本發(fā)明涉及海底電纜測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及海底電纜直流耐壓試驗電荷累積消散系統(tǒng)及測試方法。

背景技術(shù)：

我國擁有300多萬平方公里的海域和18000多公里長海岸線，沿海分布有6000多個島嶼。目前，我國對海洋資源的開發(fā)利用越來越重視，國防建設(shè)、海島開發(fā)、海上風(fēng)電場、海洋油氣資源等的開發(fā)利用均需要電力的支撐。海底輸電電纜工程建設(shè)是推動經(jīng)濟一體化，適應(yīng)國家能源戰(zhàn)略規(guī)劃，優(yōu)化能源配置、減少環(huán)境影響的重要組成部分。

南方主網(wǎng)與海南電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)跨越瓊州海峽500kv海底電力電纜是我國首條500kv海底電纜。電纜采用自容式充油電纜，其結(jié)構(gòu)特點是用低粘度的絕緣油充入電纜絕緣內(nèi)部，并由供油設(shè)備供給一定的壓力，以消除絕緣內(nèi)部產(chǎn)生氣隙的可能性，電纜絕緣內(nèi)部還設(shè)置有絕緣紙。交流500kv海底電纜投入運行前，需要開展絕緣性能測試，傳統(tǒng)的絕緣電阻由于試驗電壓低不能有效的考核海底電纜的絕緣性能，采用交流耐壓方式進行交接試驗時，由于長距離500kv海底電纜的電容大，開展交流耐壓時需要補償?shù)碾娍蛊鞫?，?dǎo)致現(xiàn)場交流耐壓試驗開展困難。目前現(xiàn)場絕緣耐壓試驗后目前暫無有效的方法對試驗過程引起的電荷累積進行運算處理，導(dǎo)致目前對海底電纜耐壓試驗完成后的放電工作存在盲目性，可能對試驗人員傷害和設(shè)備造成損壞。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可對海底電纜進行絕緣性測試的海底電纜直流耐壓試驗電荷累積消散系統(tǒng)及測試方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種海底電纜直流耐壓試驗電荷累積消散系統(tǒng)，包括

電壓產(chǎn)生及消散裝置，其包括直流電壓源，可調(diào)變壓器以及整流升壓器，其中，所述直流電壓源的正極和負(fù)極分別和可調(diào)變壓器的一次側(cè)兩端相連接，在直流電壓源的正極和可調(diào)變壓器一次側(cè)的左端和右端之間分別連接安裝有第二刀閘和第三刀閘，在直流電壓源的負(fù)極和可調(diào)變壓器一次側(cè)的左端之間連接安裝有第一刀閘，整流升壓器并接在可調(diào)變壓器二次側(cè)的兩端，整流升壓器的輸出端和海底電纜相電連接，以輸出符合試驗要求的正或負(fù)極性的電壓至海底電纜；

電壓測量裝置，其和海底電纜相電連接，用于測量海底電纜的電壓值變化；

海底電纜絕緣紙電導(dǎo)率測量裝置，其和海底電纜的絕緣紙樣品相連接，用于測量海底電纜絕緣紙的電導(dǎo)率；

海底電纜絕緣油電導(dǎo)率測量裝置，其用于測量海底電纜絕緣油的電導(dǎo)率；

運算處理裝置，其根據(jù)海底電纜絕緣紙的電導(dǎo)率以及海底電纜絕緣油的電導(dǎo)率來運算處理得出海底電纜的累積電荷。

上述的海底電纜直流耐壓試驗電荷累積消散系統(tǒng)還包括控制裝置，所述控制裝置和第一刀閘、第二刀閘以及第三刀閘信號連接，用于控制第一刀閘、第二刀閘以及第三刀閘的開合。

所述整流升壓器由多個整流單元串聯(lián)而成，所述整流單元由兩電容以及兩整流器組成的回路所組成。

所述電壓測量裝置包括第一電阻、第二電阻、第三電阻，以及電壓測量器；其中，所述第一電阻、第二電阻以及第三電阻依次串聯(lián)，第一電阻的輸入端和海底電纜相連接，第三電阻的輸出端接地，以將海底電纜的電壓下降至符合測量要求的電壓；電壓測量器的連接于第二電阻和第三電阻之間，以測量海底電纜的電壓值變化。

