基于介电泳的交联聚乙烯靶向修复实验平台及修复方法技术

本发明专利技术公开了一种基于介电泳的交联聚乙烯靶向修复实验平台及修复方法，该基于介电泳的交联聚乙烯靶向修复实验平台设置有修复液供给装置、电压施加装置、加热装置等，能够用于研究修复液注入压力、电压频率、电压极性、电场强度、温度等单因素或多因素下，修复液的介电行为以及修复液在绝缘层的扩散、迁移规律，从而揭示基于靶向修复技术的老化电缆绝缘改善及寿命延长机理，为老化电缆绝缘修复技术的革新提供理论和实验数据支撑；本发明专利技术提供的靶向修复方法通过外在物理场介电泳作用对修复液进行针对性的靶向导引，促进不同分子量修复液的渗透速度，使得缺陷处的修复液有效成分在短时间内高浓度积聚，从而明显提升老化电缆修复效果。

【技术实现步骤摘要】
基于介电泳的交联聚乙烯靶向修复实验平台及修复方法
本专利技术属于电力电缆
，涉及电缆绝缘修复，尤其涉及基于介电泳的交联聚乙烯电力电缆靶向修复技术。
技术介绍
电力电缆作为电能传输的关键组成部分，在诸多场合有着不可替代的地位。由于生产工艺的制约，电缆在制造、敷设和运行过程中不可避免的会在绝缘层中形成气隙、裂纹等微观缺陷。且早期的电力部门在电缆敷设和安装维护方面缺乏经验，存在电缆共沟率过高、沟内严重积水等问题，使得电缆在运行过程中易出现散热不良、水树老化等问题，降低了电缆的绝缘性能，缩短电缆的运行寿命。此外，自2000年以来开始的大规模实施电缆入地改造工程，至今大部分电缆已运行20年，接近电缆的设计寿命，老龄化电缆已经成为电网系统安全稳定运行的一大隐患。电缆绝缘材料中的气隙、杂质、凸起毛刺等缺陷是电缆绝缘劣化的诱因，当电场、热量、机械外力、环境(水)等外界老化因素施加于这些缺陷时，会以水树枝、局部放电之类的老化形态表现出来，最终归结于电树枝的存在而导致绝缘击穿。压力注入修复技术对老化的受潮电缆和水树电缆进行修复，同时对水树转电树和绝缘中的电树均有较好的抑制作用。因此，针对老化在运电缆，通过注入技术对绝缘中存在的局部缺陷进行修复，改善老化电缆的绝缘性能，进而延长电缆的使用寿命，在满足电网可靠性需求的基础上达到“节流””，对于贯彻国家“降本节支、提质增效”的决策部署和服务国民经济和社会发展具有重大意义。针对绝缘性能下降的老化电缆，有学者在20世纪80年代提出了使电缆“逆生长”的修复技术。最初的修复技术通过注入热干燥氮气带出电缆内水分，或者注入苯乙酮这类增塑剂去填充电缆绝缘内部的孔洞。后来的研究者在此基础上提出了采用含硅氧烷的修复液与电缆中的水发生缩合反应进而填充绝缘内部孔洞的修复技术。分别为第一代修复技术：841技术和011技术和第二代修复技术：732技术和733技术。二代修复技术解决了一代修复技术硅氧烷和催化剂扩散速率不匹配的问题，并在修复液中添加了光稳定剂、抗氧化剂和局部放电抑制剂，在修复水树的过程中有效抑制了电树及局部放电问题。此外，二代修复技术更注重电缆中长期修复效果，同时大大缩短了反应时间。虽然国外公司已公开修复技术对电缆延长寿命具有很好的效果，但这些技术仍未明确解决以下问题：(1)在进行电缆绝缘修复过程中，修复技术所采用的不同注入条件，如压力、温度、修复液浓度等，对缆芯中修复液向绝缘层中的扩散和迁移均会产生不同的影响，这种规律目前尚未见明确报道；(2)修复技术最佳的状态是通过某种技术或者手段，使得修复液中的有效成分能够快速、准确的定向移动至绝缘层的缺陷薄弱处，使得缺陷处修复液较高浓度聚集，从而真正实现对电缆绝缘缺陷的定向修复；然而，现有电缆修复技术并不能确定缺陷的位置，因此使用的是修复液均匀注入的方式，而修复液中功能化稳定剂或催化剂在修复液中的含量较少，且分子量大小不同，从而使得各组分在压力作用的扩散速度不同，导致在需要修复的缺陷处修复液的浓度较少，使得修复效果并非最佳。因此，为了摸清注入条件对修复液向绝缘层扩散和迁移规律的影响，以及实现修复液有效成分能够定向聚集至绝缘缺陷处的最佳修复效果，有必要设计一种能够在不同注入条件下实现修复液向绝缘缺陷处定向移动的具有靶向修复特性的修复技术，从而为修复采用的最佳注入条件提供理论依据，同时为修复技术的升级换代提供有力支撑。
技术实现思路
