一种电缆缓冲层烧蚀缺陷导致绝缘劣化的检测装置及方法与流程

1.本发明涉及高压输电线路技术领域，特别是一种电缆缓冲层烧蚀缺陷导致绝缘劣化的检测装置及方法。


背景技术：

2.高压电缆缓冲层烧蚀缺陷目前是电力设备研究领域中的一个热点。根据目前的研究结论，高压电缆缓冲层烧蚀缺陷产生的主要原因是受潮的缓冲层在电场作用下产生化学反应，在波纹铝护套与缓冲层之间形成不导电的钠盐，即缓冲层烧蚀白斑。这些不导电的白斑导致电缆xlpe主绝缘逐渐劣化，最终主绝缘击穿，造成短路故障。而目前的研究基本处于缓冲层烧蚀机理的理论探索和试验验证的阶段，尚没有能够观察缓冲层烧蚀白斑逐渐劣化主绝缘的过程。


技术实现要素：

3.鉴于此，本发明提供一种电缆缓冲层烧蚀缺陷导致绝缘劣化的检测装置及方法，以解决上述技术问题。
4.本发明公开了一种电缆缓冲层烧蚀缺陷导致绝缘劣化的检测装置，包括：
5.电极模块，其包括相对设置在试验样品两侧的铝电极和铜电极；
6.试验样品，其包括依次层叠连接的缓冲层、第一半导电屏蔽层、绝缘层和第二半导电屏蔽层；
7.加湿模块，其与所述铝电极连接，用于为所述铝电极和所述缓冲层之间提供水分；
8.紧固模块，其内置所述试验样品，用于固定所述试验样品；
9.压力模块，其通过紧固模块为所述试验样品提供额外的压力；
10.加热模块，其内置所述紧固模块，用于为所述试验样品加热；
11.电源模块，其连接所述铝电极和铜电极，为所述试验样品检测提供电压；
12.照相模块，用于获取所述加热模块内部绝缘层的图像。
13.进一步地，所述加湿模块包括通过导液管贯穿连接的储液瓶、超声雾化模块和增压模块；所述导液管贯穿所述铝电极；所述超声雾化模块用于将所述储液瓶中的水形成细水雾；所述增压模块，用于将细水雾沿着导液管向铝电极移动，且在铝电极与缓冲层的接触点处喷出。
14.进一步地，所述加热模块为加热箱，其对称设置的两侧面由高透耐高温玻璃构成。
15.进一步地，所述紧固模块包括对称设置的l型支撑板和盖板；所述盖板设置于所述l型支撑板上，且通过螺栓和螺母与所述l型支撑板连接；
16.所述压力模块包括压力盖板、螺栓和压力计；所述压力盖板设置在所述加热模块下方，通过螺栓与所述l型支撑板连接，且通过旋转螺栓能够改变所述铝电极与所述试验样品之间的压力；
17.所述压力计用于显示所述铝电极与所述试验样品之间的压力。
18.进一步地，所述电源模块为可调交流电压源，其输出电压由试样样品的厚度决定，以确保所述绝缘层的电场强度与电缆的电场强度相等。
19.进一步地，所述装置还包括：
20.测量模块，其由电压测量单元、电流测量单元组成，用于计算得到其所在回路的阻抗变化，以便观察缓冲层的烧蚀缺陷状态；
21.图像信号处理单元，其与所述照相模块连接，用于接收和处理照相模块连续拍摄的多张图像；
22.光源，用于照射绝缘层，以使照相模块获取的图像中能够显示绝缘层是否存在劣化通道。
23.本发明还公开了一种基于上述所述的电缆缓冲层烧蚀缺陷导致绝缘劣化的检测装置的检测方法，所述检测方法包括以下步骤：
24.步骤1：将试样样品固定在盖板与l型支撑板之间，通过调整螺栓拧入深度调节紧固压力；
25.步骤2：设定铝电极与缓冲层之间的压力，通过旋转螺栓观察压力计显示的压力值；
26.步骤3：设定并打开可调交流电源；
27.步骤4：经过固定的时间间隔t1，打开超声雾化模块和增压模块，直至铝电极与缓冲层接触部位有水渗出；
28.步骤5：每施加电压时间t2后，关闭可调交流电源，打开加热箱，快速升温至额定温度，打开光源，通过照相模块获取绝缘层的图像；
29.步骤6：关闭加热箱，对加热箱降温，直至降至室温；
30.步骤7：重复执行步骤5至步骤6若干次。
31.进一步地，所述绝缘层会随着温度的升高逐渐呈现透明状态，通过光源照射其一侧，通过照相模块获取其另一侧的图像，即可检测到绝缘层中是否存在劣化通道；其中，所述绝缘层为xlpe绝缘层。
32.进一步地，在所述步骤7之后，所述检测方法还包括：
33.通过信号处理单元对一系列绝缘层随时间变化的图像进行处理：通过边缘提取算法对图像进行分割，由双边滤波的图像差分算法建立背景模型，基于cv-kmeans区域分类的自适应滤波窗口算法凸显绝缘层的劣化特征。
34.进一步地，通过不同时间下的xlpe绝缘层中缺陷的特征，评估缓冲层烧蚀缺陷对绝缘层的影响；其中，所述xlpe绝缘层中缺陷的特征包括白斑尺寸和放电通道长度。
35.由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：本发明能够观测缓冲层烧蚀缺陷对绝缘层的影响过程；本发明利用高温下xlpe绝缘的材料透明化特性，采用图像处理方式对缓冲层烧蚀缺陷劣化主绝缘过程进行自动观测与评估；本发明通过高温与电作用交替使用，等效于对xlpe绝缘进行电-热联合老化，能够加速xlpe绝缘劣化，有助于缩短观测到缓冲层烧蚀缺陷发展到主绝缘击穿的时间。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使
