一种海底电缆直流耐压试验电荷累积测量系统及测量方法与流程

本发明涉及海底电缆测试领域，具体涉及一种海底电缆直流耐压试验电荷累积测量系统及测量方法。

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，电缆绝缘内部还设置有绝缘纸。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海底电缆投入运行前，需要开展绝缘性能测试，传统的绝缘电阻由于试验电压低不能有效的考核海底电缆的绝缘性能，采用交流耐压方式进行交接试验时，由于长距离500kv海底电缆的电容大，开展交流耐压时需要补偿的电抗器多，导致现场交流耐压试验开展困难。目前现场绝缘耐压试验后目前暂无有效的方法对试验过程引起的电荷累积进行计算，导致目前对海底电缆耐压试验完成后的放电工作存在盲目性，可能对试验人员伤害和设备造成损坏。

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，提供一种可对海底电缆直流耐压试验进行绝缘性能测试且可以测量试验后海底电缆电荷累积的系统及其方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种海底电缆直流耐压试验电荷累积测量系统，包括

电压产生装置，其包括直流电压源，变压器以及整流升压器，其中，所述直流电压源的正极和负极分别和变压器的一次侧两端相连接，整流升压器并接在变压器二次侧的两端，整流升压器的输出端和海底电缆相电连接，以输出符合试验要求的正极性电压至海底电缆；

电压测量装置，其和海底电缆相电连接，用于测量海底电缆的电压值变化；

海底电缆绝缘纸电导率测量装置，其和海底电缆的绝缘纸样品相连接，用于测量海底电缆绝缘纸的电导率；

海底电缆绝缘油电导率测量装置，其用于测量海底电缆绝缘油的电导率；

运算处理装置，其根据海底电缆绝缘纸的电导率以及海底电缆绝缘油的电导率来计算得出海底电缆的累积电荷。

所述整流升压器由多个整流单元串联而成，所述整流单元由两电容以及两整流器组成的回路所组成。

所述电压测量装置包括第一电阻、第二电阻、第三电阻，以及电压测量器；其中，所述第一电阻、第二电阻以及第三电阻依次串联，第一电阻的输入端和海底电缆相连接，第三电阻的输出端接地，以将海底电缆的电压下降至符合测量要求的电压；电压测量器的连接于第二电阻和第三电阻之间，以测量海底电缆的电压值变化。

所述海底电缆绝缘纸电导率测量装置包括直流电源、电流表、被保护电极、保护电极、不保护电极及绝缘纸样品；其中，绝缘纸样品的一面和不保护电极相接触，另一面和被保护电极和保护电极相接触，保护电极设置于被被保护电极的两侧；直流电源的正极和不保护电极相电连接，负极和被保护电极相电连接，电流表连接安装于直流电源的正极和被保护电极之间；其中的一保护电极和直流电源的负极均接地。

所述海底电缆绝缘油电导率测量装置包括呈筒状的外电极，设置于外电极内的内电极，外电极和内电极之间的间隙形成绝缘油填充通道，在内电极中设置有排气孔，以防止绝缘油填充通道中的绝缘油产气对绝缘油填充通道内部形成压力；在内电极中形成有测温孔，用于测量绝缘油的温度；在内电极和外电极的上端之间连接安装有绝缘板，以使得内电极和外电极的电气绝缘；在绝缘板的下表面设置有屏蔽环，以使得内电极和外电极端部的电场均压；在绝缘板的上表面安装有屏蔽帽，以屏蔽外部的电磁干扰；外电极和内电极分别和直流电源的正极和负极相电连接，在直流电源的负极和内电极之间连接安装有电流表。

所述运算处理装置通过如下公式计算得出底电缆的累积电荷q：

q＝j×a×d

式中：j为海底电缆单位横截面的累积电荷；v为电压产生装置所产生的正极性电压，e为自然对数的底数；t为电压产生装置对海底电缆施加符合测试要求的正极性电压的时间；γ1为海底电缆绝缘纸的电导率；γ2为海底电缆绝缘油的电导率；d1为海底电缆绝缘纸的厚度；d2为海底电缆绝缘油的厚度；ε0，ε1，ε2的值分别为8.85x10^-12，4.1，2.3；a为海底电缆的横截面积；d为海底电缆的长度。

