一种海缆用交联聚乙烯绝缘材料老化的表征方法技术

一种海缆用交联聚乙烯绝缘材料老化的表征方法，包括以下步骤：a)分别对不同老化程度的交联聚乙烯绝缘材料进行机械、化学、热和电气性能测试，得到各特征参量随老化程度的变化规律；进一步划分老化区间，并根据上述老化区间中划分不同阶段的阈值点对应的特征参量，建立参考序列；b)对未知老化状态的交联聚乙烯绝缘材料进行与步骤a)相同的各项性能测试，并将得到的特征参量建立待匹配序列；c)将步骤b)建立的待匹配序列与步骤a)建立的参考序列进行关联度计算，匹配老化区间，确定材料的老化程度。该表征方法融合了理化和电气性能的多特征参量，结合更科学的老化区间划分及更准确的关联度计算，能够全面、准确的反映材料的老化状态。

An Aging Characterization Method of Cross-linked Polyethylene Insulation Material for Sea Cable

【技术实现步骤摘要】
一种海缆用交联聚乙烯绝缘材料老化的表征方法
本专利技术涉及交联聚乙烯海缆检测分析
，更具体地说，是涉及一种海缆用交联聚乙烯绝缘材料老化的表征方法。
技术介绍
交联聚乙烯(XLPE)绝缘海底电力电缆在大陆向近海海岛供电的大型工程中得到了广泛的应用。我国海域辽阔，海岸线长，沿海岛屿需要采用海底电力电缆与大陆主网连网，以保证电力供应，提高电网运行稳定性。其中，舟山500千伏联网输变电工程是世界上第一个交流500千伏聚乙烯绝缘海底电缆工程，也是电压等级最高的聚乙烯绝缘海底电缆工程，其交联聚乙烯海缆由我国自主研发制造，于2018年4月通过出厂试验，并于2019年在舟山500千伏联网输变电工程中开始敷设，联网工程全长51km，其中海缆长度17km。电力电缆在敷设一段时间以后会出现绝缘材料老化的现象，老化是多因素造成的结果，其中最具代表性的是热老化。电缆老化机理多数以绝缘材料温度升高为表现形式，温度升高加速了绝缘介质的化学反应速率，也加速了其他老化因素导致的绝缘劣化进程。热老化的进程同样伴随着电应力、机械振动等因素的影响，多因素协同作用下导致绝缘失效，以绝缘击穿的形式最终显现出来。国外NedjarM、AnandakumaranK等人发现随着材料的热老化进程，XLPE高分子主链断裂，产生了较多的断链及氧化产物，导致试样内结晶态向无定形态转变，结晶度、熔融峰值温度和击穿场强显著下降，介电常数εr和介质损耗角tanδ则在超高频和低频下呈现出规律性变化。朱晓辉等人对不同服役年限的高压交联聚乙烯电力电缆介电性能进行分析，发现XLPE的低频介质损耗因数与老化程度存在对应关系，认为测试运行XLPE电缆的绝缘击穿电场强度变化情况可以反映其综合老化程度，是适合于实际工程应用的简单有效方法；赵威等人借鉴去极化能量的思想，提出了极化能量(Ep)的特征参量，用介损标准量化特征参量Ep对电缆绝缘状态进行定量评估。但是，上述方法大多基于XLPE材料单一特征参量对XLPE绝缘材料老化特性进行分析并预测寿命区间，这些单一特征参量仅仅反映材料某一性能变化，使得评价结果不全面。此外，通过模糊数学、人工神经网络、贝叶斯模型等方法分析材料老化状态也是目前的研究热点。刘飞等人基于上海市近20年内、约300条线路466根现场老化35kV电缆样品进行的实验室理化分析结果，基于FTIR、水树、DSC等参量建立了电缆绝缘模糊聚类诊断模型。刘恬等采用层次分析法对电缆试样的整体老化状态进行综合评价，基于电缆满载、轻载的运行状态和FTIR测试等构建了包括简化法和详细法的电缆剩余寿命分级评价方法，评估了220kV电缆样本的剩余使用寿命。