所述海底電纜絕緣紙電導(dǎo)率測量裝置包括直流電源、電流表、被保護電極、保護電極、不保護電極及絕緣紙樣品；其中，絕緣紙樣品的一面和不保護電極相接觸，另一面和被保護電極和保護電極相接觸，保護電極設(shè)置于被被保護電極的兩側(cè)；直流電源的正極和不保護電極相電連接，負(fù)極和被保護電極相電連接，電流表連接安裝于直流電源的正極和被保護電極之間；其中的一保護電極和直流電源的負(fù)極均接地。

所述海底電纜絕緣油電導(dǎo)率測量裝置包括呈筒狀的外電極，設(shè)置于外電極內(nèi)的內(nèi)電極，外電極和內(nèi)電極之間的間隙形成絕緣油填充通道，在內(nèi)電極中設(shè)置有排氣孔，以防止絕緣油填充通道中的絕緣油產(chǎn)氣對絕緣油填充通道內(nèi)部形成壓力；在內(nèi)電極中形成有測溫孔，用于測量絕緣油的溫度；在內(nèi)電極和外電極的上端之間連接安裝有絕緣板，以使得內(nèi)電極和外電極的電氣絕緣；在絕緣板的下表面設(shè)置有屏蔽環(huán)，以使得內(nèi)電極和外電極端部的電場均壓；在絕緣板的上表面安裝有屏蔽帽，以屏蔽外部的電磁干擾；外電極和內(nèi)電極分別和直流電源的正極和負(fù)極相電連接，在直流電源的負(fù)極和內(nèi)電極之間連接安裝有電流表。

所述運算處理裝置通過如下公式來運算處理得出底電纜的累積電荷q：

q＝j(luò)×a×d

式中：j為海底電纜單位橫截面的累積電荷；v為電壓產(chǎn)生及消散裝置所產(chǎn)生的正極性電壓，e為自然對數(shù)的底數(shù)；t為電壓產(chǎn)生及消散裝置對海底電纜施加符合測試要求的正極性電壓的時間；γ1為海底電纜絕緣紙的電導(dǎo)率；γ2為海底電纜絕緣油的電導(dǎo)率；d1為海底電纜絕緣紙的厚度；d2為海底電纜絕緣油的厚度；ε0，ε1，ε2的值分別為8.85x10^-12，4.1，2.3；a為海底電纜的橫截面面積；d為海底電纜的長度。

一種測試海底電纜直流耐壓試驗電荷累積消散的方法，所述方法包括如下步驟：

s1、利用海底電纜絕緣紙電導(dǎo)率測量裝置以及海底電纜絕緣油電導(dǎo)率測量裝置來分別測量出海底電纜的絕緣紙電導(dǎo)率γ1以及海底電纜的絕緣油電導(dǎo)率γ2；

s2、電壓產(chǎn)生及消散裝置按照設(shè)定的時間對海底電纜施加符合測試要求的正極性電壓，以考核海底電纜的絕緣耐壓性；

s3、根據(jù)如下公式來運算處理海底電纜的累積電荷q

q＝j(luò)×a×d

式中：j為海底電纜單位橫截面的累積電荷；v為電壓產(chǎn)生及消散裝置所產(chǎn)生的正極性電壓，e為自然對數(shù)的底數(shù)；t為電壓產(chǎn)生及消散裝置對海底電纜施加符合測試要求的正極性電壓的時間；γ1為絕緣紙的電導(dǎo)率；γ2為絕緣油的電導(dǎo)率；d1為海底電纜絕緣紙的厚度；d2為海底電纜絕緣油的厚度；ε0，ε1，ε2的值分別為8.85x10^-12，4.1，2.3；a為海底電纜的橫截面面積；d為海底電纜的長度；

