基于热刺激电流特性的复合绝缘子人工老化试验评估方法

摘要

本发明涉及一种基于热刺激电流特性的复合绝缘子人工老化试验评估方法。首先确认复合绝缘子的TSC曲线的峰值温度在300～350K；再计算老化时间与陷阱电荷量的相关性系数r，并取最大陷阱电荷增长量ΔQmax＝30nC作为区分人工老化试验有效性的分界值；然后比较分析，若rmaxmax≥30nC，该老化试验方法的有效性高。本发明的实施，将能够更好地对复合绝缘子人工老化试验进行评价，以提高复合绝缘子老化研究的效率。

说明书

技术领域

本发明属于电压与绝缘技术领域，特别涉及一种基于热刺激电流特性的复 合绝缘子人工老化试验评估方法。

背景技术

复合绝缘子人工老化试验是为了研究复合绝缘子老化而进行的一种模拟现 场老化的试验。进行该类试验的主要原因为复合绝缘子的运行条件较为复杂多 变，而复合绝缘子的老化受环境因素影响很大，因此在研究过程中难以取得条 件相同的样本；同时由于现场复合绝缘子老化时间较长，因此在试验中往往放 大某种或某几种因素的作用效果，从而达到缩短老化时间的目的。

作为一种较好的人工加速老化试验方法，它必须具有等价性(或典型性， representative)、可重复性(repeatability)和可再现性(reproducibility)。在这3个特 性中，等价性往往排第一，这是加速老化的第一要求，要反映真实的老化过程。 目前，复合绝缘子的人工加速老化试验方法基本上可分为3类：1)由 IEC61109-1992规定的漏电起痕和电蚀损试验(简称1000h盐雾法)和转轮法试 验，即简单因素老化试验方法；2)由5000h老化试验衍生出来的多因素人工加 速老化试验方法；其中5000h综合老化试验最早出现IEC61109的附录中，其 属于多因素的综合老化试验方法，在试验箱中包括了对紫外、盐雾、雨、湿度、 温度等各种因素的模拟，是被国内外学者普遍认可的一种人工老化试验方法。 清华大学以此为基础进行改进，提出了一种新的人工加速老化试验方法，该方 法已经加入DL/T810-2012；3)单因素老化，如紫外老化、盐雾老化、电晕老化 等；其中，电晕现象是运行线路中普遍在的一种放电现象，硅橡胶材料在电晕 放电等条件下时，表面会发生电老化，同时从憎水性变为亲水性。各种方法的 评价主要集中在闪络电压、憎水性等传统方法，并不能完全可靠的反映绝缘子 的老化状态，即复合绝缘子的等价性难以体现。

热刺激电流(TSC)法是现今国内外较为常用的空间电荷测量手段之一。该方 法利用热能作为活化能，在不同温度下激发固体电介质中的空间电荷形成微电 流，由此获得被固体电介质中陷阱所捕获到的电荷量，并得到温度上分立的陷 阱能级。固体电介质的陷阱电荷量和陷阱能级可以从一定程度上描述材料本身 老化的状态。以热刺激电流法作为人工老化复合绝缘子评价标准，解决了传统 方法(憎水性、闪络电压等)在评价人工方法有效性方面精确度差、难以形成量化 标准的不足，但是基于热刺激电流特性的复合绝缘子人工老化试验有效性评估 方法还有待进一步研究。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种基于热刺激电流特性的复合绝缘子 人工老化试验评估方法，包括以下步骤：

(1)判断复合绝缘子的TSC曲线的峰值温度是否在300～350K；若是，则 进行下一步；若否，则说明该复合绝缘子不属于老化的范畴；

(2)用相关性系数来作为人工老化试验有效性的表征，公式如下：

$r=\frac{n\Sigma xy-\Sigma x\Sigma y}{\sqrt{n\Sigma x^2-{(\Sigma x)}^2}\sqrt{n\Sigma y^2-{(\Sigma y)}^2}}$

其中r为相关性系数，x为老化时间，y为陷阱电荷量，n为随机变量x、y 一一对应的组数；当r在0.8～1.0范围内代表正极强相关，在0.6～0.8代表正强 相关，r越接近于0，相关度越差；

(3)用最大陷阱电荷增长量来表征人工老化程度，定义ΔQ_max＝Q_max-Q₀， 取ΔQ_max＝30nC作为区分人工老化试验有效性的分界值；其中ΔQ_max为最大陷阱 电荷增长量，Q_max为最大陷阱电荷量，Q₀为老化前陷阱电荷量；

(4)分别比较相关性系数r与最大陷阱电荷增长量ΔQ_max，若r<0.6，说明 该老化试验方法有效性差；若r≥0.6，但最大陷阱电荷增长量ΔQ_max<30nC，说 明该老化试验方法可行，但老化时间不够，导致老化效果不明显；若r≥0.6，且 最大陷阱电荷增长量ΔQ_max≥30nC，该老化试验方法的有效性高。

