一种利用超声声速无损评估硅橡胶电缆接头状态的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用超声声速无损评估硅橡胶电缆接头状态的方法，利用超声声速判断硅橡胶电缆接头运行历史并评估其老化状态的方，并建立硅橡胶电缆接头绝缘的超声声速与其90℃下等效运行年限的关系曲线，并指出了并指出了硅橡胶电缆接头绝缘层的超声声速随电缆接头运行时间与老化程度的增加而上升的变化关系。

【技术实现步骤摘要】
一种利用超声声速无损评估硅橡胶电缆接头状态的方法
本专利技术属于电力电缆检测
，具体涉及一种利用超声声速无损评估硅橡胶电缆接头状态的方法。
技术介绍
电力电缆作为传输电能的一种重要媒介，其在国内外的发展已经有百余年的历史，电力电缆的运行状态对电网的稳定运行有着至关重要的作用。硅橡胶广泛应用于预制式高压电缆接头，作为主绝缘材料，具有高弹性、耐高低温、电气性能优良等特点。由于电缆系统结构紧凑、现场安装工艺要求高以及易引入缺陷，电缆接头的故障率要远高于电缆本体，因此对电缆接头的绝缘性能要求较高。根据电网公司对近十年110kV及以上电缆系统故障统计数据表明，若不计外力破坏，电缆附件故障占比达到85.5％。电缆接头在电缆附件中使用最多，既是电缆线路电绝缘性与机械性能的薄弱点，又是电缆线路提高运行可靠性的重要节点。因此，提高电缆接头的可靠性对保证电力电缆系统的安全稳定运行具有重要作用。目前，我国在20世纪投运的高压电缆线路如今已连续运行30年以上，运行时间在20年以上的硅橡胶电缆接头数量庞大，电力管理部门非常关注这些运行时间很久的电缆接头的状态。因此，如何准确有效地评估硅橡胶电缆接头绝缘的状态对于电网的稳定运行十分有意义。国内外很多学者对如何评估硅橡胶电缆接头的老化状态已有研究，主要集中于研究材料特性和老化状态之间的关系。而由于国内外的研究多基于实验室研究，难以现场对电缆的状态进行现场检测分析。目前于研究高压硅橡胶电缆接头绝缘材料特性和老化状态之间的关系的方法中，大部分属于破坏性实验，即实验会对样品本身会造成不可恢复的损伤，如拉伸试验、差式量热扫描、击穿试验、局放试验等，这就一定程度上限制了这些研究测试手段在现场使用的可能性。而对于常规电学无损测试(相对介电常数、体积电阻率)，其结果变化又不明显，难以用于评估硅橡胶电缆接头的运行状态，如图1所示。
技术实现思路
本专利技术提供了一种利用超声声速无损评估硅橡胶电缆接头状态的方法，以对电缆的状态进行现场检测分析。为达到上述目的，本专利技术所述一种利用超声声速无损评估硅橡胶电缆接头状态的方法，在高于90℃的试验温度下，对与待评估硅橡胶电缆接头同一型号的全新电缆接头进行加速老化试验，测量得到试验温度下不同老化时间的硅橡胶电缆接头绝缘层的超声声速，以此等效出硅橡胶电缆接头在90℃下不同运行年限的超声声速，然后现场测量待评估的实际运行的硅橡胶电缆接头的超声声速，根据现场测量的硅橡胶电缆接头的超声声速，来确定被检测对象90℃下等效运行年限。进一步的，包括以下步骤：步骤1、取与待评估硅橡胶电缆接头同一型号的全新的电缆接头，记为试样，确定老化试验的温度R；步骤2、确定试验周期T，自0时刻起，每隔设定时间，向试样发射超声脉冲并接收试样绝缘层的表面回波信号和底面回波信号进行测量，直至测量点在温度R下的等效时间达到试样的设计使用寿命，并计算各测试时间点的表面回波和底面回波时间差，并根据电缆接头测试点的表面和底面之间的距离以及表面回波和底面回波时间差，计算各周期硅橡胶电缆接头绝缘层的超声声速；步骤3、通过步骤2获得各测试时间点硅橡胶电缆接头绝缘的超声声速，通过老化温度R反推90℃下硅橡胶电缆接头的等效运行年限，绘制90℃下电缆接头运行年限与硅橡胶绝缘层超声声速的对应关系曲线；步骤4、现场测试实际运行的待评估硅橡胶电缆接头绝缘层的表面回波信号和底面回波信号，计算硅橡胶绝缘层的超声声速，与步骤3得到的90℃下电缆接头运行年限与硅橡胶绝缘层超声声速的对应关系曲线对比，得到实际运行的硅橡胶电缆接头90℃下的等效运行年限。进一步的，在步骤2之前，清洗试样表面，并干燥。进一步的，步骤2中，发射用超声脉冲时，超声探头置于试样表面，且超声探头和试样表面之间具有耦合剂。进一步的，步骤2中，向试样发射超声脉冲的频率为1MHz-5MHz。进一步的，步骤2中，同一测试时间点，对测试试样多个不同位置的表面回波和底面回波信号，并计算此时试样各测试点的表面回波和底面回波时间差值的平均值，根据试样的表面和底面之间的距离以及表面回波和底面回波时间差值的平均值，计算各测试时间点试样的平均超声声速，将平均超声声速作为试样的超声声速。进一步的，步骤1中，老化试验的温度R＝90+10N，N为正整数。进一步的，步骤2中，每隔一个周期T进行一次测量，T＝14.3天。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：本专利技术建立了硅橡胶电缆接头绝缘的超声声速与其90℃下等效运行年限的对应关系曲线，然后通过现场无损超声测试技术获得服役硅橡胶电缆接头绝缘的超声声速数据，通过关系曲线对比判断硅橡胶电缆接头的运行历史并评估硅橡胶绝缘的老化状态。本专利技术提出的检测分析方法为无损评估技术，可以在不破坏服役电缆接头本身结构的情况下对电缆接头的绝缘状态进行评估，能够用于现场检测分析，操作简单，结果变化明显，为判断硅橡胶电缆接头运行历史及评估绝缘状态提供了便利，为高压电力电缆线路的运行维护提供了便利，对电力电网的安全可靠运行具有重要意义。本专利技术利用固体介质的超声声速，可快速测量并分析不同老化状态下的材料性质。进一步的，在步骤2之前，清洗试样表面，并干燥，保证试样表面没有杂物，提高测试准确性度。进一步的，步骤2中，发射用超声脉冲时，超声探头置于试样表面，计算方便。进一步的，步骤2中，向试样发射超声脉冲的频率为1MHz-5MHz，避免超声传递过程出现大的衰减，且容易测量到峰值点。进一步的，步骤2中，同一测试时间点，对试样测试5-10个位于不同位置的表面回波和底面回波信号，并计算此时试样各测试点的表面回波、底面回波时间差值的平均值，根据试样的表面和底面之间的距离，计算各测试时间点试样的平均超声声速，将平均超声声速作为试样的超声声速，提高测量的准确性。进一步的，步骤1中，老化试验的温度R＝90+10N，N为正整数，对于绝缘材料，温度每升高10℃，电缆接头绝缘的寿命减少一半，当老化试验的温度R满足此条件时，便于计算。进一步的，步骤2中，周期T为14.3天，在160℃时，则老化加速倍数为27倍，14.3天相当于90℃时5年的老化状态，便于计算。附图说明图1为160℃不同老化时间下无损电学参数变化；图2为脉冲回波法示意图；图3为A型硅橡胶电缆接头绝缘层超声声速与90℃等效运行时间关系图；图4为B型硅橡胶电缆接头绝缘层超声声速与90℃等效运行时间关系图附图中：1、试样，2、试样表面，3、试样与支撑平台的接触面，4、探头，5、耦合剂。具体实施方式为了使本专利技术的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用超声声速无损评估硅橡胶电缆接头状态的方法，其特征在于，在高于90℃的试验温度下，对与待评估硅橡胶电缆接头同一型号的全新电缆接头进行加速老化试验，测量得到试验温度时不同老化时间的硅橡胶电缆接头绝缘层的超声声速，以此等效出硅橡胶电缆接头在90℃下不同运行年限的超声声速，然后现场测量待评估的实际运行的硅橡胶电缆接头的超声声速，根据现场测量的硅橡胶电缆接头的超声声速，来确定被检测对象90℃下等效运行年限。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用超声声速无损评估硅橡胶电缆接头状态的方法，其特征在于，在高于90℃的试验温度下，对与待评估硅橡胶电缆接头同一型号的全新电缆接头进行加速老化试验，测量得到试验温度时不同老化时间的硅橡胶电缆接头绝缘层的超声声速，以此等效出硅橡胶电缆接头在90℃下不同运行年限的超声声速，然后现场测量待评估的实际运行的硅橡胶电缆接头的超声声速，根据现场测量的硅橡胶电缆接头的超声声速，来确定被检测对象90℃下等效运行年限。


