一种电缆绝缘寿命指数测定方法

本发明涉及固体绝缘电寿命评估，特别涉及一种电缆绝缘寿命指数测定方法。

背景技术：

1、我国新能源和高压交直流输电系统的建设蓬勃发展。作为高压输电系统的关键装备，高压超高压电力电缆的生产和应用快速增长，如高压柔性直流电缆已被广泛用于海上长距离输电、城市电网、新能源接入等方面。然而，高压尤其是超高压电力电缆的绝缘材料仍被国外供应商所垄断，近年来国内厂家正陆续增加研发投入。由于电应力是高压电力电缆绝缘的关键老化因子，电寿命评估对于电缆绝缘材料研发及绝缘结构设计而言至关重要，也是高压电力电缆长期运行可靠性评价的重要手段之一。

2、电缆绝缘电寿命评估通常采用基于逆幂定律的寿命模型，其中寿命指数是模型的关键参数。知道了寿命指数，即可通过升高电压快速测得失效时间来确定寿命方程。测定寿命指数的直接方法是基于不同电压下的恒压电老化试验，通过在双对数坐标上对电压与失效时间数据进行线性拟合来求取。该方法准确可靠，但由于至少要选取4～5个电压进行电老化，且低电压老化下的失效时间往往太长，导致试验工作量大且非常耗时。

3、为了提高测试效率和降低试验成本，逐级升压近似简化法被提出用于加速测定寿命指数。该方法基于两组逐级击穿试验构建了经过变形的逆幂寿命方程组，通过解方程组得到寿命指数近似式。然而由于级间升压通常采用阶跃升压的方式，电压陡上升沿将引起空间电荷注入和迁移特性变化，很可能引起电缆绝缘过早失效；电老化机理也会因此发生改变，从而导致逆幂定律不再适用；另外寿命方程中也没有体现升压过程的老化效应以及升压速率的影响。最后，按照寿命指数公式计算时，需要把最后一级加压持续时间折算为电压施加级数，这是不严谨的，加上公式本身也是非线性寿命方程的近似解析解，使得最终结果不够准确。因此，有必要对逐级升压近似简化法进行改进，提出一种更加科学准确的快速测定寿命指数的方法。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种电缆绝缘寿命指数测定方法，可使试验过程更加科学合理，并且快速准确地取得测定结果，为电缆绝缘开发和可靠性评价提供支持。

2、为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

3、一种电缆绝缘寿命指数测定方法，包括如下步骤：

4、步骤一：选取逐级击穿试验的起始电压和级间升压速率，选用两组电缆绝缘试样按一定升压比例分别进行每级加压时间不同的逐级击穿试验；

5、步骤二：应用微积分和逆幂定律描述级间升压电老化过程，根据每个试样的逐级击穿试验数据，基于逆幂定律与电老化累积效应分别建立一个非线性寿命方程；

6、步骤三：考虑到逐级击穿试验具有随机性，对每级加压时间相同的一组试样的电老化累积量取平均，将同组试样的寿命方程合并为一个方程，两组试样的寿命方程分别合并后则得到一个方程组；

7、步骤四：采用matlab软件求解步骤三中的非线性寿命方程组，得到电缆绝缘试样的寿命指数。

8、优选地，步骤一中的所述逐级击穿试验的起始电压按试样短时击穿电压的40％选取。

9、优选地，步骤一中的所述级间升压速率从1、2、5、10、20、50、100v/s 中选取。

10、进一步地，如果试样在级间升压过程中击穿，则步骤二中的所述非线性寿命方程为：

11、当p＝1时，

12、当p＝2时，

13、当p≥3时，

14、

15、式中，u0为起始电压，良为级间升压速率，p为电压施加级数，t为每级恒定加压时间，δt为最后一级升压持续时间，n为寿命指数，c为常数，i为整数；

16、如果试样在恒定加压过程中击穿，则步骤二中的所述非线性寿命方程为：

17、当p＝1时，

18、当p≥2时，

19、

20、式中，δt为最后一级恒定加压持续时间。

21、进一步地，步骤三中的所述每级加压时间相同的一组试样的寿命方程合并方法为：

22、将组内单个试样的寿命方程记作：lj(n)＝c，j∈[1，m]；

23、则同组试样寿命方程合并为：

24、式中，m为试样数，j为整数，lj(n)为组内第j个试样的电老化累积量。

25、本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

26、本发明采用缓慢级间升压速率进行逐级击穿试验，避免了电压陡上升沿改变空间电荷注入和迁移特性导致电缆绝缘过早失效的缺点，使得逐级升压电老化与恒压电老化的机理一致，确保了逆幂定律的适用性。通过对传统逐级升压法忽略的级间升压过程应用微积分和逆幂定律，所构建的寿命方程能够体现升压过程的老化效应以及升压速率的影响。此外，应用matlab软件求解非线性寿命方程组得到的寿命指数比逐级升压近似简化法求取的粗略近似值更为准确。本发明提供了一种更加科学准确的电缆绝缘寿命指数快速测定方法。

技术特征：

1.一种电缆绝缘寿命指数测定方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种电缆绝缘寿命指数测定方法，其特征在于，步骤一中的所述逐级击穿试验的起始电压按试样短时击穿电压的40％选取。

3.根据权利要求1所述的一种电缆绝缘寿命指数测定方法，其特征在于，步骤一中的所述级间升压速率从1、2、5、10、20、50、100v/s中选取。

4.根据权利要求1所述的一种电缆绝缘寿命指数测定方法，其特征在于，如果试样在级间升压过程中击穿，则步骤二中的所述非线性寿命方程为：

5.根据权利要求1所述的一种电缆绝缘寿命指数测定方法，其特征在于，步骤三中的所述每级加压时间相同的一组试样的寿命方程合并方法为：

技术总结
本发明公开了一种电缆绝缘寿命指数测定方法，包括步骤一：选取逐级击穿试验的起始电压和级间升压速率，选用两组电缆绝缘试样按一定升压比例分别进行每级加压时间不同的逐级击穿试验；步骤二：应用微积分和逆幂定律描述级间升压电老化过程，根据每个试样的逐级击穿试验数据，基于逆幂定律与电老化累积效应分别建立一个非线性寿命方程；步骤三：考虑到逐级击穿试验具有随机性，对每级加压时间相同的一组试样的电老化累积量取平均，将同组试样的寿命方程合并为一个方程，两组试样的寿命方程分别合并后则得到一个方程组；步骤四：采用matlab软件求解步骤三中的非线性寿命方程组，得到电缆绝缘试样的寿命指数。

技术研发人员：刘飞,江平开
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12