【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力电缆绝缘老化监测，涉及一种电缆绝缘电树老化实验装置及方法。
技术介绍
1、随着城市化进程的不断推进，xlpe电力电缆由于其优异的电气和机械性能在电网建设中得到了大规模的应用。但由于早期电缆绝缘制造工艺尚不成熟，电缆在制造过程中不可避免地会存在气隙、杂质、凸起毛刺等缺陷，这些缺陷是电缆绝缘的弱点。考虑到早期相关企业缺少电力电缆敷设和运维经验，电缆运行环境恶劣，存在共沟率高、散热严重等问题。随着电力电缆服役时间的不断增加，在电场、热、外部机械和环境应力等多因素共同作用下，电缆中存在的缺陷点会逐渐产生电树枝、水树枝。水树枝最终将转变为电树枝，对电缆绝缘造成不可逆的破坏。电树枝不断发展直至击穿导致电缆故障。
2、电缆绝缘中的电树老化问题是制约电力电缆长期安全运行的关键因素之一。所以对电缆绝缘中的电树引发、生长和老化问题进行研究，具有重要的意义。目前对于电树老化的检测分析手段主要是通过放电、电流等电信号测量的电气检测法(pdc测试、局部放电测试、电树引发测试等)，存在着缺陷检出率和抗干扰能力较低的问题，且对绝缘电树缺陷反应不灵敏。现有诊断方法采用的电信号等表征量与电缆绝缘电树老化状态关联性较弱，如何获取电树老化状态的强表征量研究较少，是高准确度诊断电缆绝缘电树老化问题的关键。
3、气体是绝缘材料老化降解的产物，是电缆绝缘发生电树老化的直接表现形式。电树老化过程中释放的气体可能包含有关老化机理的关键信息，如特定气体的种类、浓度和释放速率。因此，研究电树老化过程中气体的生成和演变对于提高电缆老化机理的
技术实现思路
1、针对电树老化问题的严峻性以及现有诊断分析方法的局限性，本专利技术目的旨在提供一种电缆绝缘电树老化实验装置及方法，从气体角度伸入研究电树老化过程的方法，以更全面、精准地评估绝缘电树老化问题。
2、本专利技术通过逸出气体采集和电树引发实现了对电缆绝缘电树老化过程特征气体的提取；同时通过电树生长观测实现对老化过程中电树形貌的观测，后续利用气相色谱分析技术对特征气体进行分析获得了电树老化特征气体的种类和浓度两个强表征量。
3、为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案来实现。
4、本专利技术提供的电缆绝缘电树老化实验装置，其包括：实验腔及安装于实验腔内的样本支撑架、电树引发机构、气体采集机构和电树生长观测机构；
5、所述电树引发机构包括高压电源、与高压电源连接的针电极和地电极；所述针电极与地电极位于电缆绝缘样本两侧；
6、所述气体采集机构包括进气管路和出气管路；所述进气管路一端伸入筒体，另一端与供气气瓶连接；所述出气管路一端伸入筒体，另一端与气体收集单元连接；
7、所述电树生长观测机构包括相机和光源；所述相机和光源分别位于电缆绝缘样本的两侧。
8、上述电缆绝缘电树老化实验装置，所述实验腔包括一侧开口的筒体和设置于筒体开口端的盖板。实验腔内通过支撑架将实验腔内分为上、下两部分，上部分用于放置电缆绝缘样本，下部分用于放置光源。在一种实现方式中，实验腔与支撑架一体成型。进一步的，所述支撑架呈环形结构。所述实验腔和支撑架均为透明材质。所述筒体端部表面设有圆形密封圈槽，用于放置圆形橡胶密封圈，在筒体与盖板进行螺栓紧固时使得应力均匀分布，避免开裂破损。所述筒体侧面对称位置设有两个贯穿孔用于引入针电极和地电极，进行电树老化。
9、上述电缆绝缘电树老化实验装置，进气管路和出气管路上均设置有阀门。所述供气气瓶用于进行电树老化前向筒体内通入惰性气体，排出筒体内的空气；这里使用的惰性气体优选为氮气，氮气在发生电晕放电时不会分解产生其他气体，避免对电树老化特征气体的采集造成影响。所述出气管路上气体收集单元前还设置有抽气泵。所述气体收集单元为真空铝箔采气袋。
10、上述电缆绝缘电树老化实验装置，所述针电极、地电极与筒体侧面贯穿孔之间的缝隙采用丁腈型密封胶填充，实现盖板与筒体紧固连接后内部气密性良好、不漏气。
11、上述电缆绝缘电树老化实验装置，所述电缆绝缘样本包括电缆的内半导电层和绝缘层；可以通过去除xlpe电力电缆除内半导电层和绝缘层之外的部分得到。所述内半导电层侧经铜条与地电极接触连接；所述针电极穿入绝缘层，且与内半导电层之间存在间隙。所述针电极端部与内半导电层之间的间隙为2-3mm。
12、上述电缆绝缘电树老化实验装置，电缆绝缘样本在电树老化的过程中，特征气体逸出扩散于筒内，利用抽气泵抽出筒内气体储存于真空铝箔采气袋中，对抽取的特征气体进行气相色谱测试，获得样本发生电树老化特征气体的种类和浓度。
