相同位置的导体侧检测样品和外屏蔽侧检测样品老化条件及对应编号相同。

15、上述技术方案中，通过将电缆绝缘靠近在电缆导体侧和外屏蔽侧获取导体侧检测样品和外屏蔽侧检测样品，通过对应老化条件分别对导体侧检测样品和外屏蔽侧检测样品进行编号，可以考虑不同的环境条件对绝缘老化的影响，有助于更全面地了解绝缘材料的老化情况，将导体侧和外屏蔽侧的检测样品分别进行编号，有助于追踪每个样品的老化过程，提供更准确的老化预测，帮助确定何时需要更换电缆绝缘材料，避免潜在的故障。

16、优选的，所述热分析方法为dsc差式扫描热量法。

17、上述技术方案中，通过dsc差式扫描热量法可以确定绝缘材料的老化温度，即在哪个温度下材料开始发生老化反应，能够防止电缆绝缘材料的过早老化。

18、优选的，所述s2包括如下步骤：

19、s21、确定dsc热分析仪器的加热条件；

20、s22、基于所述加热条件通过dsc热分析仪器对检测样品进行加热；

21、s23、dsc热分析仪器记录热分析数据，并基于所述热分析数据构建dsc图谱；

22、s24、基于所述dsc图谱获取热焓变化δh和熵变化δs。

23、上述技术方案中，通过dsc热分析仪器对检测样品进行加热，记录热分析数据并构建dsc图谱，基于dsc图谱获取热焓变化δh和熵变化δs，能够有助于模拟样品在不同温度下的热行为，得到较为准确的热焓变化δh和熵变化δs，可以更准确地对样品的热稳定性和老化特性进行分析。

24、优选的，所述s24包括如下步骤：

25、s241、确定所述dsc图谱中的热峰，包括吸热峰和放热峰；

26、s242、基于所述吸热峰计算吸热焓变，基于所述放热峰计算放热焓变；

27、s243、根据所述吸热焓变和放热焓变计算热焓变化δh；

28、s244、通过所述热焓变化δh及对应温度计算熵变化δs。

29、上述技术方案中，通过确定dsc图谱的吸热峰和放热峰来计算吸热焓变和放热焓变，基于吸热焓变和放热焓变计算总的热焓变化δh，再通过对应温度和热焓变化δ计算熵变化δs，能够了解电缆绝缘材料在不同温度下发生的热反应，助于评估绝缘材料的老化特性，帮助预测绝缘材料的寿命。

30、优选的，所述s3包括如下步骤：

31、s31、以热焓变化δh为横轴，熵变化δs为纵轴建立直角坐标系；

32、s32、基于热焓变化δh和熵变化δs确定每个检测样品的坐标位置；

33、s33、基于每个检测样品的坐标位置在直角坐标系上进行标记，得到坐标标记点；

34、s34、根据所述坐标标记点绘制热焓-熵变化曲线。

35、上述技术方案中，通过将热焓变化δh和熵变化δs分别作为横轴和纵轴建立直角坐标系，再根据具体坐标位置得到热焓-熵变化曲线，有助于全面了解材料的热稳定性和热动力学行为，热焓-熵变化曲线可以显示不同编号的高压电缆绝缘材料热性质的变化趋势。通过观察曲线的形状和趋势，可以识别出电缆绝缘材料的老化特征，可以预测电缆绝缘材料在未来的使用中性能的退化情况。

36、优选的，所述s4包括如下步骤：

37、s41、获取热焓变化值δh和熵变化值δs在热焓-熵变化曲线中的第一位置信息；

38、s42、采集高压电缆的环境条件参数；

39、s43、将所述环境条件参数与第一位置信息进行关联建立关联数据库；

40、s44、根据所述关联数据库构建全寿命数据库。

41、上述技术方案中，通过将热焓变化δh和熵变化δs在热焓-熵变化曲线中的第一位置信息与高压电缆的环境条件参数进行关联得到关联数据库，基于关联数据库构建全寿命数据库，可以将电缆绝缘材料的热性质数据与具体的环境条件参数相关联，使得老化预测更具个性化，因为不同的环境条件可能导致相同材料的不同老化速率和方式，通过考虑环境参数，可以更准确地预测特定电缆系统的寿命；基于关联数据库构建的全寿命数据库可以积累大量电缆绝缘材料的热性质数据和环境条件数据，可用于改进寿命预测模型，提高预测的准确性，可以根据实际的环境条件和材料性质，更准确地估计电缆绝缘的寿命。