s4、電壓產(chǎn)生及消散裝置對海底電纜施加符合測試要求的負(fù)極性電壓，并根據(jù)步驟s3的海底電纜單位橫截面的累積電荷值j來運算處理得出海底電纜絕緣試驗?zāi)蛪汉笙⒖臻g電荷的輸出時間；

s5、當(dāng)海底電纜的電壓值下降至符合安全要求的電壓范圍時，將海底電纜接地，完成放電。

在所述步驟s2中，所述電壓產(chǎn)生裝置對海底電纜采用連續(xù)加壓的方式，加壓起始階段調(diào)節(jié)緩和，中間階段快而均速調(diào)壓，當(dāng)海底電纜的電壓值超過測試要求電壓值的75％時，調(diào)壓速度不低于測試要求電壓值的2％/秒。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果在于：

本發(fā)明的海底電纜直流耐壓試驗電荷累積消散系統(tǒng)能夠有效考核交流500kv海底電纜高壓絕緣性能，克服傳統(tǒng)的絕緣電阻由于試驗電壓低不能有效的考核海底電纜的絕緣性能不足的問題，也能夠解決長距離500kv海底電纜的試驗后電荷累積的計算問題，從而可有效指導(dǎo)海底電纜絕緣耐壓的放電工作，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行有著重要的意義，對電力供給保障有著重要的技術(shù)支持，同時帶來重大的經(jīng)濟效益。

附圖說明

圖1本實施例海底電纜直流耐壓試驗電荷累積消散系統(tǒng)的示意圖；

圖2為電壓產(chǎn)生及消散裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為電壓測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為海底電纜絕緣紙電導(dǎo)率測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為海底電纜絕緣油電導(dǎo)率測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為海底電纜測試試驗時的電壓變化曲線圖；

圖中：1、電壓產(chǎn)生及消散裝置；2、電壓測量裝置；3、海底電纜絕緣紙電導(dǎo)率測量裝置；4、海底電纜絕緣油電導(dǎo)率測量裝置；5、運算處理裝置；6、控制裝置；7、海底電纜；11、第一刀閘；12、第二刀閘；13、第三刀閘；21、電壓測量器；31、絕緣紙樣品；32、不保護電極；33、被保護電極；34、保護電極；51、外電極；52、內(nèi)電極；53、絕緣油填充通道；54、排氣孔；55、絕緣板；56、屏蔽環(huán)；57、屏蔽帽。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明的內(nèi)容做進一步詳細(xì)說明。

實施例1

如圖1所示，本實施例所提供的明海底電纜直流耐壓試驗電荷累積消散系統(tǒng)包括電壓產(chǎn)生及消散裝置1，具體地，如圖2所示，該電壓產(chǎn)生及消散裝置包括380v的直流電壓源，可調(diào)變壓器以及整流升壓器，其中，該直流電壓源的正極和負(fù)極分別和可調(diào)變壓器的一次側(cè)兩端相連接，在直流電壓源的正極和可調(diào)變壓器一次側(cè)的左端和右端之間分別連接安裝有第二刀閘12和第三刀閘13，在直流電壓源的負(fù)極和可調(diào)變壓器一次側(cè)的左端之間連接安裝有第一刀閘11，如此，當(dāng)?shù)诙堕l12閉合、而第一刀閘11和第三刀閘13打開時，直流電壓源則輸出正極性電壓，而當(dāng)?shù)谝坏堕l11和第三刀閘13閉合、第二刀閘12打開時，直流電壓源則輸出負(fù)極性電壓；整流升壓器并接在可調(diào)變壓器二次側(cè)的兩端，也就是說可調(diào)變壓器輸出的電壓值u1將會成為整流升壓器的輸入電壓，而該整流升壓器是由多個整流單元串聯(lián)而成，整流單元串聯(lián)的數(shù)目具體可以根據(jù)升壓的需求來設(shè)定，而具體到本實施例中，整流升壓器是由50個整流單元串聯(lián)而成的，而整流單元則是由2個電容c和2個整流器d組成的回路所組成，也就是說，整個整流升壓器具有100個電容和100個電壓，實現(xiàn)將可調(diào)變壓器輸出的電壓u1整流成100u1，從而對海底電纜輸出符合絕緣性測試要求的試驗電壓，在本實施例中，整流升壓器將會輸出600kv的電壓至海底電纜7中，以考核海底電纜的絕緣性能的問題如此，即可以解決傳統(tǒng)的絕緣電阻由于試驗電壓低不能有效地考核海底電纜絕緣性能的問題。同時，上述的電壓產(chǎn)生及消散裝置能夠達到如下的性能指標(biāo)：輸入電源：ac380v±10％，50hz±1％；輸出電壓指示精度：<1級；輸出電流指示精度：<1級；紋波系數(shù)：≤0.5％；0.75倍輸出電壓指示精度：<1級，帶鎖存。

