一种海底电缆参数检测方法与流程

本发明涉及检测方法，具体涉及一种海底电缆参数检测方法。

背景技术：

我国拥有300多万平方公里的海域和18000多公里长海岸线，沿海分布有6000多个岛屿。目前，我国对海洋资源的开发利用越来越重视，国防建设、海岛开发、海上风电场、海洋油气资源等的开发利用均需要电力的支撑。海底输电电缆工程建设是推动经济一体化，适应国家能源战略规划，优化能源配置、减少环境影响的重要组成部分。

南方主网与海南电网联网跨越琼州海峡500kv海底电力电缆是我国首条500kv海底电缆。电缆采用自容式充油电缆，其结构特点是用低粘度的绝缘油充入电缆绝缘内部，并由供油设备供给一定的压力，以消除绝缘内部产生气隙的可能性。交流500kv海底电缆发生故障时，主要依靠测量海底电缆的电气参数来计算海底电缆电气量的变化量来诊断故障位置，而海底电缆的核心电气参数主要为分布阻抗和分布电纳，但目前对于海底电缆分布阻抗和分布电纳的检测方法都较为地复杂而且存在截断误差问题，从而不能精确地诊断海底电缆的故障、对海底电缆的故障进行及时排除。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于确定海底电缆分布阻抗和分布电纳的检测方法，以精确地诊断海底电缆的故障、对海底电缆的故障进行及时排除。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种海底电缆参数检测方法，所述方法包括如下步骤：

s1、构建检测系统；

s2、检测系统对海底电缆进行通电，检测出不接地状态下的海底电缆的电压值和电流值以获得海底电缆的第一阻抗zs；

s3、检测系统对海底电缆进行通电，检测出接地状态下的海底电缆的电压值和电流值以获得海底电缆的第二阻抗zo；

s4、根据步骤s2和步骤s3所获得的第一阻抗zs和第二阻抗zo来计算得出海底电缆的分布阻抗和分布电纳。

所述分布阻抗由如下公式计算得出：

所述分布电纳由如下公式计算得出：

式中：cosh^-1为反双曲复变函数值，d为海底电缆的长度。

所述检测系统包括

试验电源，其和海底电缆的近端相电连接；

第一受控刀闸，其连接于试验电源和海底电缆的近端之间，用于改变海底电缆的断开状态；

第二受控刀闸，其一端接线口和海底电缆的远端相电连接，另一端接线口接地，用于改变海底电缆的接地状态；

电流互感器，其并接在海底电缆中，用于获取海底电缆的测量电流信号；

测量控制模块，其和电流互感器相连接，用于接收电流互感器所获取的海底电缆测量电流信号；

电压互感器，其一次侧的一端接线口和海底电缆的近端相连接，另一端接线口接地，二次侧的一端接线口接地，另一端接线口和测量控制模块相连接；电压互感器用于获取海底电缆的测量电压信号，并将所获取的海底电缆测量电压信号传送至测量控制模块中；

所述测量控制模块根据电流互感器以及电压互感器所传来的测量电流以及测量电压信号来计算得出海底电缆的分布阻抗和分布电纳。

所述检测系统还包括和试验电源相连接的第一gps对时装置、和海底电缆远端相连接的第二gps对时装置以及和测量控制模块相连接的第三gps对时装置。

所述测量控制模块包括

接线柱，其用于连接海底电缆、电流互感器以及以及电压互感器；

隔离单元，其用于隔离接线柱传送来的电流、电压测量信号和海底电缆电源信号的干扰；

信号调理和采集单元，其用于采集隔离后的电压、电流测量信号；

数字信号处理器，其用于将信号调理和采集单元采集得到的电压、电流测量信号进行数字运算，计算出电压、电流测量信号相对应的阻抗值并根据阻抗值计算出海底电缆的分布阻抗和分布电纳；

通讯控制单元，其用于实现试验电源与第一受控刀闸、第二受控刀闸之间的通讯；

时钟控制单元，其通过第一gps对时装置、第二gps对时装置以及第三gps对时装置来控制试验电源、第一受控刀闸以及第二受控刀闸状态的改变；

电源控制单元，其用于控制试验电源的接入和断开；

显示端，其用于显示测试到的电压或电流波形；

鼠标端，其用于控制显示上鼠标的位置；

打印端，其用于打印测量结果；

接口端，其用于将将测量结果导出到usb中。

所述试验电源为异频信号电源，工作频率为40hz-60hz，其包括整理回路、逆变回路以及连接于整理回路和逆变回路之间的滤波回路；其中，整理回路100和三相交流电源相连接并将三相交流电源所输出的交流电压整流成直流电压，滤波回路200用于过滤整理回路所输出的直流电压中的附带谐波，逆变回路300将经滤波回路200过滤的直流电压转变成交流电压输出。