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实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本发明实施例的一种电缆缓冲层烧蚀缺陷导致绝缘劣化的检测装置的部分结构主视图；
38.图2为本发明实施例的一种电缆缓冲层烧蚀缺陷导致绝缘劣化的检测装置的部分结构左视图；
39.图3为本发明实施例的一种电缆缓冲层烧蚀缺陷导致绝缘劣化的检测方法的流程示意图。
具体实施方式
40.结合附图和实施例对本发明作进一步说明，显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例保护的范围。
41.参见图1和图2，本发明提供了一种电缆缓冲层烧蚀缺陷导致绝缘劣化的检测装置的实施例，其包括：
42.电极模块，其包括相对设置在试验样品两侧的铝电极和铜电极；
43.试验样品，其包括依次层叠连接的缓冲层、第一半导电屏蔽层、绝缘层和第二半导电屏蔽层；
44.加湿模块，其与铝电极连接，用于为铝电极和缓冲层之间提供水分；
45.紧固模块，其内置试验样品，用于固定试验样品；
46.压力模块，其通过紧固模块为试验样品提供额外的压力；
47.加热模块，其内置紧固模块，用于为试验样品加热；
48.电源模块，其连接铝电极和铜电极，为试验样品检测提供电压；
49.照相模块，用于获取加热模块内部绝缘层的图像。
50.本实施例中，加湿模块包括通过导液管贯穿连接的储液瓶、超声雾化模块和增压模块；导液管贯穿铝电极；超声雾化模块用于将储液瓶中的水形成细水雾；增压模块，用于将细水雾沿着导液管向铝电极移动，且在铝电极与缓冲层的接触点处喷出。
51.本实施例中，加热模块为加热箱，其对称设置的两侧面由高透耐高温玻璃构成。
52.本实施例中，紧固模块包括对称设置的l型支撑板和盖板；盖板设置于l型支撑板上，且通过螺栓和螺母与l型支撑板连接；
53.压力模块包括压力盖板、螺栓和压力计；压力盖板设置在加热模块下方，通过螺栓与l型支撑板连接，且通过旋转螺栓能够改变铝电极与试验样品之间的压力；
54.压力计用于显示铝电极与试验样品之间的压力。
55.本实施例中，电源模块为可调交流电压源，其输出电压由试样样品的厚度决定，以确保绝缘层的电场强度与电缆的电场强度相等。例如，按照均匀电场强度公式，e＝u/d,本专利中如果选用的xlpe绝缘厚度为d1，则可调交流电源输出电压为u1，在模拟电压等级为u0/u kv，绝缘厚度为d2的电缆时，需要满足u1/d1＝u/√3/d2。
56.本实施例中，装置还包括：
57.测量模块，其由电压测量单元、电流测量单元组成，用于计算得到其所在回路的阻
抗变化，以便观察缓冲层的烧蚀缺陷状态；
58.图像信号处理单元，其与照相模块连接，用于接收和处理照相模块连续拍摄的多张图像；
59.光源，用于照射绝缘层，以使照相模块获取的图像中能够显示绝缘层是否存在劣化通道。
60.参见图3，本发明还提供了一种基于上述的电缆缓冲层烧蚀缺陷导致绝缘劣化的检测装置的检测方法的实施例，该检测方法包括以下步骤：
61.s1：将试样样品固定在盖板与l型支撑板之间，通过调整螺栓拧入深度调节紧固压力；
62.s2：设定铝电极与缓冲层之间的压力，通过旋转螺栓观察压力计显示的压力值；
63.s3：设定并打开可调交流电源；
64.s4：经过固定的时间间隔t1，打开超声雾化模块和增压模块，直至铝电极与缓冲层接触部位有水渗出；
65.s5：每施加电压时间t2后，关闭可调交流电源，打开加热箱，快速升温至额定温度，打开光源，通过照相模块获取绝缘层的图像；此处的额定温度至少为250℃。
66.s6：关闭加热箱，对加热箱降温，直至降至室温；可通过排风扇实现降温。加热箱的孔洞均有隔热垫圈进行密封。
67.s7：重复执行s5至s6若干次。
68.本实施例中，绝缘层会随着温度的升高逐渐呈现透明状态，通过光源照射其一侧，通过照相模块获取其另一侧的图像，即可检测到绝缘层中是否存在劣化通道；其中，绝缘层为xlpe绝缘层。
69.本实施例中，在s7之后，检测方法还包括：
70.通过信号处理单元对一系列绝缘层随时间变化的图像进行处理：通过边缘提取算法对图像进行分割，由双边滤波的图像差分算法建立背景模型，基于cv-kmeans区域分类的自适应滤波窗口算法凸显绝缘层的劣化特征。
71.本实施例中，通过不同时间下的xlpe绝缘层中缺陷的特征，评估缓冲层烧蚀缺陷对绝缘层的影响；其中，所述xlpe绝缘层中缺陷的特征包括白斑尺寸和放电通道长度。
72.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。