基于“8”字形回路的电热循环老化试验方法及装置与流程

1.本发明涉及电热联合加速老化试验技术领域，尤其涉及一种基于“8”字形回路的电热循环老化试验方法及装置。


背景技术：

2.随着城市的快速发展，对城市电网升级改造提出了更高的要求。现阶段为了城市的安全、可靠和美观，一般使用电力电缆代替架空线路来进行城市输电线路和配电网络的构建，这使得城市的电缆使用比重迅速提高。在电力电缆中，交联聚乙烯电缆凭借其优越的电气性能、热性能和机械性能得到了广泛地使用。然而，在电缆投入运行的过程中，交联聚乙烯绝缘在电、热等应力的作用下，绝缘出现老化，使得电缆发生故障的概率增大，危害电力系统的长期安全稳定运行。
3.由于电缆绝缘的老化是一个长期而缓慢的过程，目前一般采用加速老化方式来等效电缆在实际运行过程中的绝缘老化，以能够在较短时间内获得电缆绝缘性能的明显变化。由于电热循环老化试验要求一个完整的热循环过程应包括，施加回路电流的电缆导体升温阶段，回路达到热平衡状态的电缆导体恒温阶段和停止施加回路电流的电缆导体自然冷却阶段。当有多个回路进行老化试验时，如果不同回路的热循环过程时长不尽相同，或者有回路采用恒温热老化方式，按照传统的电缆u形回路摆放方式，回路之间会形成较大的自感和互感，影响回路导体电流的变化，从而对电热循环老化试验结果的准确性造成影响。因此，亟需提供一种适用于多回路进行电热循环老化试验方法，以减弱电缆回路自感和互感对导体电流的影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于“8”字形回路的电热循环老化试验方法及装置，以解决现有电热循环老化试验方法将电缆按照u形回路摆放，导致回路之间形成较大的自感和互感，进而影响电热循环老化试验结果准确性的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供一种基于“8”字形回路的电热循环老化试验方法，包括：
6.按照预设条件对获取的电缆进行分组，得到多组待测电缆；
7.将每组所述待测电缆按照“8”字形进行摆放，连接待测电缆的首末两端，形成多组“8”字形电缆试验回路；
8.将所述多组“8”字形电缆试验回路并联在同一高压发生器中，并为每组“8”字形电缆试验回路匹配大电流发生器，以进行电热循环老化试验。
9.进一步，作为优选的，所述待测电缆包括单芯高压交联聚乙烯电缆。
10.进一步，作为优选的，所述按照预设条件对获取的电缆进行分组，包括：
11.按照热循环老化方式不同以及导体最高温度不同进行分组。
12.进一步，作为优选的，所述将每组所述待测电缆按照“8”字形进行摆放，包括：
13.以待测电缆的中点为基准将每组所述待测电缆按照“8”字形进行摆放，以使“8”字形两个部分的面积差不超过第一预设值。
14.进一步，作为优选的，所述将每组所述待测电缆按照“8”字形进行摆放，还包括：
15.在进行“8”字形摆放时，使待测电缆的弯曲半径不小于第二预设值。
16.进一步，作为优选的，所述连接待测电缆的首末两端，形成多组“8”字形电缆试验回路，包括：
17.剖切待测电缆的首末两端，在所述首末两端分别套设应力锥，并对剖切出的电缆导体进行连接；以及，
18.通过试验回路支撑框架对“8”字形电缆试验回路的电缆进行固定。
19.进一步，作为优选的，所述对剖切出的电缆导体进行连接，包括：
20.利用铜排对剖切出的电缆导体进行连接。
21.进一步，作为优选的，所述试验回路支撑框架的材料包括不锈钢。
22.本发明还提供了一种基于“8”字形回路的电热循环老化试验装置，包括：
23.试验回路模块，用于按照预设条件对获取的电缆进行分组，得到多组待测电缆；将每组所述待测电缆按照“8”字形进行摆放，连接待测电缆的首末两端，形成多组“8”字形电缆试验回路；
24.高压发生模块，用于对所述多组“8”字形电缆试验回路施加试验设定的电压；
25.大电流发生模块，用于对所述多组“8”字形电缆试验回路施加电流，以使待测电缆导体的温度满足试验设定的温度变化条件；
26.测量控制模块，用于测量和记录“8”字形电缆试验回路的电流、电压和表面温度，以对试验变量进行调控。
27.进一步，作为优选的，所述试验回路模块，包括：
28.单芯高压交联聚乙烯电缆、用于固定“8”字形电缆试验回路的电缆的试验回路支撑框架、套设在剖切后的待测电缆的首末两端的应力锥以及用于连接剖切出的电缆导体的铜排。
29.进一步，作为优选的，所述高压发生模块，包括：
30.电源、变压器、可调电抗器及电容分压器；其中，
31.所述电源、所述变压器、所述可调电抗器、所述“8”字形电缆试验回路依次串联，所述电容分压器与所述“8”字形电缆试验回路并联。
