特高压直流电缆叠加冲击试验装置的参数确定方法及系统与流程

1.本发明涉及电力电缆设备绝缘性能检测技术领域，并且更具体地，涉及一特高压直流电缆叠加冲击试验装置的参数确定方法及系统。


背景技术：

2.直流电压作用下，直流电缆绝缘内部的载流子陷阱捕获自由电子，造成绝缘内部空间电荷集聚，并改变绝缘材料的电导特性。直流电缆线路在运行时不可避免地受到雷电波、操作波等暂态冲击电压的作用，空间电荷的存在促进了暂态冲击电压下绝缘介质内放电通道的形成和发展。而在与直流电压极性相反的雷电冲击波的作用时间内，电缆绝缘材料中的空间电荷极性与电极极性相反，会引起局部场强的严重畸变，甚至导致直流电缆绝缘的击穿。因此需要对直流电缆进行稳态直流电压与暂态冲击电压共同作用下的叠加冲击试验，以检验特高压直流电缆冲击电压耐受能力。目前国内外直流电缆试验标准所覆盖的电压等级只达到500kv，主要试验标准有cigre tb 496《500kv以下直流挤出绝缘电缆系统的推荐试验方法》和国内的gb/t 31489.1《额定电压500kv及以下直流输电用挤包绝缘电力电缆系统第1部分：试验方法和要求》，尚无成型的800kv直流电缆试验标准。500kv及以下电压等级直流电缆的直流叠加冲击电压试验装置采用的是与电容器、gis设备和直流架空线的试验装置类似的试验系统，组合试验回路虽然使用了隔直电容实现直流电压和冲击电压的隔离，以及隔离电阻来阻尼冲击电压信号对直流电压发生器的冲击作用。但电容器、gis 设备和架空线的等效电容量级与电缆相差较大，不能直接应用于高电压等级直流电缆设备。
3.因此，需要根据800kv特高压直流电缆的叠加冲击试验要求和叠加试验系统自身特点等确定试验系统的参数。


技术实现要素：

4.本发明提出一种特高压直流电缆叠加冲击试验装置的参数确定方法及系统，以解决如何确定满足特高压直流电缆叠加冲击的参数的问题。
5.为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种特高压直流电缆叠加冲击试验装置的参数确定方法，隔直电容和冲击电压发生器串联后与特高压直流电缆并联，隔离电阻和直流高压发生器串联后与特高压直流电缆并联，所述方法包括：
6.计算特高压直流电缆的等效电容和等效电阻；
7.确定直流高压发生器的额定输出电压，并根据所述额定输出电压和所述等效电阻，确定直流高压发生器能满足的最大输出电流；
8.确定冲击电压发生器所需的第一耐受级数和第二耐受级数，并根据所述第一耐受级数和第二耐受级数确定冲击电压发生器的初始额定输出电压和初始标称容量；
9.根据预设的约束条件确定隔离电阻的取值范围，并根据所述隔离电阻的取值范围确定隔离电阻的取值；
10.通过仿真获取隔直电容在不同取值下对应的特高压直流电缆叠加冲击试验装置的输出效率、隔直电容两端承受的第一冲击电压和隔离电阻承受的第二冲击电压，并根据所述输出效率、第一冲击电压和第二冲击电压，确定隔直电容的电容最优值；
11.通过仿真获取隔直电容的取值为所述电容最优值时对应的特高压直流电缆叠加冲击试验装置的实际输出效率；
12.根据所述实际输出效率确定冲击电压发生器所需的第三耐受级数，并根据所述第三耐受级数确定冲击电压发生器的最终额定输出电压和最终标称容量。
13.优选地，其中所述计算所述特高压直流电缆的等效电容和等效电阻，包括：
[0014][0015][0016]
其中，c
t
为所述特高压直流电缆的等效电容；r为所述特高压直流电缆的等效电阻；ε为相对介电常数；ε0为真空中的介电常数；d
o
为电缆绝缘层的外径；d
i
为电缆绝缘层的内径；l为电缆的长度；ρ
i
为电缆绝缘层的电阻率。
[0017]
优选地，其中所述根据直流高压发生器的额定输出电压和所述特高压直流电缆的等效电阻，确定直流高压发生器能满足的最大输出电流，包括：
[0018]
i＝i+i0，
[0019][0020]
其中，i为直流高压发生器能满足的最大输出电流；i0为由于室外环境导致的直流电缆附件的泄漏电流；i为特高压直流电缆的绝缘层的径向泄漏电流；直流高压发生器的额定输出电压u
d
为(1+n)
×
u0；n为第一预设裕度阈值；u0为叠加冲击试验中特高压直流电缆的导体对地之间需施加的直流电压幅值；r为所述特高压直流电缆的等效电阻。
[0021]
优选地，其中根据特高压直流电缆的冲击电压耐受水平、特高压直流电缆的等效电容、杂散电容、冲击电压发生器的最大级电压和冲击电压发生器的单级电压，确定冲击电压发生器所需的第一耐受级数和第二耐受级数，并根据所述第一耐受级数和第二耐受级数确定冲击电压发生器的初始额定输出电压和初始标称容量，包括：
[0022]
u
额1
＝m
max
u
level