一种测量海底电缆直流耐压试验电荷累积的方法，所述方法包括如下步骤：

利用海底电缆绝缘纸电导率测量装置以及海底电缆绝缘油电导率测量装置来分别测量出海底电缆的绝缘纸电导率γ1以及海底电缆的绝缘油电导率γ2；

电压产生装置按照设定的时间对海底电缆施加符合测试要求的正极性电压，以考核海底电缆的绝缘耐压性；

根据如下公式来获得海底电缆的累积电荷q

q＝j×a×d

式中：j为海底电缆单位横截面的累积电荷；v为电压产生装置所产生的正极性电压，e为自然对数的底数；t为电压产生装置对海底电缆施加符合测试要求的正极性电压的时间；γ1为绝缘纸的电导率；γ2为绝缘油的电导率；d1为海底电缆绝缘纸的厚度；d2为海底电缆绝缘油的厚度；ε0，ε1，ε2的值分别为8.85x10^-12，4.1，2.3；a为海底电缆的横截面积；d为海底电缆的长度。

所述电压产生装置对海底电缆采用连续加压的方式，加压起始阶段调节缓和，中间阶段快而均速调压，当海底电缆的电压值超过测试要求电压值的75％时，调压速度不低于测试要求电压值的2％/秒。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明的海底电缆直流耐压试验电荷累积测量系统能够有效考核交流500kv海底电缆高压绝缘性能，克服传统的绝缘电阻由于试验电压低不能有效的考核海底电缆的绝缘性能不足的问题，也能够解决长距离500kv海底电缆的试验后电荷累积的计算问题，从而可有效指导海底电缆绝缘耐压的放电工作，对电力系统的安全稳定运行有着重要的意义，对电力供给保障有着重要的技术支持，同时带来重大的经济效益。

附图说明

图1本发明实施例海底电缆直流耐压试验电荷累积测量系统的示意图；

图2为电压产生装置的结构示意图；

图3为电压测量装置的结构示意图；

图4为海底电缆绝缘纸电导率测量装置的结构示意图；

图5为海底电缆绝缘油电导率测量装置的结构示意图；

图6为海底电缆测试试验时的电压变化曲线图；

图中：1、电压产生装置；2、电压测量装置；3、海底电缆绝缘纸电导率测量装置；4、海底电缆绝缘油电导率测量装置；5、运算处理装置；6、海底电缆；21、电压测量器；31、绝缘纸样品；32、不保护电极；33、被保护电极；34、保护电极；51、外电极；52、内电极；53、绝缘油填充通道；54、排气孔；55、绝缘板；56、屏蔽环；57、屏蔽帽。

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：

实施例1

如图1所示，本实施例所提供的明海底电缆直流耐压试验电荷累积测量系统包括电压产生装置1，具体地，如图2所示，该电压产生装置包括380v的直流电压源，变压器以及整流升压器，其中，该直流电压源的正极和负极分别和变压器的一次侧两端相连接，整流升压器并接在变压器二次侧的两端，也就是说变压器输出的电压值u1将会成为整流升压器的输入电压，而该整流升压器是由多个整流单元串联而成，整流单元串联的数目具体可以根据升压的需求来设定，而具体到本实施例中，整流升压器是由50个整流单元串联而成的，而整流单元则是由2个电容c和2个整流器d组成的回路所组成，也就是说，整个整流升压器具有100个电容和100个电压，实现将变压器输出的电压u1整流成100u1，从而对海底电缆输出符合绝缘性测试要求的试验电压，在本实施例中，整流升压器将会输出600kv的电压至海底电缆6中，如此，即可以解决传统的绝缘电阻由于试验电压低不能有效地考核海底电缆绝缘性能的问题。同时，上述的电压产生装置能够达到如下的性能指标：输入电源：ac380v±10％，50hz±1％；输出电压指示精度：<1级；输出电流指示精度：<1级；纹波系数：≤0.5％；0.75倍输出电压指示精度：<1级，带锁存。