所述滤波回路由至少两个滤波子模块并联而成，所述滤波子模块由多个滤波半子模块串联而成，所述滤波半子模块由电阻以及并接在电阻上的电容所组成。

所述整理回路包括变压器以及桥式整流回路，变压器的一次绕组接入三相交流电源，变压器的二次绕组和桥式整流回路相连接，桥式整流回路将交流电压整流成直流电压，逆变回路将直流电压转变成交流电压。

所述桥式整流回路由第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管组成，第一二极管和第三二极管相串联，第二二极管和第四二极管相串联，第二二极管的阴极和第一二极管的阴极相连接，第四二极管的阳极和第三二极管的阳极相连接，变压器二次绕组的一接线端连接在第一二极管和第三二极管之间，变压器二次绕组的另一接线端连接在第二二极管和第四二极管之间，滤波回路的输入端和第二二极管的阴极相连接，滤波回路的输出端和第四二极管的阳极相连接。

所述逆变回路由第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一反向并联二极管、第二反向并联二极管、第三反向并联二极管、第四反向并联二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、电感以及负载电容所组成；

第一开关管和第二开关管相串联，第三开关管和第四开关管相串联，第三开关管的集电极和第一开关管的集电极相连接，第四开关管的发射极和第一开关管的发射极相连接连接，第一开关管的基极和第二二极管的阴极相连接，第二开关管的发射极和第四二极管的阳极相连接，第一反向并联二极管的阳极和阴极分别第一开关管的发射极和集电极相连接，第二反向并联二极管的阳极和阴极分别第二开关管的发射极和集电极相连接，第三反向并联二极管的阳极和阴极分别第三开关管的发射极和集电极相连接，第四反向并联二极管的阳极和阴极分别第四开关管的发射极和集电极相连接；

第一电阻和第一电容相串联，第一电阻的输入端和第一反向并联二极管管的阴极相连接，第一电容的一端和第一反向并联二极管的阳极相连接；第二电阻和第二电容相串联，第二电阻的输入端和第二反向并联二极管的阴极相连接，第二电容的一端和第二反向并联二极管的阳极相连接；第三电阻和第三电容相串联，第三电阻的输入端和第三反向并联二极管的阴极相连接，第三电容的一端和第三反向并联二极管的阳极相连接；第四电阻和第四电容相串联，第四电阻的输入端和第四反向并联二极管的阴极相连接，第四电容的一端和第四反向并联二极管的阳极相连接；

电感的一端连接在第一开关管和第二开关管之间的节点位置处，另一端连接在第三开关管和第四开关管之间的节点位置处；负载电容的一端连接至第三开关管和第四开关管之间的节点位置处，另一端和第四开关管的集电极相连接，负载电容的两端并引出有接线处。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

通过运用本检测方法可以获得海底电缆的分布阻抗和分布电纳，整个检测求解过程采用解析公式法，克服了传统检测方法所存的截断误差问题，提高了分布阻抗和分布电纳的测试精度，从而可以及时地排除海底电缆的故障，提高海底电缆运行的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本发明海底电缆参数检测方法的流程图；

图2检测系统的结构示意图；

图3为第一受控刀闸闭合时检测系统的示意图；

图4为第一受控刀闸和第二受控受控刀闸闭合时检测系统的示意图；

图5为测量控制模块的组成示意图；

图6为试验电源的组成电路图；

图中：1、试验电源；2、海底电缆；3、第一受控刀闸；4、第二受控刀闸；5、电流互感器；6、测量控制模块；7、电压互感器；8、第一gps对时装置；9、第二gps对时装置；10、第三gps对时装置；100、整理回路；200、滤波回路；300、逆变回路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

参阅图1所示，本发明的海底电缆参数检测方法具体包括如下步骤：

s1、构建检测系统；

s2、检测系统对海底电缆进行通电，检测出不接地状态下的海底电缆的电压值和电流值以获得海底电缆的第一阻抗zs；其中，

s3、检测系统对海底电缆进行通电，检测出接地状态下的海底电缆的电压值和电流值以获得海底电缆的第二阻抗zo；其中，

s4、根据步骤s2和步骤s3所获得的第一阻抗zs和第二阻抗zo来计算得出海底电缆的分布阻抗和分布电纳。

具体地，该分布阻抗由如下公式计算得出：

该分布电纳由如下公式计算得出：

式中：cosh^-1为反双曲复变函数值，d为海底电缆的长度。

通过运用本检测方法可以获得海底电缆的分布阻抗和分布电纳，整个检测求解过程采用解析公式法，克服了传统检测方法所存的截断误差问题，提高了分布阻抗和分布电纳的测试精度，从而可以及时地排除海底电缆的故障，提高海底电缆运行的可靠性和稳定性。