，
[0023]
u
标1
＝m
max
w
level
，
[0024][0025]
[0026]
u
oimp
＝(l+p)u
imp
，
[0027][0028]
其中，u
额1
为初始额定输出电压；u
标1
为初始标称容量；m
max
取第一耐受级数m1和第二耐受级数m2中的较大者；u
level
为冲击电压发生器的最大级电压；w
level
为冲击电压发生器的单级电压；u
oimp
为冲击电压发生器的第一标称输出电压；u
imp
为特高压直流电缆的冲击电压耐受水平；p为第二预设裕度阈值；w
n
为所需的标称容量；m为预设倍数；c
t
为所述特高压直流电缆的等效电容；c
s
为杂散电容。
[0029]
优选地，其中所述根据预设的约束条件确定隔离电阻的取值范围，包括：
[0030][0031]
其中，r
d
为隔离电阻；tt为雷电冲击电压或操作冲击电压的半峰值时间；c
d
为直流高压发生器滤波电容；h为直流高压发生器所能承受的最大冲击电压百分比；s为隔离电阻两端的直流分压比率；r
rcd
为阻容分压器的等效电阻。
[0032]
优选地，其中根据所述实际输出效率、特高压直流电缆的冲击电压耐受水平和冲击电压发生器的最大级电压确定冲击电压发生器所需的第三耐受级数，并根据所述第三耐受级数确定冲击电压发生器的最终额定输出电压和冲击电压发生器的最终标称容量，包括：
[0033]
u
额2
＝m
′
max
u
level
，
[0034]
u
标2
＝m
′
max
w
level
，
[0035][0036][0037]
其中，u
额2
为最终额定输出电压；u
标2
为最终标称容量；m
′
max
取第二耐受级数m2第三级数m3中的较大者；u
level
为冲击电压发生器的最大级电压； w
level
为冲击电压发生器的单级电压；η为实际输出效率；u
oimp
为冲击电压发生器的第一标称输出电压；u’oimp
为冲击电压发生器的第二标称输出电压。
[0038]
根据本发明的又一个方面，提供了一种特高压直流电缆叠加冲击试验装置的参数确定系统，隔直电容和冲击电压发生器串联后与特高压直流电缆并联，隔离电阻和直流高压发生器串联后与特高压直流电缆并联，所述系统包括：
[0039]
电缆等效电容和电阻计算单元，用于计算所述特高压直流电缆的等效电容和等效电阻；
[0040]
额定输出电压和最大输出电流确定单元，用于确定直流高压发生器的额定输出电压，并根据所述额定输出电压和所述等效电阻，确定直流高压发生器能满足的最大输出电
流；
[0041]
初始额定输出电压和初始标称容量确定单元，用于确定冲击电压发生器所需的第一耐受级数和第二耐受级数，并根据所述第一耐受级数和第二耐受级数确定冲击电压发生器的初始额定输出电压和初始标称容量；
[0042]
隔离电阻确定单元，用于根据预设的约束条件确定隔离电阻的取值范围，并根据所述隔离电阻的取值范围确定隔离电阻的取值；
[0043]
隔直电容确定单元，用于通过仿真获取隔直电容在不同取值下对应的特高压直流电缆叠加冲击试验装置的输出效率、隔直电容两端承受的第一冲击电压和隔离电阻承受的第二冲击电压，并根据所述输出效率、第一冲击电压和第二冲击电压，确定隔直电容的电容最优值；
[0044]
实际输出效率确定单元，用于通过仿真获取隔直电容的取值为所述电容最优值时对应的特高压直流电缆叠加冲击试验装置的实际输出效率；
[0045]
最终额定输出电压和最终标称容量确定单元，用于根据所述实际输出效率确定冲击电压发生器所需的第三耐受级数，并根据所述第三耐受级数确定冲击电压发生器的最终额定输出电压和最终标称容量。
[0046]
优选地，其中所述电缆等效电容和电阻计算单元，计算所述特高压直流电缆的等效电容和等效电阻，包括：
[0047][0048][0049]
其中，c
t
为所述特高压直流电缆的等效电容；r为所述特高压直流电缆的等效电阻；ε为相对介电常数；ε0为真空中的介电常数；d
o
为电缆绝缘层的外径；d
i
为电缆绝缘层的内径；l为电缆的长度；ρ
i
为电缆绝缘层的电阻率。
[0050]
优选地，其中所述额定输出电压和最大输出电流确定单元，根据直流高压发生器的额定输出电压和所述特高压直流电缆的等效电阻，确定直流高压发生器能满足的最大输出电流，包括：
[0051]
i＝i+i0，
[0052][0053]
其中，i为直流高压发生器能满足的最大输出电流；i0为由于室外环境导致的直流电缆附件的泄漏电流；i为特高压直流电缆的绝缘层的径向泄漏电流；直流高压发生器的额定输出电压u
d
为(1+n)
×
u0；n为第一预设裕度阈值；u0为叠加冲击试验中特高压直流电缆的导体对地之间需施加的直流电压幅值；r为所述特高压直流电缆的等效电阻。