具体地，在本实施例中，上述变压器采用的是河南豫变电工有限公司的s11-m-30/10型号变压器，电容器采用的是锦州凯美能源有限公司的se-2r5电容器，整流器采用的是centralsemiconductor公司的cbrhdsh1-40l或cbrhdsh2-40型整流器。

另外，为了有效地解决海底电缆在绝缘性能考核的试验过程中引起电荷累积计算的问题，在该海底电缆6还电连接有电压测量装置2，以测量用于测量海底电缆6试验过程过程中的电压变化，由于海底电缆接入的是高达600kv电压，一般常规的电压测量仪器是无法测量出海底电缆的电压变化的，如图3所示，本申请的电压测量装置2由第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及电压测量器21所组成；其中，该第一电阻r1、第二电阻r2以及第三电阻r3依次串联，第一电阻r1的输入端和海底电缆相连接，第三电阻r2的输出端接地，电压测量器21的输入端连接于第二电阻r2和第三电阻r3之间，输出端接地，如此，在第一电阻r1、第二电阻r2以及第三电阻r3的依次降压后，可将600kv的电压降到5v以下的测量范围，电压测量器21从而可以测量出海底电缆在绝缘试验耐压考核过程中的电压变化，然后可根据第一电阻r1、第二电阻r2以及第三电阻r2的电阻值可反推计算得出海底电缆的实际电压变化值。具体地，上述的第一电阻r1和第二电阻r2均采用的是上海澄洋仪器仪表有限公司的bz9/1高阻标准电阻型号，第三电阻r3采用的是上海澄洋仪器仪表有限公司的bz3直流标准电阻，电压测量器21采用的是josef公司的jdz1-1/jdz2-1/jdz3-1电压互感器。上述的海底电缆直流耐压试验电荷累积测量系统还包括海底电缆绝缘纸电导率测量装置3，其和海底电缆的绝缘纸样品相连接，用于测量海底电缆绝缘纸的电导率γ1；海底电缆绝缘油电导率测量装置4，其用于测量海底电缆绝缘油的电导率γ2，如此，运算处理装置5根据据海底电缆绝缘纸的电导率以及海底电缆绝缘油的电导率即可以来计算得出海底电缆的累积电荷，从而可以有效地指导海底电缆绝缘耐压的放电工作，以杜绝盲目放电的存在，减少对试验人员伤害和设备造成损坏的可能性，对电力系统的安全稳定运行有着重要的意义。

具体地，如图4所示，上述的海底电缆绝缘纸电导率测量装置3包括直流电源、电流表、被保护电极33、保护电极34、不保护电极32及绝缘纸样品31；其中，该绝缘纸样品31是和海底电缆中的绝缘纸是同一材质的，两者具有相同的电导率，绝缘纸样品31的一面和不保护电极32相接触，另一面和被保护电极33和保护电极34相接触，保护电极34设置于被保护电极33的两侧，以防止被保护电极33在测试的过程中不会因绝缘纸样品31被击穿而发生损坏；直流电源的正极和不保护电极32相电连接，负极和被保护电极33相电连接，电流表连接安装于直流电源的正极和被保护电极33之间，其中的一保护电极34和直流电源的负极均接地，如此，通过运用本装置就可以精确地测量绝缘纸样品测试过程中的电流值，通过记下电流,32上的电流i1，通过如下公式即可以计算得出海底电缆绝缘纸电导率γ1：

γ1＝i1*h/(u1*a)

式中：h为绝缘纸样品的厚度；u1为直流电源的电压；a为绝缘纸样品的横截面面积。

如图5所示，上述的海底电缆绝缘油电导率测量装置5包括呈筒状的外电极51，设置于外电极51内的内电极52，外电极51和内电极52之间的间隙形成绝缘油填充通道53，在内电极中52设置有排气孔54，以防止绝缘油填充通道53中的绝缘油产气对绝缘油填充通道53内部形成压力；在内电极52中形成有测温孔54，用于测量绝缘油的温度；在内电极52和外电极51的上端之间连接安装有绝缘板55，以使得内电极52和外电极51的电气绝缘；在绝缘板55的下表面设置有屏蔽环56，以使得内电极52和外电极51端部的电场均压；在绝缘板55的上表面安装有屏蔽帽57，以屏蔽外部的电磁干扰；外电极51和内电极52分别和直流电源的正极和负极相电连接，在直流电源的负极和内电极之间连接安装有电流表，如此，如此，通过运用本装置就可以精确地测量绝缘油测试过程中的电流值，通过记录电流表上的电流i2，通过如下公式即可以计算得出海底电缆绝缘油的电导率γ2：

