本發明涉及電氣絕緣，具體涉及一種研究界面空間電荷對絕緣電氣強度影響的方法。

背景技術：

1、可再生能源的傳輸離不開高壓海纜系統，海纜作為海上風電中輸送電能的設備，對海上電能傳輸的安全性和穩定性具有重要影響。遠海對海纜連續長距離生產、運輸和敷設能力有較高要求，對于超過最大連續生產長度的傳輸距離，軟接頭成為提升距離的主要手段。

2、海纜軟接頭是指通過一定的工藝流程，將兩根電纜自內而外通過銅導體焊接、內屏蔽恢復、絕緣層恢復、外屏蔽恢復等工藝流程實現各層連接，從而使得連接處與電纜本體的機械、電氣性能指標一致。然而受實際生產工藝的限制，軟接頭界面處的性能往往無法達到本體絕緣的水平。軟接頭界面存在界面氣孔、交聯副產物堆積、分子鏈斷鏈等多類缺陷，在直流電場下這些缺陷容易成為捕獲空間電荷的陷阱，導致界面處的空間電荷積聚，引起絕緣電場畸變。

3、目前尚未出現有效手段評估軟接頭絕緣層內的空間電荷分布對軟接頭絕緣電氣強度的影響。針對全尺寸電纜絕緣層內的空間電荷分布測量已有多項可行的技術手段，比如電聲脈沖法、激光壓力波法、熱脈沖法。然而全尺寸電纜的測試往往要耗費巨大的成本與時間，且現有空間電荷分布測量方法尚無法實現無損測量，需對電纜進行預處理。因此全尺寸電纜內的空間電荷分布測量持續時間通常較短，測量得到的空間電荷積聚數量較少，在測試階段電纜絕緣并未出現明顯的性能劣化現象，因此該類方法無法判斷長期運行環境下積聚的空間電荷是否會對電纜絕緣的電氣強度產生影響。此外，現階段針對實際全尺寸電纜軟接頭界面處空間電荷的研究較少，對于軟接頭界面附近的空間電荷注入、分布特性尚未發現準確的規律。實際應用中電纜絕緣內的空間電荷來源不一，可能是由兩側屏蔽層注入，也可能來自于副產物等雜質分子解離，使得絕緣層內的空間電荷分布存在空間位置和數量的不均勻性與隨機性。現有空間電荷分布測量的手段無法系統地研究分布于軟接頭絕緣層內不同位置以及不同數量的空間電荷對絕緣電氣強度的影響。

技術實現思路

1、本發明針對現有技術存在的問題，提供了一種研究分布于軟接頭界面處的空間電荷對絕緣電氣強度影響的方法，能夠在軟接頭界面等效壓片內實現空間電荷的定點定量注入，并系統性地研究軟接頭絕緣內不同空間位置和不同數量的空間電荷分布對軟接頭絕緣電氣強度以及其他性能的影響，從而為實際工藝中軟接頭界面處的空間電荷抑制提供指導方向。

2、為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

3、一種研究界面空間電荷對絕緣電氣強度影響的方法，包括如下步驟：

4、準備軟接頭界面等效壓片樣品；

5、對軟接頭界面等效壓片樣品進行電子束輻照，注入空間電荷，得到輻照后的軟接頭界面等效壓片樣品；

6、對輻照后的軟接頭界面等效壓片樣品進行直流擊穿測試，研究界面空間電荷對絕緣電氣強度的影響。

7、進一步地，所述準備軟接頭界面等效壓片樣品包括分別制備厚度各為x的本體絕緣等效壓片樣品和恢復絕緣等效壓片樣品，并將其疊放后制成厚度為2x的軟接頭界面等效壓片樣品。

8、進一步地，所述制備厚度為x的本體絕緣等效壓片樣品包括將絕緣顆粒壓制成厚度為x的本體絕緣壓片，將本體絕緣壓片進行硫化、真空脫氣，得到本體絕緣等效壓片樣品；

9、所述制備厚度為x的恢復絕緣等效壓片樣品包括將絕緣顆粒壓制成恢復絕緣壓片，其面積、厚度與本體絕緣等效壓片樣品相同，得到恢復絕緣等效壓片樣品；

10、所述制成厚度為2x的軟接頭界面等效壓片樣品包括將本體絕緣等效壓片樣品與恢復絕緣等效壓片樣品疊放，壓制成單一壓片樣品，將單一壓片樣品進行硫化、真空脫氣，得到厚度為2x的軟接頭界面等效壓片樣品。

11、進一步地，所述本體絕緣等效壓片樣品的制備步驟中絕緣顆粒壓制的溫度為110-130℃、壓力為10-20mpa，硫化的溫度為170-190℃、壓力為10-20mpa，真空脫氣的溫度為70-90℃、時間為10-15小時；所述恢復絕緣等效壓片樣品的制備步驟中絕緣顆粒壓制的溫度為110-130℃、壓力為10-20mpa；所述厚度為2x的軟接頭界面等效壓片樣品的制備步驟中壓制的溫度為110-130℃、壓力為10-20mpa，硫化的溫度為170-190℃、壓力為10-20mpa，真空脫氣的溫度未70-90℃、時間為10-15小時。

12、進一步地，所述注入空間電荷時通過調節電子束的加速能量、束流量和輻照時間，控制空間電荷的注入深度與數量。

13、進一步地，電子束的加速能量大于40kev。

14、輻照能量低于40kev時，電子易從輻照面消散，導致電荷量的不穩定性增加，輻照能量大于40kev時，空間電荷注入位置與數量控制準確，偏差低于10％，方案穩定性高。