[0054]
优选地，其中所述初始额定输出电压和初始标称容量确定单元，根据特高压直流电缆的冲击电压耐受水平、特高压直流电缆的等效电容、杂散电容、冲击电压发生器的最大级电压和冲击电压发生器的单级电压，确定冲击电压发生器所需的第一耐受级数和第二耐
受级数，并根据所述第一耐受级数和第二耐受级数确定冲击电压发生器的初始额定输出电压和初始标称容量，包括：
[0055]
u
额1
＝m
max
u
level
，
[0056]
u
标1
＝m
max
w
level
，
[0057][0058][0059]
u
oimp
＝(1+p)u
imp
,
[0060][0061]
其中，u
额1
为初始额定输出电压；u
标1
为初始标称容量；m
max
取第一耐受级数m1和第二耐受级数m2中的较大者；u
level
为冲击电压发生器的最大级电压；w
level
为冲击电压发生器的单级电压；u
oimp
为冲击电压发生器的第一标称输出电压；u
imp
为特高压直流电缆的冲击电压耐受水平；p为第二预设裕度阈值；w
n
为所需的标称容量；m为预设倍数；c
t
为所述特高压直流电缆的等效电容；c
s
为杂散电容。
[0062]
优选地，其中所述隔离电阻确定单元，根据预设的约束条件确定隔离电阻的取值范围，包括：
[0063][0064]
其中，r
d
为隔离电阻；tt为雷电冲击电压或操作冲击电压的半峰值时间；c
d
为直流高压发生器滤波电容；h为直流高压发生器所能承受的最大冲击电压百分比；s为隔离电阻两端的直流分压比率；r
rcd
为阻容分压器的等效电阻。
[0065]
优选地，其中所述最终额定输出电压和最终标称容量确定单元，根据所述实际输出效率、特高压直流电缆的冲击电压耐受水平和冲击电压发生器的最大级电压确定冲击电压发生器所需的第三耐受级数，并根据所述第三耐受级数确定冲击电压发生器的最终额定输出电压和冲击电压发生器的最终标称容量，包括：
[0066]
u
额2
＝m
′
max
u
level
，
[0067]
u
标2
＝m
′
max
w
level
，
[0068][0069]
[0070]
其中，u
额2
为最终额定输出电压；u
标2
为最终标称容量；m
′
max
取第二耐受级数m2第三级数m3中的较大者；u
level
为冲击电压发生器的最大级电压； w
level
为冲击电压发生器的单级电压；η为实际输出效率；u
oimp
为冲击电压发生器的第一标称输出电压；u’oimp
为冲击电压发生器的第二标称输出电压。
[0071]
本发明提供了一种特高压直流电缆叠加冲击试验装置的参数确定方法及系统，目的是根据特高压直流电缆试验样段的试验需求，指导特高压直流电缆叠加冲击试验装置的电压源的选型，通过分析直流叠加冲击试验装置的效率和特点，选择合理的阻容隔离装置放入参数配置；本发明通过对特高压直流电缆进行参数计算和对直流叠加冲击电压试验装置进行电路仿真，确定了特高压直流电缆直流电压叠加冲击试验装置中电压发生器和冲击
‑
直流电压隔离元件参数的选择依据，实现了冲击电压与直流电压的有效隔离，充分发挥了直流叠加冲击电压试验装置的输出效率，保证了电缆试样上冲击电压和直流电压的幅值满符合试验规定，满足特高压直流电缆进行直流叠加冲击电压试验时对试验装置的要求。
附图说明
[0072]
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
[0073]
图1为根据本发明实施方式的特高压直流电缆叠加冲击试验装置的等效回路的电路图；
[0074]
图2为根据本发明实施方式的特高压直流电缆叠加冲击试验装置的示意图；
[0075]
图3为根据本发明实施方式的特高压直流电缆叠加冲击试验装置的参数确定方法的流程图；
[0076]
图4为根据本发明实施方式的隔直电容在不同取值时对800kv直流电缆、隔直电容和隔离电阻电压幅值的影响；
[0077]
图5为根据本发明实施方式的隔直电容对装置输出效率的影响；
[0078]
图6为根据本发明实施方式的特高压直流电缆叠加冲击试验装置的参数确定系统600的结构示意图。
具体实施方式
[0079]
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
[0080]
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
[0081]
本发明提供的特高压直流电缆叠加冲击试验装置的参数确定方法的技术核心是，在特高压直流电缆直流电压叠加冲击电压试验中使用隔直电容和隔离电阻对冲击电压和直流电压实现隔离，结合特高压直流电缆试验样段等效电容及其冲击电压耐受水平，为叠加冲击试验装置的冲击电压发生器和直流高压发生器的输出参数提供选择依据，对隔直电
