交联聚乙烯直流海底电缆直‑交流载流量对比试验方法

技术领域

本发明涉及海底电缆试验方法，尤其指交联聚乙烯直流海底电缆直-交流载流量对比试验方法。

背景技术

交联聚乙烯绝缘直流海底电缆，以其输电距离长、损耗小、安装维护方便、运行安全可靠等优势，近年来被广泛应用于岛-岛、岛-陆之间的高压输电项目。然而当前直流输电配套设备还未发展成熟，直流输电系统的可靠性还需进一步加强，在特殊情况下，直流海缆可否输送交流电，直流海缆交流载流量与直流载流量是否相似，这对保证沿海海岛供电可靠性，提高海岛用电质量有具有现实意义。

交流海缆与直流海缆因其输送电能的性质不同，海缆绝缘结构设计区别很大，同时交流电因集肤效应等因素在直流缆中产生的热场与直流电有很大的差异，故交流电载流量与输送直流电时不完全相同。

国际大电网会议（CIGRE）针对交联绝缘电缆制订了电气试验标准，标准CIGRE TB496规定了额定电压500kV及以下挤包绝缘直流电缆系统的试验方法，IEC60840规定了30kV-150kV交联聚乙烯绝缘电缆的试验方法和要求，然而对比交联绝缘直流海缆输送交流电与直流电能力并检测其载流量尚缺少系统的试验方法。单独的交联绝缘直流电缆试验标准CIGRE TB 496或交流电缆试验标准IEC60840并无相关规定，应结合工程实际运行情况确定科学、合理的试验方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供交联聚乙烯直流海底电缆直-交流载流量对比试验方法，以达到验证交联绝缘海缆输送交流电的可行性和适用性目的。为此，本发明采取以下技术方案。

交联聚乙烯直流海底电缆直-交流载流量对比试验方法，特征在于包括以下步骤：

1）试验环境设置：

实验环境气温保持在20±15℃，且通风良好；

2）温度传感器设置；

取单根长度大于10米的交联聚乙烯直流海底电缆，在电缆的弯曲处开设多个深至导体表面的小孔，小孔的间隔大于或等于0.8米，在小孔中插入用于测量导体温度的导体温度传感器形成多个测温点；并在电缆表皮设置表皮温度传感器，表皮温度传感器距离导体温度传感器的距离大于或等于0.8米；

3）直流载流量试验回路安装；

在电缆两端安装铜鼻子后，将直流大电流发生器正负极输出铜排分别与电缆两端铜鼻子紧密连接；

4）直流电缆载流量测量；

先根据海缆规格估计施加电流I_C，每次试验的前段加载I_C加热电缆，后段进行自然冷却；在加热阶段的最后一段时间里，观察多个测温点中的最高值是否达到电缆最高运行温度设计值T_c,max;如温度未达到T_c,max，则在下一循环试验中提高I_C，重复循环试验；如温度达到T_c,max，则此I_C为电缆直流载流量值I_CZ；如温度超过T_c,max，则在下个循环中减少I_C，再重复循环试验，直到温度达到T_c,max为止；得出I_CZ后，再进行多次循环试验，以得到足够试验数据验证载流量准确性；

5）交流载流量试验回路安装；

在电缆两端安装铜鼻子后，将直流大电流发生器正负极输出铜排分别与电缆两端铜鼻子紧密连接；

6）交流电缆载流量测量；

先根据海缆规格估计施加电流I_A，每次试验的前段加载I_A进行加热，后面进行自然冷却；在加热阶段的最后一段时间里，观察多个测温点中的最高值是否达到电缆最高运行温度设计值T_c,max；如温度未达到T_c,max，则在下一循环试验中提高I_A，再重复循环试验；如温度达到T_c,max，则此I_A值为电缆交流载流量值I_AZ；如温度超过T_c,max，则在下个循环中减少I_A，再重复循环试验，直到温度达到T_c,max为止；得出I_AZ后，再进行多次循环试验，以得到足够试验数据验证载流量准确性；