2.根据权利要求1所述的一种利用超声声速无损评估硅橡胶电缆接头状态的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、取与待评估硅橡胶电缆接头同一型号的全新的电缆接头，记为试样，确定老化试验的温度R；
步骤2、确定试验周期T，自0时刻起，每隔设定时间，向试样发射超声脉冲并接收试样绝缘层的表面回波信号和底面回波信号进行测量，直至测量点在温度R下的等效时间达到试样的设计使用寿命，并计算各测试时间点的表面回波和底面回波时间差，并根据电缆接头测试点的表面和底面之间的距离以及表面回波和底面回波时间差，计算各周期硅橡胶电缆接头绝缘层的超声声速；
步骤3、通过步骤2获得各测试时间点硅橡胶电缆接头绝缘的超声声速，通过老化温度R反推90℃下硅橡胶电缆接头的等效运行年限，绘制90℃下电缆接头运行年限与硅橡胶绝缘层超声声速的对应关系曲线；
步骤4、现场测试实际运行的待评估硅橡胶电缆接头绝缘层的表面回波信号和底面回波信号，计算硅橡胶绝缘层的超声声速，与步骤3得到的90℃下电缆接头...

【专利技术属性】
技术研发人员：金海云，王若丞，贺云逸，康洪玮，王昭，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61