容和隔离电阻与直流叠加冲击电压试验装置的输出特性的关系进行电路仿真，选择合适的隔直电容和隔离电阻值使试验装置具有较高的输出效率，并确定隔直电容器和隔离电阻器应满足的冲击电压耐受水平，最终根据试验装置输出效率对冲击电压发生器的输出参数要求进行校核，确定冲击电压发生器的额定输出电压和标称容量。
[0082]
图1为根据本发明实施方式的特高压直流电缆叠加冲击试验装置的示意图。如图1所示，特高压直流电缆叠加冲击试验装置包括：冲击电压发生器、电容分压器、直流电缆回路、隔直电容、隔离电阻、阻容分压器和直流高压发生器。
[0083]
图2为根据本发明实施方式的特高压直流电缆叠加冲击试验装置的等效回路的电路图。如图2所示，所述特高压直流电缆叠加冲击试验装置的等效回路包括：依次并联连接且一端接地的冲击电压发生器等效单元、波尾电阻r
t
、杂散电容c
s
、电容分压器等效电容c
cd
、特高压直流电缆的等效电容c
t
、阻容分压器等效单元和直流高压发生器等效单元，以及两端分别与波尾电阻r
t
和杂散电容c
s
连接的波头电阻r
f
、两端分别与电容分压器等效电容c
cd
和特高压直流电缆的等效电容c
t
连接的隔直电容c0以及两端分别与阻容分压器等效单元和直流高压发生器等效单元连接的隔离电阻r
d
；其中，所述冲击电压发生器等效单元包括：串联的冲击电压发生器的主电容c1和冲击电压发生器的电压源；所述组容分压器等效单元包括：并联的阻容分压器等效电阻r
rcd
和阻容分压器等效电容c
rcd
；所述直流高压发生器等效单元包括：直流高压发生器滤波电容c
d
和与所述直流高压发生器滤波电容并联且串联连接的直流高压发生器保护电阻r
d
和直流电压源u
d
。
[0084]
图3为根据本发明实施方式的特高压直流电缆叠加冲击试验装置的参数确定方法的流程图。如图3所示，本发明实施方式提供的特高压直流电缆叠加冲击试验装置的参数确定方法300，从步骤301处开始，在所述装置中，隔直电容和冲击电压发生器串联后与特高压直流电缆并联，隔离电阻和直流高压发生器串联后与特高压直流电缆并联，所述参数确定方法在步骤301计算特高压直流电缆的等效电容和等效电阻。
[0085]
优选地，其中所述计算所述特高压直流电缆的等效电容和等效电阻，包括：
[0086][0087][0088]
其中，c
t
为所述特高压直流电缆的等效电容；r为所述特高压直流电缆的等效电阻；ε为相对介电常数；ε0为真空中的介电常数；d
o
为电缆绝缘层的外径；d
i
为电缆绝缘层的内径；l为电缆的长度；ρ
i
为电缆绝缘层的电阻率。
[0089]
在本发明的实施方式中，特高压直流电缆试样的绝缘层的等效电容c
t
和等效电阻r分别为：
[0090]
[0091][0092]
式中，ε为相对介电常数；ε0为真空中的介电常数；d
o
为绝缘层外径；d
i
为绝缘层内径；l为电缆试样长度；ρ
i
为电缆绝缘层电阻率。
[0093]
在步骤302，确定直流高压发生器的额定输出电压，并根据所述额定输出电压和所述等效电阻，确定直流高压发生器能满足的最大输出电流。
[0094]
优选地，其中所述根据直流高压发生器的额定输出电压和所述特高压直流电缆的等效电阻，确定直流高压发生器能满足的最大输出电流，包括：
[0095]
i＝i+i0，
[0096][0097]
其中，i为直流高压发生器能满足的最大输出电流；i0为由于室外环境导致的直流电缆附件的泄漏电流；i为特高压直流电缆的绝缘层的径向泄漏电流；直流高压发生器的额定输出电压u
d
为(1+n)
×
u0；n为第一预设裕度阈值；u0为叠加冲击试验中特高压直流电缆的导体对地之间需施加的直流电压幅值；r为所述特高压直流电缆的等效电阻。
[0098]
在本发明的实施方式中，设置第一预设裕度阈值n为10％，叠加冲击试验中特高压直流电缆的导体对地之间需施加直流电压幅值为u0，加上 10％的裕度，直流高压发生器的额定输出电压u
d
应为1.1u0；此时，1.1u0下直流电缆的绝缘层的径向泄漏电流i为：另外，由于室外雨雾等天气下直流电缆附件的泄漏电流i0为10ma左右，因此，可以确定直流高压发生器能满足的最大输出电流为i＝i+10(ma)。
[0099]
在步骤303，确定冲击电压发生器所需的第一耐受级数和第二耐受级数，并根据所述第一耐受级数和第二耐受级数确定冲击电压发生器的初始额定输出电压和初始标称容量。
[0100]
优选地，其中根据特高压直流电缆的冲击电压耐受水平、特高压直流电缆的等效电容、杂散电容、冲击电压发生器的最大级电压和冲击电压发生器的单级电压，确定冲击电压发生器所需的第一耐受级数和第二耐受级数，并根据所述第一耐受级数和第二耐受级数确定冲击电压发生器的初始额定输出电压和初始标称容量，包括：