42、优选的，所述环境条件参数至少包括绝缘材料制造时间、使用年限、运行温度、负荷情况。

43、上述技术方案中，通过考虑绝缘材料制造时间、使用年限、运行温度、负荷情况，可以提高高压电缆绝缘老化预测的准确性和实用性，这有助于确保电缆系统的可靠性和安全性，并在资源利用和维护方面取得更好的经济效益。

44、优选的，所述s5包括如下步骤：

45、s51、获取需要进行检测的样品的环境条件参数、热焓变化和熵变化；

46、s52、将所述需要检测的样品的环境条件参数、热焓变化和熵变化与全寿命数据库进行匹配，基于匹配结果确定需要检测的样品在直角坐标系中的第二位置信息；

47、s53、基于所述第二位置信息确定对应检测样品的绝缘材料老化程度；

48、s54、基于各检测样品的绝缘老化程度确定高压电缆的老化程度。

49、上述技术方案中，通过全寿命数据库构建绝缘老化预测模型，对高压电缆的老化程度进行预测，有助于提高电缆系统的可靠性、可维护性和安全性，同时降低运维成本，对电力系统和设备的长期稳定运行具有积极的影响，可有效延长电缆系统的寿命，降低维护和运行风险。

50、优选的，所述绝缘材料老化程度包括ⅲ级、ⅱ级、ⅰ级；所述s53包括如下步骤：

51、s531、确定所述第二位置信息与热焓-熵变化曲线的位置关系；

52、s532、基于所述位置关系确定对应绝缘材料老化程度；

53、所述s532，包括：

54、若第二位置信息在热焓变化曲线的下方位置，则绝缘材料老化程度为ⅰ级；

55、若第二位置信息在热焓变化曲线的中间位置，则绝缘材料老化程度为ⅱ级；

56、若第二位置信息在热焓变化曲线的上方位置，则绝缘材料老化程度为ⅲ级。

57、上述技术方案中，通过将第二位置信息与热焓-熵变化曲线的位置关系相结合，明确了绝缘材料的老化程度分类，有助于清晰地了解电缆绝缘材料的实际老化情况，减少主观判断的影响，提高了评估的客观性和一致性。

58、优选的，所述s6包括：

59、若高压电缆老化程度为ⅰ级，则为严重状态，制定更换高压电缆绝缘材料方案；

60、若高压电缆老化程度为ⅱ级，则为一般状态，制定第一监测周期对其进行监测；

61、若高压电缆老化程度为ⅲ级，则为轻微状态，制定第二监测周期对其进行监测。

62、上述技术方案中，根据不同的老化程度确定对应的状态，制定对应改善措施，能够实现及时监测和预警，减少了突发故障的风险。

63、本发明的有益效果：通过热分析方法对检测样品进行热分析获取热焓变化和熵变化，绘制对应的热焓-熵变化曲线，基于热焓-熵变化曲线中热焓变化和熵变化的位置信息与环境条件参数建立全寿命数据库，基于全寿命数据库对高压电缆的绝缘老化程度进行预测，能够更准确地预测绝缘老化程度，有助于在电缆老化严重程度较严重时采取相关措施，能够显著提高高压电缆绝缘老化预测的准确性，提高了高压电缆的可靠性；通过确定dsc图谱的吸热峰和放热峰来计算吸热焓变和放热焓变，基于吸热焓变和放热焓变计算总的热焓变化δh，再通过对应温度和热焓变化δ计算熵变化δs，能够了解电缆绝缘材料在不同温度下发生的热反应，助于评估绝缘材料的老化特性，帮助预测绝缘材料的寿命；通过将热焓变化δh和熵变化δs在热焓-熵变化曲线中的位置信息与高压电缆的环境条件参数进行关联得到关联数据库，基于关联数据库构建全寿命数据库，可以将电缆绝缘材料的热性质数据与具体的环境条件参数相关联，使得老化预测更具个性化，因为不同的环境条件可能导致相同材料的不同老化速率和方式，通过考虑环境参数，可以更准确地预测特定电缆系统的寿命；基于关联数据库构建的全寿命数据库可以积累大量电缆绝缘材料的热性质数据和环境条件数据，可用于改进寿命预测模型，提高预测的准确性，可以根据实际的环境条件和材料性质，更准确地估计电缆绝缘的寿命。

64、上述
技术实现要素：
仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。