7）试验后检查；

试验完毕后解剖海缆、拆卸附件，用正常或矫正视力进行检查，判断是否出现劣化迹象；劣化迹象包括电气劣化、泄露、腐蚀或有害的收缩；若无出现劣化迹象，则认为直流载流量试验、交流载流量试验完成，得到的电缆直流载流量值I_CZ和电缆交流载流量值I_AZ有效；若出现劣化迹象则认为得到的电缆直流载流量值I_CZ和电缆交流载流量值I_AZ无效，需重新进行直流载流量试验、交流载流量试验；

8）直-交流载流量对比；

判断电缆直流载流量值I_CZ和电缆交流载流量值I_AZ差值是否在设定范围内，若在，则认为直流海缆交流载流量与直流载流量相似，直流海缆可输送交流电；否则认为直流海缆交流载流量与直流载流量不相似，流海缆不可输送交流电。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。

进一步的，在直流载流量试验中，先根据海缆规格估计施加电流I_C，每次试验的前8h加载I_C加热电缆，后面的16h自然冷却；在加热阶段的最后2h，观察3个测温点中的最高值是否达到电缆最高运行温度设计值T_c,max。如温度未达到T_c,max，则在下一循环试验中提高I_C，再重复此24小时循环试验；如温度达到T_c,max，则此I_C为电缆直流载流量值I_CZ；如温度超过T_c,max，则在下个循环中适当减少I_C，再重复24小时循环试验，直到温度达到T_c,max为止。

进一步的，在交流载流量试验中，先根据海缆规格估计施加电流I_A，每次试验的前8h加载I_A进行加热，后面的16h自然冷却；在加热阶段的最后2h，观察3个测温点中的最高值是否达到电缆最高运行温度设计值T_c,max。如温度未达到T_c,max，则在下一循环试验中提高I_A，再重复24小时循环试验；如温度达到T_c,max，则此I_A值为电缆交流载流量值I_AZ；如温度超过T_c,max，则在下个循环中减少I_A，再重复24小时循环试验，直到温度达到T_c,max为止。

进一步的，试验使用同一条试验电缆先后进行交直流载流量试验；经过以上步骤得出I_AZ和I_CZ后，再各进行12次24h循环试验，以得到足够试验数据验证载流量准确性。

有益效果：通过对交联聚乙烯绝缘直流海缆通以交流电流并得出交流载流量，再与直流载流量进行对比的电气试验方法，以验证交直流载流量的区别，从试验的角度验证交联绝缘海缆输送交流电的可行性和适用性，实验操作简单，结果可靠。

附图说明

图1是本发明流程图。

图2是本发明的直流试验回路安装示意图。

图3是本发明交流试验回路安装示意图。

图4是本发明交流载流量试验回路安装示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

本发明涉及到的试验参数以及海缆设计热参数定义由表1给出。

表1试验参数、电缆设计热参数定义

如图1所示，交联聚乙烯直流海底电缆直-交流载流量对比试验方法，包括以下步骤：

1）试验环境设置：

实验环境气温保持在20±15℃，且通风良好；

2）温度传感器设置；

取单根长度大于10米的交联聚乙烯直流海底电缆，在电缆的弯曲处开设多个深至导体表面的小孔，小孔的间隔大于或等于0.8米，在小孔中插入用于测量导体温度的导体温度传感器形成多个测温点；并在电缆表皮设置表皮温度传感器，表皮温度传感器距离导体温度传感器的距离大于或等于0.8米；

3）直流载流量试验回路安装；

对于直流载流量试验回路，如附图3，选择适用于试验电缆的直流大电流发生器，在电缆两端安装铜鼻子后，将直流大电流发生器正负极输出铜排分别与电缆两端铜鼻子紧密连接；

4）直流电缆载流量测量；

先根据海缆规格估计施加电流I_C，每次试验的前段加载I_C加热电缆，后段进行自然冷却；在加热阶段的最后一段时间里，观察多个测温点中的最高值是否达到电缆最高运行温度设计值T_c,max;如温度未达到T_c,max，则在下一循环试验中提高I_C，重复循环试验；如温度达到T_c,max，则此I_C为电缆直流载流量值I_CZ；如温度超过T_c,max，则在下个循环中减少I_C，再重复循环试验，直到温度达到T_c,max为止；得出I_CZ后，再进行多次循环试验，以得到足够试验数据验证载流量准确性；