[0101]
u
额1
＝m
max
u
level
，
[0102]
u
标1
＝m
max
w
level
，
[0103][0104][0105]
u
oimp
＝(1+p)u
imp
，
[0106][0107]
其中，u
额1
为初始额定输出电压；u
标1
为初始标称容量；m
max
取第一耐受级数m1和第二耐受级数m2中的较大者；u
level
为冲击电压发生器的最大级电压；w
level
为冲击电压发生器的单级电压；u
oimp
为冲击电压发生器的第一标称输出电压；u
imp
为特高压直流电缆的冲击电压耐受水平；p为第二预设裕度阈值；w
n
为所需的标称容量；m为预设倍数；c
t
为所述特高压直流电缆的等效电容；c
s
为杂散电容。
[0108]
在本发明的实施方式中，可以设置预设倍数m为10，第二预设裕度阈值p为10％。计及回路设备电容和对地杂散电容的影响，按照冲击回路等效电容为负荷电容(即电缆的等效电容c
t
)的10倍来确定冲击回路的等效电容。根据直流电缆试验标准和所承受的过电压水平以及绝缘裕度确定特高压直流电缆的冲击电压耐受水平u
imp
。例如，800kv直流电缆系统应承受的反极性雷电冲击电压耐受水平u
imp
为1946kv。
[0109]
在本发明的实施方式中，根据特高压直流电缆的冲击电压耐受水平、特高压直流电缆的等效电容、杂散电容、冲击电压发生器的最大级电压和冲击电压发生器的单级电压，确定冲击电压发生器所需的第一耐受级数和第二耐受级数。考虑10％的裕度，计算冲击电压发生器的第一标称输出电压u
oimp
应为：u
oimp
＝(1+10％)u
imp
，所需的标称容量w
n
为：冲击电压发生器所需的级数为：向上取整可以得到第一耐受级数m1；冲击电压发生器所需的级数向上取整可以得到第二耐受级数m2；其中，u
level
为冲击电压发生器的最大级电压；w
level
为冲击电压发生器的单级电压。令m
max
取第一耐受级数m1和第二耐受级数m2中的较大者，作为冲击电压发生器的级数，则可以确定冲击电压发生器的初始额定输出电压和初始标称容量分别为m
max
u
level
和m
max
w
level
。
[0110]
在步骤304，根据预设的约束条件确定隔离电阻的取值范围，并根据所述隔离电阻的取值范围确定隔离电阻的取值。
[0111]
优选地，其中所述根据预设的约束条件确定隔离电阻的取值范围，包括：
[0112][0113]
其中，r
d
为隔离电阻；tt为雷电冲击电压或操作冲击电压的半峰值时间；c
d
为直流高压发生器滤波电容；h为直流高压发生器所能承受的最大冲击电压百分比；s为隔离电阻两端的直流分压比率；r
rcd
为阻容分压器的等效电阻。
[0114]
在本发明的实施方式中，隔离电阻r
d
的选择遵循以下原则：
[0115][0116]
其中，t
t
为半峰时间；c
d
为直流高压发生器滤波电容；h是直流电源承受的冲击电压百分比；s为隔离电阻两端的直流分压比率；r
rcd
为阻容分压器等效电阻。
[0117]
根据雷电冲击电压或操作冲击电压的半峰值时间t
t
、直流高压发生器滤波电容c
d
和直流高压发生器所能承受的最大冲击电压百分比h确定隔离电阻r
d
的下限值。根据特高压直流电缆所加直流电压所容许相对误差的最大值s和阻容分压器等效电阻r
rcd
确定隔离电阻的上限值。然后根据需求确定隔离电阻的阻值。例如，若隔离电阻应满足199.5kω≤r
d
≤5.079mω，则隔离电阻阻值可以选择为200kω。
[0118]
在步骤305，通过仿真获取隔直电容在不同取值下对应的特高压直流电缆叠加冲击试验装置的输出效率、隔直电容两端承受的第一冲击电压和隔离电阻承受的第二冲击电压，并根据所述输出效率、第一冲击电压和第二冲击电压，确定隔直电容的电容最优值。
[0119]
在本发明的实施方式中，将已确定的直流高压发生器的参数、冲击电压发生器的参数和选择的隔离电阻r
d
代入图1，根据形成的如图2所示的等效回路。对等效回路进行电路仿真，通过改变隔直电容c0的电容值大小，得到不同的隔直电容取值时直流叠加冲击试验装置的输出效率、隔直电容和隔离电阻两端承受的冲击电压的幅值，然后以输出效率、隔直电容应承受的冲击电压耐受水平和隔离电阻应承受的冲击电压耐受水平为约束条件，确定输出效率大且隔直电容两端承受的第一冲击电压和隔离电阻承受的第二冲击电压满足其应具备的冲击电压耐受水平的隔直电容的取值作为隔直电容取值的电容最优值。
[0120]