然而，以上研究对实验样本与数据量有较强要求，对于500千伏XLPE海底电缆而言，老化样本有限，目前没有500kV在役电缆用于数据分析，使得以上方法存在一定的使用限制。随着超高压海底电缆工程的进行，在海底电缆预鉴定试验之外，电力运维部门亟需适用于工程实际的海缆用交联聚乙烯绝缘材料老化的表征方法，以便日后对海底电缆的绝缘状态进行健康检查，保障海缆输电的安全与可靠。因此，从输电安全与稳定角度考虑，及早发现海底电缆绝缘劣化问题，对海底电缆进行寿命预测，分析表征电缆寿命损耗程度与剩余寿命对提高供电可靠性具有积极意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种海缆用交联聚乙烯绝缘材料老化的表征方法，该表征方法能够全面、准确的反映材料老化状态，对交联聚乙烯海缆的质量标准的进一步完善起到重要作用。本专利技术提供了一种海缆用交联聚乙烯绝缘材料老化的表征方法，包括以下步骤：a)分别对不同老化程度的交联聚乙烯绝缘材料进行机械性能测试、化学性能测试、热性能测试和电气性能测试，得到各特征参量随老化程度的变化规律；进一步划分老化区间，并根据上述老化区间中划分不同阶段的阈值点对应的特征参量，建立参考序列；b)对未知老化状态的交联聚乙烯绝缘材料进行与步骤a)相同的各项性能测试，并将得到的特征参量建立待匹配序列；c)将步骤b)建立的待匹配序列与步骤a)建立的参考序列进行关联度计算，匹配老化区间，确定未知老化状态的交联聚乙烯绝缘材料的老化程度。优选的，步骤a)中所述不同老化程度的交联聚乙烯绝缘材料的制备方法具体为：取新电缆的绝缘材料在70℃～90℃、40Pa～60Pa下进行46h～50h脱气干燥处理；再放入老化箱在120℃～140℃下进行热老化，得到不同老化程度的交联聚乙烯绝缘材料。优选的，步骤a)中所述机械性能测试得到的特征参量为拉伸断裂伸长率保留率。优选的，步骤a)中所述化学性能测试得到的特征参量为羰基指数和最大半峰宽。优选的，步骤a)中所述热性能测试得到的特征参量为结晶度和玻璃化转变温度。优选的，步骤a)中所述电气性能测试得到的特征参量为介电常数变比和绝缘击穿电场。优选的，步骤a)中所述老化区间分为六个阶段，分别为老化前期I、老化前期II、老化中期、老化中后期、老化后期I和老化后期II。优选的，步骤b)中所述关联度计算的方法为灰色关联分析。优选的，所述灰色关联分析的计算流程具体为：1)利用步骤b)建立的参考序列与步骤c)建立的待匹配序列进行每个特征参量的关联系数计算，计算公式参见式(I)所示；其中，xi＝[xi(1),xi(2),...,xi(n)](n≥1)，xi(k)为参考序列xi的第k个数据，yj＝[yj(1),yj(2),...,yj(n)](n≥1)，yi(k)为参考序列yi的第k个数据，ξij(k)为关联系数向量ξij中第k个数据；k为大于0的整数；每个特征参量均对应一个关联系数，多组特征参量形成关联系数向量ξij；2)将各个特征参量对应的权重建立包含各特征参量的权重向量ωij；利用关联系数向量ξij和权重向量ωij进行关联度rij的计算，计算公式参见式(II)所示；本专利技术还提供了一种上述技术方案所述的海缆用交联聚乙烯绝缘材料老化的表征方法在评估交流500kV海缆交联聚乙烯绝缘材料老化状态的应用。