γ2＝i2/(u2*11.3*18)

式中：u2为直流电源的电压；11.3为形状系数；18为形状系数。

最后运算处理装置根据如下公式即可以计算得出海底电缆的累积电荷：

q＝j×a×d

式中：j为海底电缆单位横截面的累积电荷；v为电压产生装置所产生的正极性电压，e为自然对数的底数；t为电压产生装置对海底电缆施加符合测试要求的正极性电压的时间；γ1为绝缘纸的电导率；γ2为绝缘油的电导率；d1为海底电缆绝缘纸的厚度；d2为海底电缆绝缘油的厚度；ε0，ε1，ε2的值分别为8.85x10^-12，4.1，2.3；a为海底电缆的横截面面积；d为海底电缆的长度。

由此可知本发明的海底电缆直流耐压试验电荷累积测量系统能够有效考核交流500kv海底电缆高压绝缘性能，克服传统的绝缘电阻由于试验电压低不能有效的考核海底电缆的绝缘性能不足的问题，也能够解决长距离500kv海底电缆的试验后电荷累积的计算问题，从而可有效指导海底电缆绝缘耐压的放电工作，对电力系统的安全稳定运行有着重要的意义，对电力供给保障有着重要的技术支持，同时带来重大的经济效益。

实施例2

一种测量海底电缆直流耐压试验电荷累积的方法，所述方法具体包括如下步骤：

s1、通过利用海底电缆绝缘纸电导率测量装置以及海底电缆绝缘油电导率测量装置分别测量出海底电缆的绝缘纸电导率γ1以及海底电缆的绝缘油电导率γ2；具体地，该海底电缆绝缘纸电导率测量装置和海底电缆绝缘油电导率测量装置采用的是实施例1中所述的海底电缆绝缘纸电导率测量装置和海底电缆绝缘油电导率测量装置。

s2、电压产生装置按照设定的时间对海底电缆施加600kv的正极性电压，以考核海底电缆的绝缘耐压性；具体地，该电压产生装置采用的是实施例1所述的电压产生装置，并采用连续加压至耐压值(600kv)，调压起始阶段调节应较缓和，以免海底电缆充电电流使得设备输出电流超限跳闸，中间阶段应较快而均速调压，当电压超过试验电压(600kv)的75％时，调压速度不应低于2％/秒，以免造成在接近试验电压时海底电缆的耐压时间过长。具体试验加压曲线如图6所示，图中t1为海底电缆上电压从零到试验电压所用时间，应不大于2分钟，图中t2为被试设备耐压时间1个小时，即60分钟。

s3、根据如下公式计算海底电缆的累积电荷q

q＝j×a×d

式中：j为海底电缆单位横截面的累积电荷；v为电压产生装置所产生的正极性电压，e为自然对数的底数；t为电压产生装置对海底电缆施加符合测试要求的正极性电压的时间,即60分钟；γ1为绝缘纸的电导率；γ2为绝缘油的电导率；d1为海底电缆绝缘纸的厚度；d2为海底电缆绝缘油的厚度；ε0，ε1，ε2的值分别为8.85x10^-12，4.1，2.3；a为海底电缆的横截面面积；d为海底电缆的长度。

由此可知，通过计算得出海底电缆的累积电荷q，对海底电缆输入负极性的电压，比如-900kv，即可以通过通过改变步骤s3式中时间t的范围大小，直到此步骤中电荷累积j的计算值与步骤s3中绝缘耐压时累积电荷值j的误差小于2％时，计算结束，从而可以计算出海底电缆绝缘耐压后电荷消散的时间，如此，试验人员即可以有目的进行放电(海底电缆的电压值下降至安全值(比如10kv)时，试验人员就可以将海底电缆接地)，以避免对试验人员造成伤害和对设备造成损坏。

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。

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。