其中，输出效率用于对冲击电压发生器进行输出参数的调整，隔直电容和隔离电阻两端承受的冲击电压幅值用来确定其具备的冲击电压耐受水平。
[0121]
在步骤306，通过仿真获取隔直电容的取值为所述电容最优值时对应的特高压直流电缆叠加冲击试验装置的实际输出效率。
[0122]
在本发明的实施方式中，在确定选择的隔直电容c0时，应保证直流叠加冲击试验装置具有较大的输出效率，选定隔直电容值后，重新进行电路仿真，根据电路仿真结果即可确定实际输出效率、隔直电容和隔离电阻的冲击电压耐受水平。
[0123]
在步骤307，根据所述实际输出效率确定冲击电压发生器所需的第三耐受级数，并根据所述第三耐受级数确定冲击电压发生器的最终额定输出电压和最终标称容量。
[0124]
优选地，其中根据所述实际输出效率、特高压直流电缆的冲击电压耐受水平和冲击电压发生器的最大级电压确定冲击电压发生器所需的第三耐受级数，并根据所述第三耐受级数确定冲击电压发生器的最终额定输出电压和冲击电压发生器的最终标称容量，包括：
[0125]
u
额2
＝m
′
max
u
level
，
[0126]
u
标2
＝m
′
max
w
level
，
[0127][0128][0129]
其中，u
额2
为最终额定输出电压；u
标2
为最终标称容量；m
′
max
取第二耐受级数m2和第三级数m3中的较大者；u
level
为冲击电压发生器的最大级电压； w
level
为冲击电压发生器的单级电压；η为实际输出效率；u
oimp
为冲击电压发生器的第一标称输出电压；u’oimp
为冲击电压发生器的第二标称输出电压。
[0130]
在本发明的实施方式中，根据选取的隔直电容值对应的直流叠加冲击试验装置实际输出效率η，对冲击电压发生器的输出参数要求进行调整，调整后冲击电压发生器的额定输出电压u’oimp
为：通过公式计算可得到冲击电压发生器所需的级数n
’1，向上取整得到第三级数 m3；令m
′
max
等于m2和m3中较大者，作为调整后冲击电压发生器的级数，则冲击电压发生器的最终额定输出电压和最终标称容量分别为m
′
max
u
level
和 m
′
max
w
level
。
[0131]
以下具体举例说明本发明的实施方式
[0132]
本发明实施例提供的为800kv特高压直流电缆叠加冲击试验装置的参数确定方法，具体步骤包括：
[0133]
1)确定直流叠加冲击电压试验装置部分参数
[0134]
直流叠加冲击电压试验装置中各设备的参数如下：c1为0.182μf；充电电压u
imp
为1946kv；r
f
为17.78ω；r
t
为649ω；c
s
为2000pf；c
cd
为400pf；c0待定；c
t
待定；r
rcd
为1010.77mω；c
rcd
为293.1pf；r
d
待定；c
d
为0.05μf；r
d
为20.85kω；u0为800kv。
[0135]
2)确定电缆试样的参数
[0136]
800kv特高压直流电缆的相对介电常数ε为2.47，真空中的介电常数ε0为8.85
×
10
‑
12
f/m，绝缘层外径d
o
为144mm；绝缘层内径d
i
为64mm；电缆试样长度l为150m；电缆绝缘层电阻率ρ
i
为1
×
10
13
ωm。计算出 800kv特高压直流电缆试验样段的等效电容ct和等效电阻r分别为25.42 nf和374mω。冲击电压发生器回路设备对地杂散电容取2nf。冲击回路等效电容为274.2nf。
[0137]
根据直流电缆试验标准和所承受的过电压水平以及绝缘裕度确定特高压直流电缆的雷电冲击电压耐受水平u
imp
为1946kv。
[0138]
3)确定直流电压源(直流高压发生器)的参数
[0139]
800kv特高压直流电缆在叠加冲击试验中电缆导体对地之间的直流电压u0为800kv，直流高压发生器的额定输出电压u
d
应为880kv。1.1u0下直流电缆的绝缘层的径向泄漏电流i为13.5ma，加上室外雨雾等天气下直流电缆附件的泄漏电流10ma，直流高压发生器应能满足的最大输出电流为 23.5ma。
[0140]
4)确定冲击电压源(冲击电压发生器)的参数
[0141]
由于800kv直流电缆系统应承受的反极性雷电冲击电压耐受水平u
imp
为1946kv。因此冲击电压发生器输出电压幅值不应小于1946kv，考虑10％的输出裕度，冲击电压发生器的标称输出电压u
oimp
应不低于2141kv，标称容量w
n
不低于582kj。
[0142]
按照目前商用冲击电压发生器一般设置，级电容量最大2μf，级电压u
level
为200kv，单级能量w
level
为40kj。冲击电压发生器若要满足800kv 直流电缆冲击叠加试验电压和标称容量的要求，级数要求分别为m1：11级和m2：15级。因此冲击电压发生器的级数m