具体地，如图2所示，上述的检测系统包括验电源1，其和海底电缆2的近端相电连接，以为整个检测系统提供电源，其中，在试验电源1和海底电缆2的近端之间连接有第一受控刀闸3，通过改变第一受控刀闸3的闭合状态即可改变海底电缆2的通电与否，在海底电缆2的远端连接有第二受控刀闸4，第二受控刀闸4的另一端接线口接地，也就是说，通过改变第二受控刀闸3的闭合状态既可以改变海底电缆2的接地状态。在海底电缆2中并接有电流互感器5，通过电流互感器5来获得海底电缆2的测量电流信号，电流互感器5将其获得测量电流信号传送至测量控制模块6；另外，为了获得海底电缆2的电压信号，电压互感器7的一次侧的一端接线口和海底电缆2的近端相连接，另一端接线口接地，二次侧的一端接线口接地，另一端接线口和测量控制模块6相连接，如此，电压互感器7即可获得海底电缆2的测量电压信号，并将所获取的海底电缆测量2电压信号传送至测量控制模块6中，测量控制模块6即可根据电流互感器5以及电压互感器7所传来的测量电流以及测量电压信号来计算得出海底电缆2的阻抗值，并根据阻抗值来计算得出海底电缆的阻抗值，最后根据阻抗值来计算得出海底电缆的的分布阻抗和分布电纳。

如图3所示，当第一受控刀闸3合上、第二受控刀闸4断开时，电压互感器7和电流互感器5即可以获得不接地状态下的海底电缆的电压值和电流值并将相应侧值传送至测量控制模块6中即可获得第一阻抗zs；同理，如图4所示，当第一受控刀闸3合上、第二受控刀闸4合上时，电压互感器7和电流互感器5即可以获得不接地状态下的海底电缆的电压值和电流值并将相应侧值传送至测量控制模块6中即可获得第二阻抗zo，最后测量控制模块6通过分布分布阻抗和分布电纳计算公式即可获得海底电缆的分布阻抗和分布电纳值。

优选地，上述的海底电缆参数检测系统还包括和试验电源1相连接的第一gps对时装置8和海底电缆远端2相连接的第二gps对时装置9以及和测量控制模块6相连接的第三gps对时装置10，通过第一gps对时装置8、第二gps对时装置9以及第三gps对时装置10可对整个系统测试起到时间对时、同步的作用，以进一步保证检测结果的精确性。

具体地，如图5所示，上述的测量控制模块6包括接线柱ua、un，其用于连接海底电缆2、电流互感器5以及以及电压互感器7；隔离单元，其用于隔离接线柱传送来的电流、电压测量信号和海底电缆电源信号的干扰；信号调理和采集单元，其用于采集隔离后的电压、电流测量信号；数字信号处理器，其用于将信号调理和采集单元采集得到的电压、电流测量信号进行数字运算，计算出电压、电流测量信号相对应的阻抗值并根据阻抗值计算出海底电缆的分布阻抗和分布电纳；通讯控制单元，其用于实现试验电源与第一受控刀闸、第二受控刀闸之间的通讯；时钟控制单元，其通过第一gps对时装置以及第二gps对时装置来控制试验电源、第一受控刀闸以及第二受控刀闸状态的改变；电源控制单元，其用于控制试验电源的接入和断开；显示端、鼠标端、打印端以及接口端，所述显示端用于显示测试到的电压或电流波形，鼠标端用于控制显示上鼠标的位置，打印端用于打印测量结果，接口端用于将将测量结果导出到usb中，如此，本测量控制模块可达到如下的指标：

测量范围：电容0.1～30μf；阻抗0.1～400ω；阻抗角：0.1°～360°。

测量分辨率：电容0.01μf；阻抗0.01ω；阻抗角0.01°。

仪器使用环境：环境温度-15℃～+40℃；相对湿度＜90％。

测量准确度：被测电容量≥1μf时，±1％读数±0.01μf；被测电容量＜1μf时，±3％读数±0.01μf。被测阻抗≥1ω时，±1读数％±0.01ω；被测阻抗＜1ω时，±3％读数±0.01ω；阻抗角测试条件电流>0.1a，±0.3°(电压>1.0v)，±0.5°(电压：0.2v～1.0v)。

gps对时误差72ms。

其中，上述的试验电源为为异频信号电源，工作频率为40hz-60hz，以克服检测系统在测试过程中所存在的工频干扰问题，以进一步提高检测结果的精确性，有效进行系统潮流稳定计算和行波定位，提高海底电缆运行的可靠性和稳定性，具体的，如图6所示，该电源包括整理回路100、逆变回路300以及连接于整理回路100和逆变回路300之间的滤波回路200；其中，整理回路100和三相交流电源相连接并将三相交流电源所输出的交流电压整流成直流电压，滤波回路200用于过滤整理回路所输出的直流电压中的附带谐波，逆变回路300将经滤波回路200过滤的直流电压转变成交流电压输出。