32.进一步，作为优选的，所述大电流发生模块，包括：
33.调压器、穿心变压器及补偿电容器；其中，
34.所述调压器、所述穿心变压器、所述“8”字形电缆试验回路依次串联，所述补偿电容器与所述“8”字形电缆试验回路并联。
35.进一步，作为优选的，所述测量控制模块，包括：
36.监测装置，用于对“8”字形电缆试验回路中的电流、电压以及待测电缆的表面温度进行在线监测；
37.调控装置，用于对“8”字形电缆试验回路中的电压、电流进行调控。
38.相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
39.本发明提供了一种基于“8”字形回路的电热循环老化试验方法及装置，该方法包
括按照预设条件对获取的电缆进行分组，得到多组待测电缆；将每组所述待测电缆按照“8”字形进行摆放，连接待测电缆的首末两端，形成多组“8”字形电缆试验回路；将所述多组“8”字形电缆试验回路并联在同一高压发生器中，并为每组“8”字形电缆试验回路匹配大电流发生器，以进行电热循环老化试验。
40.本发明提供的一种基于“8”字形回路的电热循环老化试验方法，相较于传统的u形回路摆放方式，改变了电缆试验回路的电流方向，从而改变了由此产生的电磁场方向，即“8”字形回路的上半部分回路与下半部分回路的磁场方向相反，相互抵消。一方面减少了电缆试验回路由于自身形成大回路而产生的额外感抗损耗，另一方面降低了电缆试验回路互感对邻近回路导体电流造成的影响，有效提高了电缆试验回路中电流的利用率和试验结果的准确性。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1为本发明某一实施例提供的基于“8”字形回路的电热循环老化试验方法的流程示意图；
43.图2为本发明某一实施例提供的基于“8”字形回路的电热循环老化试验装置的结构示意图；
44.图3为本发明某一实施例提供的单芯高压交联聚乙烯电缆的结构示意图；
45.图4为本发明某一实施例提供的“8”字形电缆试验回路布置及回路通入电流后产生磁场的原理示意图；
46.图5为本发明某一实施例提供的高压发生模块的工作原理示意图。
具体实施方式
47.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
49.应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
50.术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
51.术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
52.请参阅图1，本发明某一实施例提供一种基于“8”字形回路的电热循环老化试验方
法。如图1所示，该基于“8”字形回路的电热循环老化试验方法包括步骤s10至步骤s30。各步骤具体如下：
53.s10、按照预设条件对获取的电缆进行分组，得到多组待测电缆；
54.s20、将每组所述待测电缆按照“8”字形进行摆放，连接待测电缆的首末两端，形成多组“8”字形电缆试验回路；
55.s30、将所述多组“8”字形电缆试验回路并联在同一高压发生器中，并为每组“8”字形电缆试验回路匹配大电流发生器，以进行电热循环老化试验。
56.需要说明的是，电热循环老化试验是一种对电缆线路同时施加高电压和大电流的加速老化方式，并采用热循环来模拟实际工况中由于负荷波动造成的导体温度变化。电热循环老化试验能够最大程度地模拟电缆绝缘的真实老化状况，由此获得的不同老化阶段的电缆绝缘试样对实际运行电缆绝缘状态评估和剩余寿命预测具有重要的参考意义，而现有的电热循环老化试验方法在进行试验时，通常将被测电缆采用“u”形摆放方式，如此就会导致回路之间会形成较大的自感和互感，影响回路导体电流的变化，从而对电热循环老化试验结果的准确性造成影响，因此本实施例旨在提供一种适用于多回路进行电热循环老化试验时的电缆回路摆放优化方法，以减弱电缆回路自感和互感对导体电流的影响。
57.具体地，在步骤s10中，按照预设条件对获取的电缆进行分组，得到多组待测电缆。
58.在某一具体实施方式中，按照预设条件对获取的电缆进行分组是指按照热循环老化方式不同以及导体最高温度不同进行分组。
59.在某一具体实施方式中，待测电缆优选为单芯高压交联聚乙烯电缆。
60.进一步地，在步骤s20中将每组所述待测电缆按照“8”字形进行摆放，连接待测电缆的首末两端，形成多组“8”字形电缆试验回路。