5）交流载流量试验回路安装；

对于交流载流量试验回路，如附图4，选择符合试验要求的穿心变压器组合，在把试验电缆放入穿心变压器中后，制作现场接头连接缆体两端；

6）交流电缆载流量测量；

先根据海缆规格估计施加电流I_A，每次试验的前段加载I_A进行加热，后面进行自然冷却；在加热阶段的最后一段时间里，观察多个测温点中的最高值是否达到电缆最高运行温度设计值T_c,max；如温度未达到T_c,max，则在下一循环试验中提高I_A，再重复循环试验；如温度达到T_c,max，则此I_A值为电缆交流载流量值I_AZ；如温度超过T_c,max，则在下个循环中减少I_A，再重复循环试验，直到温度达到T_c,max为止；得出I_AZ后，再进行多次循环试验，以得到足够试验数据验证载流量准确性；

7）试验后检查；

试验完毕后解剖海缆、拆卸附件，用正常或矫正视力进行检查，判断是否出现劣化迹象；劣化迹象包括电气劣化、泄露、腐蚀或有害的收缩；若无出现劣化迹象，则认为直流载流量试验、交流载流量试验完成，得到的电缆直流载流量值I_CZ和电缆交流载流量值I_AZ有效；若出现劣化迹象则认为得到的电缆直流载流量值I_CZ和电缆交流载流量值I_AZ无效，需重新进行直流载流量试验、交流载流量试验；

8）直-交流载流量对比；

判断电缆直流载流量值I_CZ和电缆交流载流量值I_AZ差值是否在设定范围内，若在，则认为直流海缆交流载流量与直流载流量相似，直流海缆可输送交流电；否则认为直流海缆交流载流量与直流载流量不相似，流海缆不可输送交流电。

通过以上流程，可实现对交联聚乙烯直流海缆通以交流电流和直流电流载流量区别的验证，证明直流海缆通过交流电流时的电气性能，从试验的角度验证了交联聚乙烯直流海缆在特殊情况下通过交流电流的可行性和适用性。

可以理解的，本发明也可以先进行交流电缆载流量测量，再进行直流电缆载流量测量，既步骤5）、6）与3）、4）位置互换。

交流电缆载流量测量和直流电缆载流量测量如图2所示。

为了提高温度检测的准确性，减少对电缆的损坏，避免局部温度过高，在设温度传感器时，在电缆弯曲处钻3个深至导体表面的小孔，每个小孔间隔1m，布置导体温度传感器形成导体测温点T_1C、T_2C、T_3C，在电缆表皮布置一表皮温度传感器形成表皮测温点T_1S，其与导体测温点间隔1m。

为了加快试验的同时，提高试验的准确性，采用以下的技术手段：

在直流载流量试验中，先根据海缆规格估计施加电流I_C，每次试验的前8h加载I_C加热电缆，后面的16h自然冷却；在加热阶段的最后2h，观察3个测温点中的最高值是否达到电缆最高运行温度设计值T_c,max。如温度未达到T_c,max，则在下一循环试验中提高I_C，再重复此24小时循环试验；如温度达到T_c,max，则此I_C为电缆直流载流量值I_CZ；如温度超过T_c,max，则在下个循环中适当减少I_C，再重复24小时循环试验，直到温度达到T_c,max为止。

在交流载流量试验中，先根据海缆规格估计施加电流I_A，每次试验的前8h加载I_A进行加热，后面的16h自然冷却；在加热阶段的最后2h，观察3个测温点中的最高值是否达到电缆最高运行温度设计值T_c,max。如温度未达到T_c,max，则在下一循环试验中提高I_A，再重复24小时循环试验；如温度达到T_c,max，则此I_A值为电缆交流载流量值I_AZ；如温度超过T_c,max，则在下个循环中减少I_A，再重复24小时循环试验，直到温度达到T_c,max为止。

为提高试验的稳定性，试验使用同一条试验电缆先后进行交直流载流量试验；经过以上步骤得出I_AZ和I_CZ后，再各进行12次24h循环试验，以得到足够试验数据验证载流量准确性。

以上图1-4所示的交联聚乙烯直流海底电缆直-交流载流量对比试验方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。