具体地，该整理回路100包括变压器以及桥式整流回路，变压器的一次绕组接入三相交流电源，变压器的二次绕组和桥式整流回路相连接，桥式整流回路将交流电压整流成直流电压，具体地，该桥式整流回路由第一二极管vd1、第二二极管vd2、第三二极管vd3以及第四二极管组成vd4，第一二极管vd1和第三二极管vd3相串联，第二二极管vd2和第四二极管vd4相串联，第二二极管vd2的阴极和第一二极管vd2的阴极相连接，第四二极管vd4的阳极和第三二极管vd3的阳极相连接，变压器二次绕组的一接线端连接在第一二极管vd1和第三二极管vd3之间，变压器二次绕组的另一接线端连接在第二二极管vd2和第四二极管vd4之间，滤波回路的输入端和第二二极管vd2的阴极相连接，滤波回路的输出端和第四二极管vd4的阳极相连接。而桥式整流回路输出的直流电压则经逆变回路300后则从直流转变成交流电压输出。

其中，该滤波回路200由两个滤波子模块并联而成，滤波子模块由多个滤波半子模块串联而成，滤波半子模块则由20k/10w的电阻以及并接在电阻上的电容所组成，在滤波回路的作用下，以滤去整理回路100所输出直流电压中的中会附带谐波(滤出主次谐波)，提高输出电压波形的平滑度。

而该逆变回路300则由第一开关管d1、第二开关管d2、第三开关管d3、第四开关d4管、第一反向并联二极管z1、第二反向并联二极管z2、第三反向并联二极管z3、第四反向并联二极管z4、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、电感lf以及负载电容cf所组成；其中，第一开关管z1和第二开关管z2相串联，第三开关管z3和第四开关管z4相串联，第三开关管z3的集电极和第一开关管z1的集电极相连接，第四开关管z4的发射极和第一开关管z1的发射极相连接连接，第一开关管z1的基极和第二二极管vd2的阴极相连接，第二开关管z2的发射极和第四二极管vd4的阳极相连接，第一反向并联二极管d1的阳极和阴极分别第一开关管z1的发射极和集电极相连接，第二反向并联二极管d2的阳极和阴极分别第二开关管z2的发射极和集电极相连接，第三反向并联二极管d3的阳极和阴极分别第三开关管z3的发射极和集电极相连接，第四反向并联二极管d4的阳极和阴极分别第四开关管z4的发射极和集电极相连接，第一开关管z1、第二开关管z2、第三开关管z3、第四开关管z4组成的桥式逆变回路实现将直流电压变成交流电压；

而第一电阻r1和第一电容c1相串联，第一电阻r1的输入端和第一反向并联二极管d1的阴极相连接，第一电容c1的一端和第一反向并联二极管d2的阳极相连接；第二电阻r2和第二电容c2相串联，第二电阻r2的输入端和第二反向并联二极管d2的阴极相连接，第二电容c2的一端和第二反向并联二极管d2的阳极相连接；第三电阻r3和第三电容c3相串联，第三电阻r3的输入端和第三反向并联二极管d3的阴极相连接，第三电容c3的一端和第三反向并联二极管d3的阳极相连接；第四电阻r4和第四电容c4相串联，第四电阻r4的输入端和第四反向并联二极管d4的阴极相连接，第四电容c4的一端和第四反向并联二极管d4的阳极相连接，如此，在电阻和电容组成的模块下，可实现桥式逆变回路的均压功能，使该桥式逆变回路在正常工作或异常工况下逆变第一开关管z1、第二开关管z2、第三开关管z3、第四开关管z4不损坏；

而电感lf的一端则连接在第一开关管z1和第二开关管z2之间的节点a位置处，另一端连接在第三开关管z3和第四开关管z4之间的节点b位置处；负载电容cf的一端连接至第三开关管z3和第四开关管z4之间的节点b位置处，另一端和第四开关管z4的集电极相连接，负载电容cf的两端并引出有接线处ia、in。cf为输出回路的基本负载，保障输出回路不接负载时有额定负载。

如此，试验电源可达到如下的指标：

供电电源：三相，ac380v±10％，15a，50hz(有效值)。

内部异频电源特性：交流三相最大输出电压有效值为200v；最大输出电流有效值为5a；输出频率为30hz～2.5khz可调。

抗干扰能力：在线路首末两端短路接地时可承受的最大干扰电流为40a(特殊要求下可实现100a)。在输出信号与干扰信号之比为1:10的条件下仍可稳定准确完成测试。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。