本专利技术针对传统修复技术存在的因修复液扩散速度差异导致的修复效果不理想的技术现状，提供一种基于介电泳的交联聚乙烯靶向修复实验平台，研究外在的物理场对修复液进行针对性的靶向导引，在不同条件(压力、温度、修复液浓度)下加电压运行时，单个因素或复合因素对交联聚乙烯缺陷样本修复影响。本专利技术另一目的旨在提供一种基于介电泳的交联聚乙烯电力电缆靶向修复方法，通过外在的物理场对修复液进行针对性的靶向导引，在不同条件(压力、温度、修复液浓度)下加电压运行时，受到介电泳力的作用，促进不同分子量修复液的渗透速度，使得缺陷处的修复液有效成分在短时间内高浓度积聚，从而明显提升修复效果；可用于长时间运行老化后的交联聚乙烯电力电缆的绝缘修复工程，以提升介电性能。本专利技术交联聚乙烯电力电缆的靶向修复是基于电场力对水分子或离子等具有明显的介电泳力学作用，导致材料发生形变，促进分子或离子朝向电场更强的方向实现定向运动。介电泳现象在1978年被H.A.Pohl首次定义，主要思想为：对于一个球形颗粒来讲，当其半径为R时，这个球形颗粒在非均匀电场中所受到的介电力FDEP可表示为：R为颗粒半径，εm为媒质介电常数，K(ω)为Clausius-Mossotti因子，Erms为电场强度的有效值，为梯度算子。K(ω)描述的是颗粒和媒质间复合介电常数的关系，其表达式如式(2)所示：以上公式中εm为媒质的介电常数，εp为媒质中的颗粒介电常数，ω表示交流电场的角频率，σm和σp分别为媒质和颗粒的电导率。由公式(3)可知，颗粒受到的介电泳大小与颗粒半径的立方、媒质的介电常数、电场强度梯度的平方成正比；此外，也与颗粒和媒质介电常数的差值呈正相关。因此，改变电场频率、强度、极性和颗粒的介电常数等，均可产生不同大小和方向的介电泳力。在均匀电场中，偶极子受到的电场矢量和为零，不会产生介电泳现象；而在非均匀电场中，极性分子因受到电场力的矢量和不为零，在交流或直流电场作用下会向缺陷处(即电场畸变处)迁移，加之液体分子的介电常数大于基体，便可以发生缺陷(或空洞)填充作用，进而均匀基体的局部电场。基于上述分析，本专利技术提供的交联聚乙烯靶向修复是在介电泳力的驱动下进行的。要实现对缺陷(例如局部电场畸变缺陷或水树)的靶向修复，首先需要研究修复液所受介电泳力的影响因素。修复液的介电泳力主要受到电场、修复液本身的特性、温度和注入压力的影响。其中，电场影响介电泳行为的因素很多，如：①交流或直流、电压频率、电场畸变程度和电压极性等；②不同的修复液成分具有不同的物理化学性质，如：介电常数、电导、分子量、侧链烷基数和粘度等；③温度会影响XLPE的基体分子链和修复液中分子的热运动以及修复液的溶解性，进而也会影响介电泳行为；④修复液注入压力的大小会影响其离子的运动特性，从而影响介电泳行为。可见，单一因素或复合因素对修复液介电泳行为均会产生不同程度的影响，进而得到不同的靶向修复效果。为了研究单一因素或复合因素对交联聚乙烯样本缺陷修复的影响，本专利技术提供了基于介电泳的交联聚乙烯样本靶向修复实验平台，针对于交联聚乙烯片状样本和交联聚乙烯电力电缆两种情况，本专利技术提供了两种不同结构的修复实验平台。对于交联聚乙烯片状样本，本专利技术提供的第一种交联聚乙烯样本靶向修复实验平台包括实验槽、电源组件和装有修复液的微流注射泵；所述实验槽内装有变压器油，交联聚乙烯片状样本放置于变压器油中；交联聚乙烯片状样本一端安装有凹槽电极，且凹槽电极与交联聚乙烯片状样本端部之间形成容纳修复液的空腔；所述凹槽电极上开设有液体注入口；所述电源组件包括并联设置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交联聚乙烯样本靶向修复实验平台，其特征在于包括实验槽(11)、电源组件和装有修复液的微流注射泵(13)；/n所述实验槽(11)内装有变压器油(14)，交联聚乙烯片状样本(01)放置于变压器油中；交联聚乙烯片状样本一端安装有凹槽电极(15)，且凹槽电极与交联聚乙烯片状样本端部之间形成容纳修复液的空腔；所述凹槽电极上开设有液体注入口(1501)；/n所述电源组件包括并联设置的第一直流调压器(16)和第一交流调压器(17)；所述第一直流调压器和第一交流调压器分别与第一选择电路两个输入端连接，第一选择电路的输出端经第一限流电阻(19)与针电极(110)连接；针电极置于交联聚乙烯样本安装凹槽电极相对的一端内；/n所述微流注射泵(13)输入端与修复液供给装置连接，输出端经管道与凹槽电极上设置的液体注入口连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种交联聚乙烯样本靶向修复实验平台，其特征在于包括实验槽(11)、电源组件和装有修复液的微流注射泵(13)；
所述实验槽(11)内装有变压器油(14)，交联聚乙烯片状样本(01)放置于变压器油中；交联聚乙烯片状样本一端安装有凹槽电极(15)，且凹槽电极与交联聚乙烯片状样本端部之间形成容纳修复液的空腔；所述凹槽电极上开设有液体注入口(1501)；
所述电源组件包括并联设置的第一直流调压器(16)和第一交流调压器(17)；所述第一直流调压器和第一交流调压器分别与第一选择电路两个输入端连接，第一选择电路的输出端经第一限流电阻(19)与针电极(110)连接；针电极置于交联聚乙烯样本安装凹槽电极相对的一端内；
所述微流注射泵(13)输入端与修复液供给装置连接，输出端经管道与凹槽电极上设置的液体注入口连接。