max
应为15级，其等效主电容为 0.182μf；额定电压为3000kv，标称容量为600kj。
[0143]
5)确定叠加试验装置隔离电阻的阻值
[0144]
当u
imp
％＝0.5％且当u0％＝0.5％时，隔离电阻应满足199.5kω≤r
d
≤5.079 mω。隔离电阻阻值选择为200kω。
[0145]
6)叠加试验装置输出效率、隔直电容和隔离电阻冲击电压耐受水平的仿真计算
[0146]
将步骤3)至5)中得到的直流高压发生器和冲击电压发生器与选择的隔离电阻r
d
代入图3，对等效回路进行电路仿真，改变隔直电容c0的电容值大小，得到电容值与直流叠加冲击试验装置的输出效率、隔直电容和隔离电阻两端承受的冲击电压的幅值的变化，分别如图5和图4所示。
[0147]
7)确定隔直电容值、隔直电容和隔离电阻冲击电压耐受水平
[0148]
隔直电容c0的电容量选择为1000nf，此时，直流叠加冲击电压试验装置的输出效率η为71％；根据电路仿真结果，隔直电容和隔离电阻的雷电冲击耐受水平一般不应低于直流叠加冲击试验的冲击电压要求值，即 1946kv。
[0149]
8)冲击电压发生器输出参数的调整
[0150]
隔直电容c0的电容量为1000nf时，直流叠加冲击试验装置实际输出效率η为71％，需要对冲击电压发生器的输出参数要求进行调整，调整后冲击电压发生器的额定输出电压u’oimp
为3016kv，此时，冲击电压发生器所需的级数m
′
max
为16，冲击电压发生器的额定电压和标称容量分别调整为 3200kv和640kj。
[0151]
本发明实施方式的特高压直流电缆叠加冲击试验装置的参数确定方法，通过对特高压直流电缆试验进行参数计算和对直流叠加冲击电压试验装置进行电路仿真，确定了特高压直流电缆直流电压叠加冲击试验装置中电压发生器和冲击
‑
直流电压隔离元件参数的选择依据，实现了冲击电压与直流电压的有效隔离，充分发挥了直流叠加冲击电压试验装置的输出效率，保证了电缆试样上冲击电压和直流电压的幅值满符合试验规定，满足特高压直流电缆进行直流叠加冲击电压试验时对试验装置的要求。
[0152]
图6为根据本发明实施方式的特高压直流电缆叠加冲击试验装置的参数确定系统600的结构示意图。如图6所示，本发明实施方式提供的特高压直流电缆叠加冲击试验装置的参数确定系统600，包括：电缆等效电容和电阻计算单元601、额定输出电压和最大输出电流确定单元602、初始额定输出电压和初始标称容量确定单元603、隔离电阻确定单元604、隔直电容确定单元605、实际输出效率确定单元606以及最终额定输出电压和最终标称容量确定单元607。其中，所述装置包括：隔直电容和冲击电压发生器串联后与特高压直流电缆并联，隔离电阻和直流高压发生器串联后与特高压直流电缆并联。
[0153]
优选地，所述电缆等效电容和电阻计算单元601，用于计算所述特高压直流电缆的等效电容和等效电阻。
[0154]
优选地，其中所述电缆等效电容和电阻计算单元601，计算所述特高压直流电缆的等效电容和等效电阻，包括：
[0155][0156][0157]
其中，c
t
为所述特高压直流电缆的等效电容；r为所述特高压直流电缆的等效电阻；ε为相对介电常数；ε0为真空中的介电常数；d
o
为电缆绝缘层的外径；d
i
为电缆绝缘层的内径；l为电缆的长度；ρ
i
为电缆绝缘层的电阻率。
[0158]
优选地，所述额定输出电压和最大输出电流确定单元602，用于确定直流高压发生
器的额定输出电压，并根据所述额定输出电压和所述等效电阻，确定直流高压发生器能满足的最大输出电流。
[0159]
优选地，其中所述额定输出电压和最大输出电流确定单元602，根据直流高压发生器的额定输出电压和所述特高压直流电缆的等效电阻，确定直流高压发生器能满足的最大输出电流，包括：
[0160]
i＝i+i0，
[0161][0162]
其中，i为直流高压发生器能满足的最大输出电流；i0为由于室外环境导致的直流电缆附件的泄漏电流；i为特高压直流电缆的绝缘层的径向泄漏电流；直流高压发生器的额定输出电压u
d
为(1+n)
×
u0；n为第一预设裕度阈值；u0为叠加冲击试验中特高压直流电缆的导体对地之间需施加的直流电压幅值；r为所述特高压直流电缆的等效电阻。
[0163]
优选地，所述初始额定输出电压和初始标称容量确定单元603，用于确定冲击电压发生器所需的第一耐受级数和第二耐受级数，并根据所述第一耐受级数和第二耐受级数确定冲击电压发生器的初始额定输出电压和初始标称容量。
[0164]