15、進一步地，所述注入空間電荷的方法包括以下步驟：

16、對軟接頭界面等效壓片樣品進行電子束輻照，調節加速能量以控制空間電荷的注入深度，調節電子束束流量和輻照時間以控制空間電荷的注入數量；

17、在輻照完成后，用鋁箔和塑料薄膜對樣品進行封裝，并在-20--5℃環境下冷凍保存。

18、進一步地，所述加速能量和輻照時間通過使用厚度為2x的本體絕緣等效壓片樣品進行電子束輻照標定。

19、進一步地，所述標定的方法包括以下步驟：

20、根據下式(1)計算得到注入深度為x時的電子加速能量e1，根據實驗方案規定的注入電荷數量q1與輻照設備的束流量i1計算得到電子束輻照時間t1，使用該加速能量e1與電子束輻照時間t1對厚度為2x的本體絕緣等效壓片樣品進行電子束輻照；

21、

22、q＝it???????(2)

23、其中，r(單位為m)為空間電荷注入的深度；e0(單位為mev)為電子的加速能量；ρ(單位為g/cm3)為輻照樣品的密度；α，β，γ分別為常量0.55g/cm2·mev-1，0.9841，3mev-1；q(單位為c)為注入電荷的數量；i為輻照電子束的束流量；t為輻照時間；

24、完成輻照后將本體絕緣等效壓片樣品置于空間電荷分布測量裝置內進行空間電荷分布測量，比較實際電荷注入深度r與數量q與步驟(i)設計方案中的x與q1的差異，二者的偏差不超過實驗方案設計值的10％，則根據步驟(i)的電子束加速能量為e1、電子束輻照時間t1對軟接頭界面等效壓片樣品進行電子束輻照；若實際電荷分布偏差超出該范圍，則需調整電子束加速能量與電子束輻照時間，使標定的本體絕緣等效壓片樣品內的空間電荷分布滿足要求；其中，電荷注入深度r為測量結果中空間電荷包的起始位置與輻照上表面之間的距離，電荷數量q為空間電荷峰的積分面積與輻照面積的乘積。

25、進一步地，步驟(ii)中所述調整電子束加速能量的方法為：若實際電荷注入深度小于實驗方案設計值的10％，則以5kev逐級增大加速能量，并依次測量實際空間電荷分布位置，直到實際空間電荷分布深度滿足設計值要求；若實際電荷注入深度大于實驗方案設計值的10％，則以5kev逐級減小加速能量，并依次測量實際空間電荷分布位置，直到實際空間電荷分布深度滿足設計值要求；

26、所述調整電子束輻照時間的方法為：若實際電荷注入數量小于實驗方案設計值的10％，則增加輻照時間，根據電子束輻照裝置的束流量，每次調整的理論電荷量變化值(q＝it)不超過1×10-9c，調整后測量并計算實際電荷注入數量，直到滿足設計值要求；若實際電荷注入數量大于實驗方案設計值的10％，則縮短輻照時間，根據電子束輻照裝置的束流量，每次調整的理論電荷量變化值(q＝it)不超過1×10-9c，調整后測量并計算實際電荷注入數量，直到滿足設計值要求。

27、進一步地，所述對輻照后的軟接頭界面等效壓片樣品進行直流擊穿測試，研究界面空間電荷對絕緣電氣強度的影響的方法包括：將輻照后的軟接頭界面等效壓片樣品置于直流擊穿設備中進行電氣絕緣強度測試，并與相同制樣條件下未輻照的軟接頭界面等效壓片樣品的直流擊穿強度進行對比，比較不同位置與不同數量的空間電荷分布對軟接頭界面等效壓片樣品電氣強度的影響。

28、進一步地，所述直流擊穿測試采用球-球電極，且以本體絕緣側作為高壓側進行測試。

29、本發明還提供了所述研究界面空間電荷對絕緣電氣強度影響的方法在電纜材料開發與電力設備性能檢測中的應用。

30、進一步地，所述研究界面空間電荷對絕緣電氣強度影響的方法尤其可以應用于優化高壓電纜及高壓海纜軟接頭界面絕緣電氣性能的提升。

31、相對于現有技術，本發明具有以下有益效果：

32、本發明提供了一種研究軟接頭界面空間電荷對絕緣電氣強度影響的方法，具有顯著的技術優勢和應用價值。首先，采用等效壓片樣品的制備方法，有效降低了研究軟接頭界面特性時的成本和實驗難度，避免了對全尺寸電纜的高成本、高復雜度測試。其次，結合電子束輻照技術，通過精確控制電子束的加速能量和束流量，能夠定量、定點地注入空間電荷，從而實現對軟接頭界面不同位置和數量的空間電荷分布的研究。這種方法不僅具有高精度和高穩定性，還能夠在樣品上模擬實際運行中可能存在的空間電荷分布情況，進而為軟接頭絕緣電氣強度的優化提供科學依據。進一步，通過直流擊穿測試，能夠直觀評估空間電荷對軟接頭絕緣性能的影響，揭示不同電荷分布對絕緣材料電氣強度的影響機制，為電纜及其配件的設計和工藝改進提供指導。此外，本發明方法可廣泛應用于電纜材料開發與電力設備性能檢測中，具有重要的工程應用價值和市場前景，能夠促進電氣絕緣材料的技術進步，提升電力系統的安全性和可靠性。