61.在某一具体实施方式中，将每组所述待测电缆按照“8”字形进行摆放，包括：
62.1)以待测电缆的中点为基准将每组所述待测电缆按照“8”字形进行摆放，以使“8”字形两个部分的面积差不超过第一预设值。
63.2)使得待测电缆的弯曲半径不小于第二预设值。
64.需要说明的是，第一预设值通常为一个数值较小的常数，能够使得“8”字形上半部分与下半部分面积大致相等。第二预设值通常为行业标准规定的数值。可以理解的是，这两个值均可以根据实际情况进行灵活选择，在此不做任何限制。
65.进一步地，在步骤s20中连接待测电缆的首末两端，形成多组“8”字形电缆试验回路，主要包括：
66.3)剖切待测电缆的首末两端，在所述首末两端分别套设应力锥01，并对剖切出的电缆导体进行连接；以及，
67.4)通过试验回路支撑框架对“8”字形电缆试验回路的电缆进行固定。
68.其中，剖切时主要采用电缆终端安装技术进行剖切，而在剖切后的待测电缆的首末两端分别套设应力锥01的主要目的是均匀电场。
69.在某一可选的实施方式中，优先采用铜排08对剖切出的电缆导体进行连接。
70.在某一可选的实施方式中，所述试验回路支撑框架的材料包括但不限于不锈钢。同时，该试验回路支撑框架结构设计应尽量避免电缆直接穿过闭合回路的结构，以减少电磁损耗的影响。
71.s30、将所述多组“8”字形电缆试验回路并联在同一高压发生器中，并为每组“8”字形电缆试验回路匹配大电流发生器，以进行电热循环老化试验。
72.本步骤中，为每一组“8”字形电缆试验回路匹配相应的大电流发生器，形成磁场耦合，产生大电流，使得电缆导体温度满足试验要求的温度变化条件，以进行电热循环老化试验。
73.综上所述，本发明实施例提供的一种基于“8”字形回路的电热循环老化试验方法，相较于传统的u形回路摆放方式，改变了电缆试验回路的电流方向，从而改变了由此产生的电磁场方向，即“8”字形回路的上半部分回路与下半部分回路的磁场方向相反，相互抵消。不仅减少了电缆试验回路由于自身形成大回路而产生的额外感抗损耗，还降低了电缆试验回路互感对邻近回路导体电流造成的影响，从而有效提高了电缆试验回路中电流的利用率和试验结果的准确性。
74.为了帮助理解本发明提供的方法，在某一具体实施例中，以对两条运行年限分别为0年和7年的110kv交联聚乙烯电缆进行电热循环老化试验为例进行详细阐述：
75.请参阅图2，图2为本实施例提供的基于“8”字形回路的电热循环老化试验装置的结构示意图。其中，两条运行年限分别为0年和7年的110kv交联聚乙烯电缆的电缆型号均为yjlw03-1
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500，长度为60米，电缆具体结构如图3所示。其中，电缆由内到外依次包括：铜导体11、导体屏蔽层12、绝缘层13、绝缘屏蔽层14、缓冲层15、铝护套16及外护套17。本实施例试验要求对电缆主绝缘进行最高温度为90℃的电热循环老化试验，且采用两种不同的热循环老化方式，一种为电缆主绝缘最高温度保持为90℃的恒温热老化，另一种以电缆主绝缘最高温度先在6小时内升温至90℃，然后在90℃保持2小时，最后在16小时内自然冷却至室温为一个热循环过程的方式进行热循环老化。
76.具体地，本实施例进行电热循环老化试验的步骤包括：
77.a)根据电缆运行年限和热循环老化方式的不同，本实施例将获得的电缆分为4个小组，每个小组电缆的长度为30米；
78.b)每个小组以电缆长度中点作为基准，即距离电缆两端为15米远的位置，对电缆按照“8”字形进行摆放，使得“8”字形上半部分与下半部分面积大致相等。
79.进一步地，电缆在进行“8”字形摆放时，若易发生移动，可使用粗绳进行辅助固定，同时应注意使电缆的弯曲半径始终大于或等于行业标准规定的数值。在“8”字形的交叉位置处，使用金属支架抬高位于上方的电缆，防止出现过热现象。
80.进一步地，按照电缆终端安装技术剖切电缆的首末两端，套上相应的应力锥01，将电缆的首末两端垂直固定于试验回路支撑框架上，利用铜排08对电缆首末两端剖切出的导体进行连接，形成“8”字形电缆试验回路，本实施例共有4组电缆试验回路。
81.进一步地，试验回路支撑框架的结构设计应尽量避免电缆直接穿过闭合回路的结构，减少电磁损耗的影响。
82.进一步地，用铜排08依次连接4组电缆试验回路，然后并联在同一高压发生器中，设置高压发生器的输出电压为电缆的1.5倍额定电压，即1.5u0＝95kv；根据电缆试验回路的阻抗和达到最高温度90℃所需的电流大小，为试验回路匹配相应的大电流发生器，形成磁场耦合，产生大电流。通过调节大电流发生器的输入电压，使电缆主绝缘温度满足本实施例要求的温度变化。