2.根据权利要求1所述交联聚乙烯样本靶向修复实验平台，其特征在于所述实验槽进一步设置有给变压器油加热的加热器(12)。


3.根据权利要求2所述交联聚乙烯样本靶向修复实验平台，其特征在于所述加热器为沿实验槽侧面和底部设置的加热片。


4.根据权利要求1至3任一权利要求所述交联聚乙烯样本靶向修复实验平台，其特征在于所述第一选择电路为第一单刀双掷开关；所述第一直流调压器和第一交流调压器分别与第一单刀双掷开关的两个不动端连接，第一单刀双掷开关的动端经第一限流电阻与针电极连接；针电极置于交联聚乙烯样本固定凹槽电极相对的一端内。


5.一种交联聚乙烯样本靶向修复实验平台，其特征在于包括两个结构相同的适配器(21)、修复液供给装置和电压施加装置；
两个适配器(21)分别安装于交联聚乙烯电力电缆样本的两端；所述适配器上设置有注液口(2107)和导电件，导电件与交联聚乙烯电力电缆缆芯连接；
所述修复液供给装置包括用于存放修复液的储液罐(22)和与储液罐连通，向修复液施加压力的储气罐(23)；所述储液罐通过设置有阀门的管道与交联聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：周凯，伍亚萍，项剑波，李诗雨，徐庆文，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51