具體地，在本實施例中，上述可調(diào)變壓器采用的是河南豫變電工有限公司的s11-m-30/10型號可調(diào)變壓器，電容器采用的是錦州凱美能源有限公司的se-2r5電容器，整流器采用的是centralsemiconductor公司的cbrhdsh1-40l或cbrhdsh2-40型整流器。

另外，為了有效地解決海底電纜在絕緣性能考核的試驗過程中引起電荷累積計算的問題，在該海底電纜7還電連接有電壓測量裝置2，以測量用于測量海底電纜7試驗過程過程中的電壓變化，由于海底電纜接入的是高達600kv電壓，一般常規(guī)的電壓測量儀器是無法測量出海底電纜的電壓變化的，如圖3所示，本申請的電壓測量裝置2由第一電阻r1、第二電阻r2、第三電阻r3以及電壓測量器21所組成；其中，該第一電阻r1、第二電阻r2以及第三電阻r3依次串聯(lián)，第一電阻r1的輸入端和海底電纜相連接，第三電阻r2的輸出端接地，電壓測量器21的輸入端連接于第二電阻r2和第三電阻r3之間，輸出端接地，如此，在第一電阻r1、第二電阻r2以及第三電阻r3的依次降壓后，可將600kv的電壓降到5v以下的測量范圍，電壓測量器21從而可以測量出海底電纜在絕緣試驗?zāi)蛪嚎己诉^程中的電壓變化，然后可根據(jù)第一電阻r1、第二電阻r2以及第三電阻r2的電阻值可反推計算得出海底電纜的實際電壓變化值。具體地，上述的第一電阻r1和第二電阻r2均采用的是上海澄洋儀器儀表有限公司的bz9/1高阻標(biāo)準(zhǔn)電阻型號，第三電阻r3采用的是上海澄洋儀器儀表有限公司的bz3直流標(biāo)準(zhǔn)電阻，電壓測量器21采用的是josef公司的jdz1-1/jdz2-1/jdz3-1電壓互感器。上述的海底電纜直流耐壓試驗電荷累積消散系統(tǒng)還包括海底電纜絕緣紙電導(dǎo)率測量裝置3，其和海底電纜的絕緣紙樣品相連接，用于測量海底電纜絕緣紙的電導(dǎo)率；海底電纜絕緣油電導(dǎo)率測量裝置4，其用于測量海底電纜絕緣油的電導(dǎo)率，如此，運算處理裝置5根據(jù)據(jù)海底電纜絕緣紙的電導(dǎo)率以及海底電纜絕緣油的電導(dǎo)率即可以來運算處理得出海底電纜的累積電荷，隨后通過將第一刀閘和第三刀閘合上，第二刀閘打開，則對海底電纜輸出負(fù)極性的電壓，對海底電纜累積的電荷進行消散，當(dāng)海底電纜的電壓值下降至安全范圍值時，就可以對海底電纜進行進一步地接地放電，從而可以有效地指導(dǎo)海底電纜絕緣耐壓的放電工作，以杜絕盲目放電的存在，減少對試驗人員傷害和設(shè)備造成損壞的可能性，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行有著重要的意義。

同時，為了提高刀閘閉合的準(zhǔn)確性以及效率，上述的海底電纜直流耐壓試驗電荷累積消散系統(tǒng)還包括控制裝置6，該控制裝置6分別和第一刀閘11、第二刀閘12以及第三刀閘13信號連接，用于控制第一刀閘11、第二刀閘12以及第三刀閘13的開合。