83.进一步地，对4组电缆试验回路进行540天的电热循环老化试验，期间每隔180天在电缆任一端截取2米长的电缆短样，并重新形成“8”字形电缆试验回路。对每一阶段截取的电缆短样进行后续的一系列理化、电学和机械性能等分析试验，得到电热循环老化的特征量并研究电缆绝缘老化的老化机理。
84.需要说明的是，由于本实施例中存在两种不同的热循环老化方式，如果采用传统的u形回路摆放方式，回路之间的互感会产生较大的电流，导致有些回路出现过热和无法自然冷却至室温的现象，对本实施例的试验结果产生较大影响。图4为本发明实施例提供的“8”字形电缆试验回路通入电流后产生的磁场的示意图，由于“8”字形回路上半部分和下半部分的电流i方向刚好相反，他们产生的电磁场b1和b2的方向也就刚好相反，相互抵消。一方面减少了电缆试验回路由于自身形成大回路而产生的额外感抗损耗，另一方面降低了电缆试验回路互感对邻近回路导体电流造成的影响，进而有效提高了电缆试验回路中电流的利用率和试验结果的准确性。
85.在某一个实施例中，本发明提供的基于“8”字形回路的电热循环老化试验装置包括试验回路模块10、高压发生模块20、大电流发生模块30以及测量控制模块40，如图2所示。其中，各个模块的功能如下：
86.试验回路模块10，用于按照预设条件对获取的电缆进行分组，得到多组待测电缆；将每组所述待测电缆按照“8”字形进行摆放，连接待测电缆的首末两端，形成多组“8”字形电缆试验回路；
87.高压发生模块20，用于对所述多组“8”字形电缆试验回路施加试验设定的电压；在上述实施例中，该电压优选为95kv；
88.大电流发生模块30，用于对所述多组“8”字形电缆试验回路施加电流，通过焦耳热以使待测电缆导体的温度满足试验设定的温度变化条件；
89.测量控制模块40，用于测量和记录“8”字形电缆试验回路的电流、电压和表面温度，以对试验变量进行调控。
90.在某一具体实施例中，所述试验回路模块10，包括：
91.单芯高压交联聚乙烯电缆、用于固定“8”字形电缆试验回路的电缆的试验回路支撑框架、套设在剖切后的待测电缆的首末两端的应力锥01以及用于连接剖切出的电缆导体的铜排08。
92.作为某一可选的实施方式，支撑框架的主体采用不锈钢支架19，在支撑框架最上层位置存在电缆直接穿过的闭合结构，本实施例使用不导磁的刚性材料对该闭合结构的不锈钢材料进行部分替代，从而减少了电磁损耗的影响；其中，试验回路支撑框架结构如图4所示。由图4可知，在铜排08两端对称的设有出线夹09，中间位置设有绝缘子18；然后应力锥01一端与出线夹09连接，另一端连接试验电缆07。
93.在某一具体实施例中，所述高压发生模块20，包括：
94.电源、变压器、可调电抗器及电容分压器；其中，
95.所述电源、所述变压器、所述可调电抗器、所述“8”字形电缆试验回路依次串联，所述电容分压器与所述“8”字形电缆试验回路并联。
96.需要说明的是，本实施例主要利用串联谐振原理对电缆试验回路施加高电压。其中，图5为本实施例提供的高压发生模块20的工作原理示意图。
97.在某一具体实施例中，所述大电流发生模块30，包括：
98.调压器06、穿心变压器04及补偿电容器05；其中，
99.调压器06、穿心变压器04、“8”字形电缆试验回路依次串联，补偿电容器05与“8”字形电缆试验回路并联。其中，本实施例中通过磁场耦合的方式，对电缆试验回路施加大电流，该大电流的数值具体根据实际需要设定，通常需要大于1000a，在此不作任何限定。
100.在某一具体实施例中，所述测量控制模块40，包括：
101.监测装置，用于对“8”字形电缆试验回路中的电流、电压以及待测电缆的表面温度进行在线监测；
102.调控装置，用于对“8”字形电缆试验回路中的电压、电流进行调控。
103.可以理解的是，本实施例通过监测得到的电压、电流和温度数据，实现对试验回路电压、电流的控制，使之满足电热循环老化试验的要求。
104.作为可选地，本实施例中主要通过电流互感器03、电压传感器、热电偶02对电缆试验回路的电流、电压、电缆表面温度进行在线监测。
105.作为可选地，本实施例中测量控制模块40根据监测得到的电压、电流和温度数据，利用热路模型计算程序，实时计算电缆导体温度，并通过plc系统自动控制穿心变压器04的输入电压，从而控制通过电缆的电流，进而控制电缆导体的温度，使之满足本实施例中热循环老化试验的要求。
106.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。