一種基于硬度保留率的低壓電纜剩余壽命快速檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電氣設(shè)備絕緣診斷技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于硬度保留率的低壓電纜剩 余壽命快速檢測方法，對低壓橡膠電纜的絕緣狀態(tài)進(jìn)行檢測診斷與剩余壽命評估。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會自動化程度的逐步提高，電氣系統(tǒng)也隨之日趨復(fù)雜，電纜承擔(dān)著傳輸電 能和信號的重要任務(wù)。由于電纜安全使用壽命在相關(guān)的技術(shù)規(guī)范中無明確要求，業(yè)內(nèi)普遍 認(rèn)可的電纜設(shè)計安全壽命為20-30年。但是在實際的工作環(huán)境中受油霧、熱、輻射、機械等 因素的影響，其絕緣層材料容易老化，導(dǎo)致絕緣性能下降甚至失效，引起電氣系統(tǒng)失效，嚴(yán) 重時引發(fā)火災(zāi)。
[0003] 日常維護(hù)中，主要通過對電纜日常運行狀態(tài)查詢，電纜外觀目視檢查或者使用絕 緣電阻檢測的手段對電纜絕緣狀態(tài)進(jìn)行判斷。對于較為明顯的電纜絕緣破損或擊穿情況， 通過以上手段可定性的確定電纜是否適合繼續(xù)運行，但不能明確指出電纜絕緣的老化程 度，對于剩余壽命的預(yù)測更是無從下手。
[0004] 針對電纜絕緣狀態(tài)的檢測和壽命評估方法，國內(nèi)外提出了很多檢測手段，如表1 所示。國內(nèi)外各界對這些試驗方法的評價意見分歧較大，本發(fā)明也對這些方法從多個方面 進(jìn)行分析比較，這些試驗方法均存在不完善之處，其實際可操作性、與工頻電壓試驗的等 效性、發(fā)現(xiàn)電纜絕緣早期缺陷的有效性等尚在研究、積累運行經(jīng)驗過程之中。
[0005] 表1電纜檢測手段
[0006]
[0008] 從目前的研究狀態(tài)來看，對低壓電纜的壽命評估主要采用實驗室加速熱老化，模 擬電纜的老化過程，以國際上公認(rèn)的阿倫尼烏斯方程為理論基礎(chǔ)，由老化后試樣的斷裂伸 長率下降到150%為判斷依據(jù)來進(jìn)行壽命預(yù)測。但是該方法屬于破壞性試驗，試驗周期比較 長，加上一些場合可以用來做試驗的電纜樣品少，導(dǎo)致該方法對電纜絕緣狀態(tài)的評估具有 一定的局限性。而低壓電纜日常的負(fù)荷電壓和電流比較小，電纜老化是一個緩慢的過程，使 得低壓電纜的絕緣無損檢測方法沒有引起足夠的重視，也缺少相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和判據(jù)。所以無 損檢測方法對于低壓電纜絕緣狀態(tài)的檢測具有十分重要的意義。
[0009] 低壓電纜的老化主要是由于導(dǎo)體發(fā)熱引起溫度上升，進(jìn)而造成絕緣層發(fā)生熱氧老 化。隨著使用年限的增加或者是電纜溫度的升高，絕緣層材料的硬度值也會不斷增加。硬 度值表示材料表面抵抗另一物體壓入時所引起的塑性變形的能力。不論是對于金屬材料還 是非金屬材料，市場上對于硬度值的測量的儀器及測試標(biāo)準(zhǔn)都有較詳細(xì)的規(guī)范，所以對于 材料的硬度檢測具有快速、簡潔的優(yōu)點。所以，我們可以通過測量硬度來估算電纜的使用壽 命，達(dá)到快速、無損檢測的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 現(xiàn)有的低壓電纜的壽命評估方法多數(shù)屬于破壞性試驗，試驗周期比較長，對電纜 絕緣狀態(tài)的評估具有一定的局限性，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于硬度保留 率的低壓電纜剩余壽命快速檢測方法，該方法對低壓電纜無破壞性，能夠無損、快速有效的 評估低壓電纜的剩余壽命，
[0011] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括如下步驟：
[0012] 第一步，對低壓電纜的絕緣材料進(jìn)行加速老化試驗，獲取不同溫度和老化時間下 電纜絕緣材料的硬度值，并由公式（1)可得到不同老化溫度和老化時間下的硬度保留率 值；
[0013] 1)將低壓電纜絕緣材料樣品按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2951. 11-2008和國際電工委員 會標(biāo)準(zhǔn)IEC60811-1-1:2001，IDT，選取試驗標(biāo)準(zhǔn)試樣，將其制成啞鈴型試樣，所述的啞鈴型 試樣厚度為〇.8mm_2. 0mm，厚度差小于0. 1mm。