优选地，其中所述初始额定输出电压和初始标称容量确定单元603，根据特高压直流电缆的冲击电压耐受水平、特高压直流电缆的等效电容、杂散电容、冲击电压发生器的最大级电压和冲击电压发生器的单级电压，确定冲击电压发生器所需的第一耐受级数和第二耐受级数，并根据所述第一耐受级数和第二耐受级数确定冲击电压发生器的初始额定输出电压和初始标称容量，包括：
[0165]
u
额1
＝m
max
u
level
，
[0166]
u
标1
＝m
max
w
level
，
[0167][0168][0169]
u
oimp
＝(l+p)u
imp
，
[0170][0171]
其中，u
额1
为初始额定输出电压；u
标1
为初始标称容量；m
max
取第一耐受级数m1和第二耐受级数m2中的较大者；u
level
为冲击电压发生器的最大级电压；w
level
为冲击电压发生器的单级电压；u
oimp
为冲击电压发生器的第一标称输出电压；u
imp
为特高压直流电缆的冲击电压耐受水平；p为第二预设裕度阈值；w
n
为所需的标称容量；m为预设倍数；c
t
为所述特高压直流电缆的等效电容；c
s
为杂散电容。
[0172]
优选地，所述隔离电阻确定单元604，用于根据预设的约束条件确定隔离电阻的取
值范围，并根据所述隔离电阻的取值范围确定隔离电阻的取值。
[0173]
优选地，其中所述隔离电阻确定单元604，根据预设的约束条件确定隔离电阻的取值范围，包括：
[0174][0175]
其中，r
d
为隔离电阻；tt为雷电冲击电压或操作冲击电压的半峰值时间；c
d
为直流高压发生器滤波电容；h为直流高压发生器所能承受的最大冲击电压百分比；s为隔离电阻两端的直流分压比率；r
rcd
为阻容分压器的等效电阻。
[0176]
优选地，所述隔直电容确定单元605，用于通过仿真获取隔直电容在不同取值下对应的特高压直流电缆叠加冲击试验装置的输出效率、隔直电容两端承受的第一冲击电压和隔离电阻承受的第二冲击电压，并根据所述输出效率、第一冲击电压和第二冲击电压，确定隔直电容的电容最优值。
[0177]
优选地，所述实际输出效率确定单元606，用于通过仿真获取隔直电容的取值为所述电容最优值时对应的特高压直流电缆叠加冲击试验装置的实际输出效率。
[0178]
优选地，所述最终额定输出电压和最终标称容量确定单元607，用于根据所述实际输出效率确定冲击电压发生器所需的第三耐受级数，并根据所述第三耐受级数确定冲击电压发生器的最终额定输出电压和最终标称容量。
[0179]
优选地，其中所述最终额定输出电压和最终标称容量确定单元607，根据所述实际输出效率、特高压直流电缆的冲击电压耐受水平和冲击电压发生器的最大级电压确定冲击电压发生器所需的第三耐受级数，并根据所述第三耐受级数确定冲击电压发生器的最终额定输出电压和冲击电压发生器的最终标称容量，包括：
[0180]
u
额2
＝m
′
max
u
level
，
[0181]
u
标2
＝m
′
max
w
level
，
[0182][0183][0184]
其中，u
额2
为最终额定输出电压；u
标2
为最终标称容量；m
′
max
取第二耐受级数m2和第三级数m3中的较大者；u
level
为冲击电压发生器的最大级电压； w
level
为冲击电压发生器的单级电压；η为实际输出效率；u
oimp
为冲击电压发生器的第一标称输出电压；u’oimp
为冲击电压发生器的第二标称输出电压。
[0185]
本发明的实施例的特高压直流电缆叠加冲击试验装置的参数确定系统 600与本发明的另一个实施例的特高压直流电缆叠加冲击试验装置的参数确定方法100相对应，在此不再赘述。
[0186]
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的
范围内。
[0187]
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该 [装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
[0188]
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0189]
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0190]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0191]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0192]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。