13、上述电缆绝缘电树老化实验装置，所述相机为ccd相机；所述光源为led可调电光源。所述相机与pc机连接，用于对ccd相机采集的图像进行实时显示。
14、本专利技术还提供了利用上述实验装置研究电缆绝缘电树老化的方法，包括以下步骤：
15、s1：将电缆绝缘样本放置于实验腔内的样本支撑架上，将针电极插入至电缆绝缘样本的绝缘层中，连接地电极，并密封实验腔；地电极接地，针电极连接高压电源；
16、s2：开启相机和光源，通过气体采集机构的供气气瓶向实验腔内持续注入惰性气体，将实验腔内的空气排出；
17、s3：开启高压电源，使其输出交流电压，开始对电缆绝缘样本进行电树老化；在电树老化过程中，利用相机拍摄电树的生长形态；关闭高压电源，通过气体收集单元收集电树老化过程中产生的特征气体；
18、s4：对采集的电树的生长形态进行分析得到电树尺寸参数；对特征气体进行气相色谱分析，确定特征气体种类和浓度。
19、上述步骤s3中，交流电压的有效值为6.5-12kv，作为电树老化电压。在采集特征气体时，开启抽气泵将实验腔气体抽出储存于气体收集单元(例如真空铝箔采气袋)中。
20、与现有技术相比，采用本专利技术提供的电缆绝缘电树老化实验装置及方法，具有以下有益效果：
21、1)本专利技术将电树引发机构、气体采集机构和电树生长观测机构集成于实验腔内，能够通过实现电树过程中特征气体的提取与电树生长形貌的观察；
22、2)通过对提取的特征气体进行气相色谱分析获得电树老化的表征量；
23、3)在电树老化前使用氮气等惰性气体而持续注入实验腔内，排出原有空气，避免了原有空气或者保护气分解产生气体，确保特征气体采集的准确性和可靠性；
24、4)本专利技术提供的电缆绝缘电树老化实验装本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电缆绝缘电树老化实验装置，其特征在于，包括：实验腔及安装于实验腔内的样本支撑架、电树引发机构、气体采集机构和电树生长观测机构；
2.根据权利要求1所述的电缆绝缘电树老化实验装置，其特征在于，所述实验腔包括一侧开口的筒体和设置于筒体开口端的盖板；所述筒体侧面对称位置设有两个贯穿孔用于引入针电极和地电极，进行电树老化。
3.根据权利要求1所述的电缆绝缘电树老化实验装置，其特征在于，实验腔内通过支撑架将实验腔内分为上、下两部分，上部分用于放置电缆绝缘样本，下部分用于放置光源；所述实验腔与支撑架一体成型。
4.根据权利要求1至3任一项所述的电缆绝缘电树老化实验装置，其特征在于，所述实验腔和支撑架均为透明材质。
5.根据权利要求4所述的电缆绝缘电树老化实验装置，其特征在于，所述筒体端部表面设有圆形密封圈槽，用于放置圆形橡胶密封圈。
6.根据权利要求1所述的电缆绝缘电树老化实验装置，其特征在于，进气管路和出气管路上均设置有阀门；所述供气气瓶用于进行电树老化前向筒体内通入惰性气体，排出筒体内的空气；所述出气管路上气体收集单元前
7.根据权利要求6所述的电缆绝缘电树老化实验装置，其特征在于，所述气体收集单元为真空铝箔采气袋。
8.根据权利要求1所述的电缆绝缘电树老化实验装置，其特征在于，所述电缆绝缘样本包括电缆的内半导电层和绝缘层；所述内半导电层侧经铜条与地电极接触连接；所述针电极穿入绝缘层，且与内半导电层之间存在间隙。
9.根据权利要求8所述的电缆绝缘电树老化实验装置，其特征在于，所述针电极端部与内半导电层之间的间隙为2-3mm。
10.利用权利要求1至9任一项所述的实验装置研究电缆绝缘电树老化的方法，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种电缆绝缘电树老化实验装置，其特征在于，包括：实验腔及安装于实验腔内的样本支撑架、电树引发机构、气体采集机构和电树生长观测机构；
2.根据权利要求1所述的电缆绝缘电树老化实验装置，其特征在于，所述实验腔包括一侧开口的筒体和设置于筒体开口端的盖板；所述筒体侧面对称位置设有两个贯穿孔用于引入针电极和地电极，进行电树老化。
3.根据权利要求1所述的电缆绝缘电树老化实验装置，其特征在于，实验腔内通过支撑架将实验腔内分为上、下两部分，上部分用于放置电缆绝缘样本，下部分用于放置光源；所述实验腔与支撑架一体成型。
4.根据权利要求1至3任一项所述的电缆绝缘电树老化实验装置，其特征在于，所述实验腔和支撑架均为透明材质。
5.根据权利要求4所述的电缆绝缘电树老化实验装置，其特征在于，所述筒体端部表面设有圆形密封圈槽，用于放置圆形橡胶密...
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