具體地，如圖4所示，上述的海底電纜絕緣紙電導(dǎo)率測量裝置3包括直流電源、電流表、被保護電極33、保護電極34、不保護電極32及絕緣紙樣品31；其中，該絕緣紙樣品31是和海底電纜中的絕緣紙是同一材質(zhì)的，兩者具有相同的電導(dǎo)率，絕緣紙樣品31的一面和不保護電極32相接觸，另一面和被保護電極33和保護電極34相接觸，保護電極34設(shè)置于被保護電極33的兩側(cè)，以防止被保護電極33在測試的過程中不會因絕緣紙樣品31被擊穿而發(fā)生損壞；直流電源的正極和不保護電極32相電連接，負(fù)極和被保護電極33相電連接，電流表連接安裝于直流電源的正極和被保護電極33之間，其中的一保護電極34和直流電源的負(fù)極均接地，如此，通過運用本裝置就可以精確地測量絕緣紙樣品測試過程中的電流值，通過記下電流,32上的電流i1，通過如下公式即可以運算處理得出海底電纜絕緣紙電導(dǎo)率γ1：

γ1＝i1*h/(u1*a)

式中：h為絕緣紙樣品的厚度；u1為直流電源的電壓；a為絕緣紙樣品的橫截面面積。

如圖5所示，上述的海底電纜絕緣油電導(dǎo)率測量裝置5包括呈筒狀的外電極51，設(shè)置于外電極51內(nèi)的內(nèi)電極52，外電極51和內(nèi)電極52之間的間隙形成絕緣油填充通道53，在內(nèi)電極中52設(shè)置有排氣孔54，以防止絕緣油填充通道53中的絕緣油產(chǎn)氣對絕緣油填充通道53內(nèi)部形成壓力；在內(nèi)電極52中形成有測溫孔54，用于測量絕緣油的溫度；在內(nèi)電極52和外電極51的上端之間連接安裝有絕緣板55，以使得內(nèi)電極52和外電極51的電氣絕緣；在絕緣板55的下表面設(shè)置有屏蔽環(huán)56，以使得內(nèi)電極52和外電極51端部的電場均壓；在絕緣板55的上表面安裝有屏蔽帽57，以屏蔽外部的電磁干擾；外電極51和內(nèi)電極52分別和直流電源的正極和負(fù)極相電連接，在直流電源的負(fù)極和內(nèi)電極之間連接安裝有電流表，如此，如此，通過運用本裝置就可以精確地測量絕緣油測試過程中的電流值，通過記錄電流表上的電流i2，通過如下公式即可以運算處理得出海底電纜絕緣油的電導(dǎo)率γ2：

γ2＝i2/(u2*11.3*18)

式中：u2為直流電源的電壓；11.3形狀系數(shù)；18為形狀系數(shù)。

最后運算處理裝置根據(jù)如下公式即可以運算處理得出海底電纜的累積電荷：

q＝j(luò)×a×d

式中：j為海底電纜單位橫截面的累積電荷；v為電壓產(chǎn)生及消散裝置所產(chǎn)生的正極性電壓，e為自然對數(shù)的底數(shù)；t為電壓產(chǎn)生及消散裝置對海底電纜施加符合測試要求的正極性電壓的時間；γ1為絕緣紙的電導(dǎo)率；γ2為絕緣油的電導(dǎo)率；d1為海底電纜絕緣紙的厚度；d2為海底電纜絕緣油的厚度；ε0，ε1，ε2的值分別為8.85x10^-12，4.1，2.3；a為海底電纜的橫截面面積；d為海底電纜的長度。

由此可知本發(fā)明的海底電纜直流耐壓試驗電荷累積消散系統(tǒng)能夠有效考核交流500kv海底電纜高壓絕緣性能，克服傳統(tǒng)的絕緣電阻由于試驗電壓低不能有效的考核海底電纜的絕緣性能不足的問題，也能夠解決長距離500kv海底電纜的試驗后電荷累積的計算問題，從而可有效指導(dǎo)海底電纜絕緣耐壓的放電工作，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行有著重要的意義，對電力供給保障有著重要的技術(shù)支持，同時帶來重大的經(jīng)濟效益。

