一种LNG潜液泵定子线棒寿命冷劣化无损判断方法与流程

本发明属于绝缘材料，具体涉及一种lng潜液泵定子线棒寿命冷劣化无损判断方法。

背景技术：

1、天然气作为清洁能源在一次能源结构中的占比逐渐增大，全球能源结构已发展成由石油、煤炭、天然气和新能源组成的新格局。大部分天然气采用液化天然气（liquefiednatural gas，lng）的形式进行运输。lng泵是lng运输和使用过程中的核心设备，其工作温度一般为-161℃，设计温度为-196℃。与常规的发电机环氧-云母复合绝缘体系不同，lng泵绝缘需要承受极低的温度，当前尚无对lng泵绝缘系统进行评估的可靠方法。

2、例如，现有的低温劣化评估方法中，中国发明专利：抽水蓄能发电电动机vpi线棒绝缘热机械低温劣化的判定方法，申请公布号：cn114002532b，公开了：周期性地对线棒进行冷热循环试验，每个周期前后进行绝缘介质损耗因数试验及结果判读，并获得对应数据；

3、若判读结果为数据合格，继续进行冷热循环试验；

4、若判读结果为数据不合格，用铜锤敲打线棒，并用声音采集与分析系统进行信号处理，确定热机械低温劣化状态下的频谱特征，作为低温劣化判据；

5、所述冷热循环试验采用铜导体电流加热、通风冷却的方式，每个周期为50次循环，每次循环的温度为40℃-130℃，升降温速率为2.5℃±1℃/min；

6、在所述绝缘介质损耗因数试验中，试验电压为0.2un、0.4un、0.6un、0.8un、1.0un、1.2un，其中un为额定线电压，在各个电压点测得的量值同时满足下列条件时判定为数据不合格，其他情况判定为数据合格；

7、量值（0.2un）＜量值（0.4un）＜量值（0.6un）

8、量值（1.2un）＜量值（1.0un）＜量值（0.8un）＜量值（0.6un）

9、量值（0.6un）与量值（0.2un）的差值＞1%

10、量值（0.2un）大于1%。

11、但上述现有技术存在明显不足：

12、1.现有的低温劣化评估方法，通过电气特征和声学特征发现线棒异常仅能判定线棒本身绝缘是否发生热机械低温劣化，电气特征和声学特征的判定过程本身无法预测线棒剩余寿命或循环次数。

13、2.现有的低温劣化评估方法，仅针对室温或中高温热机械应力导致的绝缘分层低温劣化，无法针对极低温条件如-196℃，常规的室温或中高温测试无法模拟材料在极寒下的脆性断裂和介质损耗特性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中上述的问题，提供一种lng潜液泵定子线棒寿命冷劣化无损判断方法，以解决低温劣化评估方法无法预测剩余寿命或循环次数的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种lng潜液泵定子线棒寿命冷劣化无损判断方法，其特征在于：具体步骤如下：

4、步骤s1：将lng潜液泵定子线棒加工为三电极结构；

5、步骤s2：将加工后的lng潜液泵定子线棒进行循环的低温劣化处理；

6、步骤s3：利用频域介电谱测试设备对低温劣化循环处理的lng潜液泵定子线棒进行频域介电谱测试得到频域介电谱曲线，通过频域介电谱曲线利用最小二乘法进行拟合建立弛豫强度

δε与击穿电压的拟合关系，通过拟合关系代入弛豫强度

δε得到lng潜液泵定子线棒在不同低温劣化循环处理下的lng潜液泵定子线棒寿命终点的击穿电压，通过击穿电压对应循环次数判断为lng潜液泵定子线棒寿命。

7、所述步骤s1中，lng潜液泵定子线棒通过将lng潜液泵线圈采用额定电压为6kv的少胶真空压力浸渍工艺制备，并将制备的lng潜液泵线圈切割为等长的lng潜液泵定子线棒。

8、所述lng潜液泵定子线棒长度为35cm。

9、所述步骤s1中，三电极结构为将lng潜液泵定子线棒中间部分包裹铝箔，长度5cm，作为测量电极，距中间铝箔两侧2cm处包裹铜带，每个铜带约1cm宽，铝箔部分作为接地电极与接地端连接，线棒的铜导体部分作为高压电极。