本专利技术提供了一种海缆用交联聚乙烯绝缘材料老化的表征方法，包括以下步骤：a)分别对不同老化程度的交联聚乙烯绝缘材料进行机械性能测试、化学性能测试、热性能测试和电气性能测试，得到各特征参量随老化程度的变化规律；进一步划分老化区间，并根据上述老化区间中划分不同阶段的阈值点对应的特征参量，建立参考序列；b)对未知老化状态的交联聚乙烯绝缘材料进行与步骤a)相同的各项性能测试，并将得到的特征参量建立待匹配序列；c)将步骤b)建立的待匹配序列与步骤a)建立的参考序列进行关联度计算，匹配老化区间，确定未知老化状态的交联聚乙烯绝缘材料的老化程度。该表征方法融合了理化和电气性能的多特征参量，结合更科学的老化区间划分及更准确快捷的关联度计算，能够全面、准确的反映海缆用交联聚乙烯绝缘材料的老化状态，并且对交联聚乙烯海缆的质量标准的进一步完善起到重要作用。此外，本专利技术提供的表征方法应用在交流500kV海缆交联聚乙烯绝缘材料老化状态的评估中，能够实现对海底电缆的绝缘状态进行健康检查，及时发现海底电缆绝缘劣化问题，对海底电缆进行寿命预测，从而保障海缆输电的安全与可靠，对国内外交联聚乙烯海缆的研究领域具有重要贡献，推动交联聚乙烯海缆检测技术的发展，具有重要的意义。附图说明图1为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海缆用交联聚乙烯绝缘材料老化的表征方法，包括以下步骤：a)分别对不同老化程度的交联聚乙烯绝缘材料进行机械性能测试、化学性能测试、热性能测试和电气性能测试，得到各特征参量随老化程度的变化规律；进一步划分老化区间，并根据上述老化区间中划分不同阶段的阈值点对应的特征参量，建立参考序列；b)对未知老化状态的交联聚乙烯绝缘材料进行与步骤a)相同的各项性能测试，并将得到的特征参量建立待匹配序列；c)将步骤b)建立的待匹配序列与步骤a)建立的参考序列进行关联度计算，匹配老化区间，确定未知老化状态的交联聚乙烯绝缘材料的老化程度。

【技术特征摘要】
1.一种海缆用交联聚乙烯绝缘材料老化的表征方法，包括以下步骤：a)分别对不同老化程度的交联聚乙烯绝缘材料进行机械性能测试、化学性能测试、热性能测试和电气性能测试，得到各特征参量随老化程度的变化规律；进一步划分老化区间，并根据上述老化区间中划分不同阶段的阈值点对应的特征参量，建立参考序列；b)对未知老化状态的交联聚乙烯绝缘材料进行与步骤a)相同的各项性能测试，并将得到的特征参量建立待匹配序列；c)将步骤b)建立的待匹配序列与步骤a)建立的参考序列进行关联度计算，匹配老化区间，确定未知老化状态的交联聚乙烯绝缘材料的老化程度。2.根据权利要求1所述的表征方法，其特征在于，步骤a)中所述不同老化程度的交联聚乙烯绝缘材料的制备方法具体为：取新电缆的绝缘材料在70℃～90℃、40Pa～60Pa下进行46h～50h脱气干燥处理；再放入老化箱在120℃～140℃下进行热老化，得到不同老化程度的交联聚乙烯绝缘材料。3.根据权利要求1所述的表征方法，其特征在于，步骤a)中所述机械性能测试得到的特征参量为拉伸断裂伸长率保留率。4.根据权利要求1所述的表征方法，其特征在于，步骤a)中所述化学性能测试得到的特征参量为羰基指数和最大半峰宽。5.根据权利要求1所述的表征方法，其特征在于，步骤a)中所述热性能测试得到的特征参量为结晶度和玻璃化转变温度。6.根据权利要求1所述的表...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝建，高震，李捍平，刘智谦，胡文侃，彭维龙，卢正通，廖瑞金，杨丽君，
申请(专利权)人：重庆大学，国网浙江省电力有限公司舟山供电公司，浙江舟山海洋输电研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50