實施例2

一種測試海底電纜直流耐壓試驗電荷累積消散的方法，所述方法具體包括如下步驟：

s1、通過利用海底電纜絕緣紙電導(dǎo)率測量裝置以及海底電纜絕緣油電導(dǎo)率測量裝置分別測量出海底電纜的絕緣紙電導(dǎo)率γ1以及海底電纜的絕緣油電導(dǎo)率γ2；具體地，該海底電纜絕緣紙電導(dǎo)率測量裝置和海底電纜絕緣油電導(dǎo)率測量裝置采用的是實施例1中所述的海底電纜絕緣紙電導(dǎo)率測量裝置和海底電纜絕緣油電導(dǎo)率測量裝置。

s2、電壓產(chǎn)生及消散裝置按照設(shè)定的時間對海底電纜施加600kv的正極性電壓，以考核海底電纜的絕緣耐壓性；具體地，該電壓產(chǎn)生及消散裝置采用的是實施例1所述的電壓產(chǎn)生及消散裝置，也就是說，正常絕緣耐壓性能考核時，合上第二刀閘，第一刀閘和第三刀閘保持打開的狀態(tài)，采用連續(xù)加壓至耐壓值(600kv)，調(diào)壓起始階段調(diào)節(jié)應(yīng)較緩和，以免海底電纜充電電流使得設(shè)備輸出電流超限跳閘，中間階段應(yīng)較快而均速調(diào)壓，當(dāng)電壓超過試驗電壓(600kv)的75％時，調(diào)壓速度不應(yīng)低于2％/秒，以免造成在接近試驗電壓時海底電纜的耐壓時間過長。具體試驗加壓曲線如圖6所示，圖中t1為海底電纜上電壓從零到試驗電壓所用時間，應(yīng)不大于2分鐘，圖中t2為被試設(shè)備耐壓時間1個小時。

s3、根據(jù)如下公式運算處理海底電纜的累積電荷q

q＝j(luò)×a×d

式中：j為海底電纜單位橫截面的累積電荷；v為電壓產(chǎn)生及消散裝置所產(chǎn)生的正極性電壓，e為自然對數(shù)的底數(shù)；t為電壓產(chǎn)生及消散裝置對海底電纜施加符合測試要求的正極性電壓的時間,即60分鐘；γ1為絕緣紙的電導(dǎo)率；γ2為絕緣油的電導(dǎo)率；d1為海底電纜絕緣紙的厚度；d2為海底電纜絕緣油的厚度；ε0，ε1，ε2的值分別為8.85x10^-12，4.1，2.3；a為海底電纜的橫截面面積；d為海底電纜的長度；

s4、電壓產(chǎn)生及消散裝置對海底電纜施加1.5倍的負(fù)極性試驗電壓，即-900kv，也就是說，需要將第一刀閘和第三刀閘合上，打開第二刀閘，并調(diào)節(jié)可調(diào)變壓器以輸出-900kv的電壓至海底電纜，并根據(jù)步驟s3的海底電纜單位橫截面的累積電荷值運算處理得出海底電纜絕緣試驗?zāi)蛪汉笙⒖臻g電荷的輸出時間，也就是說，通過改變步驟s3式中時間t的范圍大小，直到此步驟中電荷累積j的運算處理值與步驟s3中絕緣耐壓時累積電荷值j的誤差小于2％時，運算處理結(jié)束，從而可以運算處理出海底電纜絕緣耐壓后電荷消散的時間，經(jīng)過運算，在本實施例中，電荷的消散時間為1分鐘。

s5、通過實施例1中的電壓測量裝置來觀察海底電纜電壓值變化，當(dāng)海底電纜的電壓值下降至安全電壓范圍，比如10kv時，將海底電纜接地，以進行進一步的放電，以避免對試驗人員造成傷害和對設(shè)備造成損壞。

上述實施例只是為了說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的是在于讓本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡是根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容的實質(zhì)所做出的等效的變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。