10、所述步骤s2中，lng潜液泵定子线棒进行低温劣化处理，具体步骤如下：

11、步骤s2.1：用无水乙醇擦拭lng潜液泵定子线棒的绝缘表面，去除表面杂质，确保表面光滑，并干燥；

12、步骤s2.2：将干燥后的lng潜液泵定子线棒直线端涂覆低阻漆，端部涂覆高阻漆，并静置；

13、步骤s2.3：将静置完成的lng潜液泵线棒置于液氮低温环境中进行低温劣化，持续两小时，将线棒取出，至线棒恢复到室温，并循环，完成lng潜液泵线棒置低温劣化。

14、所述步骤s2.2中，lng潜液泵定子线棒直线端涂覆低阻漆，端部涂覆高阻漆，并静置24小时。

15、所述步骤s2.3中，对多组线棒分别进行0、10、20、30、40和50次循环。

16、所述低阻漆为表面电阻率控制在103~105ω范围内；高阻漆为表面电阻率控制在108~1012ω范围内。

17、所述步骤s3中，频域介电谱测试设备测试电压峰值设为200v，测试频段设置为1mhz~1khz。

18、所述步骤s3中，利用频域介电谱测试设备对lng潜液泵定子线棒进行无损测试，得到频域介电谱曲线；通过添加跳跃电导的hn模型对频域介电谱曲线进行拟合，得到拟合的复电容实部和虚部。

19、所述拟合的复电容实部和虚部，拟合公式如下：

20、

21、

22、

εs为静态介电常数，

ε∞为光频介电常数，

ω为测试角频率，τ为弛豫时间，

α和

β与弛豫时间分布相关的常数，且0<

α≤1，0<

β≤1，

δε=εs

-ε∞表示弛豫强度，σjc为跳跃电导

23、，r、θ为计算的参数值，ε0为真空介电常数。

24、所述

r的计算公式如下

：

25、。

26、所述

θ的计算公式如下

27、。

28、所述，采用最小二乘法进行拟合，公式如下：

29、

30、γ为目标函数为最小二乘法的目标结果值，表示寻找拟合值与测量值误差的平均最小值；

31、表示第k个测量点的拟合的复介电常数实部，表示第

k个测量点的拟合的复介电常数虚部；

32、表示第k个测量点的复介电常数实部和表示第

k个测量点的复介电常数虚部；

33、

n为常数表示总的测量点个数。

34、所述弛豫强度

δε为通过拟合频域介电谱测试设备测得的实部与虚部值，代入最小二乘法拟合得到的结果。

35、所述对弛豫强度

δε与击穿电压

vjc进行拟合，得到lng潜液泵定子线棒在不同低温劣化循环处理下的弛豫强度

δε与击穿电压

vjc的关系公式。

36、所述弛豫强度

δε与击穿电压

vjc的拟合公式如下：

37、

38、

e为自然底数。

39、采用本发明的优点在于：

40、一、与现有技术相比，本发明通过频域介电谱拟合参数中的弛豫强度

δε与线棒的击穿电压存在强相关性，即可推算出线棒当前的击穿电压，无需破坏设备，可以在不拆解泵的情况下评估定子线棒的健康状态，大幅降低维护成本。

41、二、本发明填补了深冷绝缘评估的空白，通过液氮环境下的循环低温劣化方法，模拟了lng泵的极端工况，并实验证明该方法能有效降低线棒击穿电压，验证了低温劣化方法的有效性，为后续研究提供了可靠的实验基础。

42、三、本发明在处理频域介电谱测试数据时，本方案没有使用普通的模型，而是采用了添加跳跃电导项的hn模型，同时利用最小二乘法进行拟合，能够更精准地提取出反映绝缘状态的微观参数，解决了常规方法在深冷、复杂绝缘体系下拟合精度差的问题，确保了评估结果的科学性。

43、四、本发明证明了线棒在深冷循环下，绝缘内部会产生微裂纹和气隙，直接导致了弛豫强度

δε的增加，进而导致了击穿电压的下降；这种双向验证，使评估结果不仅是一个经验数据，更具有坚实的物理理论支撑，使得评估结果更具说服力。