本发明的有益效果为：本发明对复合绝缘子进行了人工老化试验，并依据 试验结果建立了人工老化试验有效性评估方法。本发明的实施，将能够更好地 对复合绝缘子人工老化试验进行评价，以提高复合绝缘子老化研究的效率。

附图说明

图1为试样A5000h综合老化试验的TSC特性曲线；a为0～2000h综合老化试 验的TSC特性曲线；b为2500～5000h综合老化试验的TSC特性曲线；

图2为试样A5000h综合老化试验的陷阱特性参数；

图3为试样B电晕老化试验的TSC特性曲线；

图4为试样C电晕老化试验的TSC特性曲线；

图5为试样B电晕老化试验老化不同时间的外观图；a为老化前；b为老化15 天；c为老化20天；

图6为试样C电晕老化试验老化不同时间的外观图；a为老化前；b为老化15 天；c为老化20天；

图7为基于热刺激电流特性的复合绝缘子人工老化试验评估方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。应该强调的是，下 述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

实施例1

1、复合绝缘子人工老化试验

(1)5000h综合老化试验

试样A为复合绝缘子短棒试样，本实施例以清华大学改进后的5000h综合老 化试验方法(已加入DL/T810-2012)作为研究基础，对试样A进行人工老化试验。

(2)电晕老化试验

电晕老化试验作为5000h综合老化试验的对比试验。目前的电晕老化试验方 法通常采用不同的老化条件，在本实施例中采用了试验电压5kV，温度30℃， 湿度90％，老化时间0～20天，对试样B和试样C分别进行老化。试样B和试样C为 不同厂家生产的硅橡胶薄片，为复合绝缘子的伞裙材料。

2、对人工老化试验后的复合绝缘子试样进行热刺激电流测试，测试条件为 极化温度50℃，极化时间20min，升温速率3K/min。

(1)试样A

试样A人工老化试验后的TSC特性曲线如图1a-b所示，可以看出，在人工老 化过程中，复合绝缘子TSC特性曲线体现了非常明显的上升趋势，对复合绝缘子 陷阱特性参数进行统计，结果如图2所示，陷阱电荷量呈明显上升趋势。可见， 复合绝缘子在5000h人工老化试验过程中体现了明显的特性变化。

(2)试样B

试样B电晕老化试验后的TSC特性曲线如图3所示，可以看出，试样B在老化 20天后TSC曲线有所增长。试样B电晕老化试验老化不同时间的外观图如图5a-c 所示，可以看出，老化20天后，试样B表面出现明显的烧灼痕迹。

(3)试样C

试样C电晕老化试验后的TSC特性曲线如图4所示，可以看出，试样C的TSC 特性曲线的峰值温度发生明显的偏移。结合试样C的外观，如图6a-c，可以发现， 试样C烧蚀痕迹严重，已经超越了老化的范畴。

3、基于热刺激电流特性的复合绝缘子人工老化试验有效性评估方法

步骤如图7所示。

1)温度阈值

由图4试样C的TSC曲线可知，当试样发生明显的特性变化时，其TSC特性也 会随之发生变化，其中变化最为明显的特征量为峰值电流对应的温度。因此可 以设定温度阈值来对材料是否属于老化进行区分。根据运行经验，99％的现场复 合绝缘子的峰值温度都在300-350K，而出现烧蚀的试样峰值温度低于300K，因 此可以使用此阈值作为判断复合绝缘子材料是否属于老化的范畴。

2)相关度

由试样A可知，对于一种可信的人工老化试验方法，试样的陷阱电荷量应随 老化时间呈增长趋势。因此可以用相关性系数来作为人工老化试验有效性的表 征，公式如下：

$r=\frac{n\Sigma xy-\Sigma x\Sigma y}{\sqrt{n\Sigma x^2-{(\Sigma x)}^2}\sqrt{n\Sigma y^2-{(\Sigma y)}^2}}$

其中r为相关性系数，x为老化时间，y为陷阱电荷量，n为随机变量x、y一一 对应的组数。当r在0.8～1.0范围内代表正极强相关，在0.6～0.8代表正强相关，r 越接近于0，相关度越差。

3)最大陷阱电荷增长量

试样的老化时间与陷阱电荷量呈正相关变化，存在一种可能性，即陷阱电 荷量的相对变化值并不大，这种情况下材料的老化并不严重。因此可以用最大 陷阱电荷增长量来表征人工老化程度，定义ΔQ_max＝Q_max-Q₀，ΔQ_max越大，试样 的人工老化越严重，即人工老化评估方法的有效性越高。根据运行经验，取 ΔQ_max＝30nC作为区分人工老化试验是否有效的分界值。

下表为根据此方法得到的三种试样人工老化有效性评估结果：