[0014] 2)按照美國火力電站電纜試驗規(guī)范與IEC60216標(biāo)準(zhǔn)，選取啞鈴型試樣加速老化 溫度，其中135°C為加速老化試驗必選溫度；每一個加速老化溫度下的試驗周期一般采用 等差級數(shù)，且溫度差以15°C為宜，取4~10個為最佳。本專利選取135°C、150°C、165°C和 180 °C為低壓電纜絕緣材料的加速老化溫度。
[0015] 3)對啞鈴型試樣進(jìn)行加速老化試驗，老化后取出的啞鈴型試樣以不受應(yīng)力的方式 在待測試環(huán)境下放置一定時間，測試其在各個老化時間點的硬度值，據(jù)GB/T531. 2-2009標(biāo) 準(zhǔn)，每個加速老化溫度和試驗周期下測量多個啞鈴型試樣的硬度值，求取平均值作為該啞 鈴型試樣的硬度值；所述的放置時間為不少于16h，不超過6天。
[0016] 4)本發(fā)明提出采用硬度保留率對老化后的試樣硬度值進(jìn)行分析，由公式⑴得到 不同老化溫度和老化時間下的硬度保留率值；所述硬度保留率是指100度減去當(dāng)前樣品的 測試硬度值與100度的比值，即：
[0017]
[0018] 式中，p為硬度保留率，X為老化后試樣的硬度值，硬度值由硬度計直接測量得到。 硬度保留率的計算過程中只需測量老化后的硬度值即可得到硬度保留率值，與初始值無 關(guān)。
[0019] 第二步，將不同加速老化溫度和老化時間下的硬度保留率值平移到最低加速老化 溫度下，并對平移后的數(shù)值進(jìn)行曲線擬合，得到基于硬度保留率的電纜老化方程，結(jié)合阿倫 尼烏斯方程，最終建立基于硬度保留率的電纜壽命外推方程；本專利的最低加速老化溫度 下為135°C，將180°C、165°C和150°C下的硬度保留率值平移到135°C的過程中所對應(yīng)的比 例值稱為平移因子；由平移因子結(jié)合阿倫尼烏斯方程推導(dǎo)出電纜的活化能，進(jìn)而求出基于 硬度保留率的電纜壽命外推方程。
[0020] 第三步，結(jié)合待測同類型電纜在實際工作過程中的硬度保留率值和工作溫度，利 用基于硬度保留率的電纜老化方程，得到當(dāng)前硬度保留率對應(yīng)于135°C下的老化時間，再利 用基于硬度保留率的電纜壽命外推方程得出電纜在不同工作溫度下剩余壽命的評估結(jié)果。
[0021] 本發(fā)明提出采用硬度保留率對老化后的試樣硬度值進(jìn)行分析，即本發(fā)明在現(xiàn)場實 際測試時只需要對待測電纜的絕緣層進(jìn)行硬度測試。硬度保留率的測量方法在測試過程中 不會對電纜絕緣層材料造成破壞，屬于無損檢測方法。測試結(jié)束后只需由所測硬度值得到 硬度保留率值，再由基于硬度保留率的電纜老化方程和基于硬度保留率的電纜壽命外推方 程即可得到電纜的壽命。
【附圖說明】
[0022] 附圖是硬度保留率擬合曲線。
【具體實施方式】
[0023] 第一步，對低壓電纜的絕緣材料進(jìn)行加速老化試驗，獲取不同溫度和老化時間下 電纜絕緣層的硬度值，并由公式（1)可得到不同老化溫度和老化時間下的硬度保留率值；
[0024] 1)將電纜絕緣材料樣品按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2951. 11-2008和國際電工委員會標(biāo) 準(zhǔn)IEC60811-1-1:2001，IDT，選取試驗標(biāo)準(zhǔn)試樣，將其制成啞鈴型試樣，所述的啞鈴型試樣 厚度為〇. 8mm_2. 0mm，厚度差小于0. 1mm。
[0025] 2)按照美國火力電站電纜試驗規(guī)范與IEC60216標(biāo)準(zhǔn)，選取啞鈴型試樣加速老化 溫度，135°C為老化必選溫度，其余等級差為15°C，且取4個老化溫度為最佳，本專利選取 135°C、150°C、165°C和180°C為低壓電纜絕緣材料的加速老化溫度。
[0026] 3)對啞鈴型試樣進(jìn)行加速老化試驗，老化后取出的試樣以不受應(yīng)力的方式在待測 試環(huán)境下放置2天（放置時間不少于16h，不超過6天），測試其在各個老化時間點的硬度 值，據(jù)GB/T531. 2-2009標(biāo)準(zhǔn)，每個加速老化溫度和試驗周期下測量5個啞鈴型試樣的硬度 值，為了提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時，取平均值作為實際測量值，帶入公式（1) 測試數(shù)據(jù)如表1所示。由公式（1)可知在硬度保留率的計算過程中只需測量老化后的硬度 值即可得到硬度保留率值，與初始值無關(guān)。
[0027] 表1硬度測試值與硬度保留率計算值
[0028]
[0030] 第二步，利用時溫疊加原理，將不同加速老化溫度和老化時間下的硬度保留率值 平移到最低加速老化溫度135°c下，并對平移后的數(shù)值進(jìn)行曲線擬合，得到附圖所示的曲 線，其中將180°C、165°C和150°C下的硬度保留率值平移到135°C的過程中所對應(yīng)的平移因 子&1=(26、6.6、2.3、1)，進(jìn)而得到135°(：條件下，基于硬度保留率的電纜老化方程為 ：
[0031]P= 23. 58637-0. 0