CN104297646A - 高压直流电缆负荷循环试验绝缘温度梯度控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及XLPE绝缘高压直流电缆负荷循环试验温度梯度控制方法及系统。本发明通过控制模拟回路中电缆的线芯电流和周围媒介温度，使电缆线芯温度和绝缘屏蔽层温度达到预定值；再以模拟回路为参考，调节试验回路中电缆的线芯电流和周围媒介温度与模拟回路相同。此时认为试验回路中电缆线芯温度和绝缘屏蔽层温度与模拟回路中相同，同样达到预定值。此方法可以有效控制全尺寸XLPE绝缘高压直流电缆在负荷循环试验期间的电缆线芯温度和绝缘屏蔽层温度，进而在XLPE绝缘上形成稳定可控的温度梯度，满足对XLPE绝缘高压直流电缆绝缘性能的研究需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压直流电缆负荷循环试验绝缘温度梯度控制方法。本发明还涉及专用于所述方法的高压直流电缆负荷循环试验绝缘温度梯度控制系统。
背景技术
高压直流输电线路中采用的XLPE绝缘高压直流电缆，具有体积小、传输容量大、绝缘水平高、维护成本低、对环境影响小等一系列优点，已经在陆地和海底的一些输电线路示范或实际工程中得到了应用。但是目前对这种高压直流电缆的长期运行情况、老化过程等方面的系统研究还不够完善。
高压直流电缆主绝缘所承受的温度梯度对于其绝缘状态和使用寿命都有着直接的影响，特别对于XLPE绝缘高压直流电缆来说，在直流电压下，(1)XLPE绝缘中的电场分布与其绝缘电导率有关，而电导率是温度的函数；(2)XLPE绝缘高压直流电缆在运行中会有空间电荷的累积。研究表明，空间电荷的累积程度与XLPE绝缘承受的温度梯度有着直接的关系。因此，在研究XLPE绝缘高压直流电缆的绝缘性能时，需要把电缆XLPE绝缘控制在恒定的温度梯度下，以准确掌握空间电荷积累、绝缘老化等与温度梯度之间的关系，进而为XLPE绝缘高压直流电缆的研发提供技术支撑。综上所述，温度控制对于XLPE绝缘高压直流电缆绝缘性能的研究是十分重要的。
目前关于高压直流电缆负荷循环试验绝缘温度梯度控制方法，只对电缆线芯温度进行控制，还没有一种对电缆外表面温度进行准确控制的方法，不能在XLPE绝缘上形成稳定可控的温度梯度。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种高压直流电缆负荷循环试验绝缘温度梯度控制方法。
本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供一种专用于上述方法的高压直流电缆负荷循环试验绝缘温度梯度控制系统。
采用本方法和系统，可同时准确控制XLPE绝缘高压直流电缆线芯温度与外表面温度，进而在XLPE绝缘上形成稳定可控的温度梯度。
解决上述第一个技术问题，本发明采用以下的技术方案：
S1，将XLPE绝缘高压直流电缆、接头和终端连接成勺形闭合回路，称为试验回路；
S2，将与试验回路电缆的型号和生产批次相同XLPE绝缘高压直流电缆连接成U形闭合回路，称为模拟回路；
S3，在试验回路电缆上施加试验电压，模拟回路电缆上不施加试验电压；
S4，高压直流电缆负荷循环试验绝缘温度梯度控制，包括对模拟回路和试验回路电缆线芯电流控制和周围媒介温度控制，具体包含以下子步骤：
S4-1，用升流装置为试验回路与模拟回路中的XLPE绝缘高压直流电缆通以电流；
S4-2，在模拟回路中，测量电缆线芯电流、线芯温度、绝缘屏蔽层温度、电缆外表面温度和电缆周围媒介温度；
S4-3，在模拟回路中，持续调节电缆线芯电流和电缆周围媒介温度，直至电缆线芯温度和绝缘屏蔽层温度达到预定值，记录此时电缆线芯电流和电缆周围媒介温度；
S4-4，在试验回路中，测量电缆线芯电流、电缆外表面温度和电缆周围媒介温度；
S4-5，在试验回路中，持续调节电缆线芯电流和电缆周围媒介温度，直至与模拟回路中相同，此时认为试验回路中电缆线芯温度和绝缘屏蔽层温度与模拟回路中相同，同样达到预定值，从而在试验回路中电缆XLPE绝缘上形成稳定可控的温度梯度。
所述的勺形为：电缆从中部折返呈平行两段，电缆两端与终端相连接并水平对齐，折返部分通过半径大于电缆最小弯曲半径的圆弧过渡，折返部分的一端与过渡圆弧相切，俯视呈勺形；
所述的U形为：电缆从中部折返呈平行两段，电缆两端与终端相连接并水平对齐，折返部分通过半径等于电缆最小弯曲半径的圆弧过渡，折返部分的两端与过渡圆弧相切，俯视呈睡倒的U形。
解决上述第二个技术问题，本发明采用以下的技术方案：
一种专用于上述方法的高压直流电缆负荷循环试验绝缘温度梯度控制系统，其特征是包括：
一将XLPE绝缘高压直流电缆、接头和终端连接成的勺形闭合回路，称为试验回路；
一将与试验回路电缆的型号和生产批次相同的XLPE绝缘高压直流电缆连接成的U形闭合回路，称为模拟回路；
所述的试验回路和模拟回路均包括水温控制单元、升流单元和测量控制单元；
所述的升流单元包括：升流装置、调压装置、无功补偿装置；升流装置一般指的是升流器，升流器中间有一个开口，电缆通过开口穿过升流器，调压器是调整升流器功率的装置，与升流器相连，无功补偿装置对升流器进行无功补偿，也与升流器相连。这种连接方式为多年实践成熟的现有技术。
所述的测量控制单元包括分别与系统控制台有控制线连接的温度测量装置、电流测量装置；
所述的水温控制单元包括：剖面形状为U形的U形水槽，试验回路的U形水槽布置同试验回路电缆，为勺形；模拟回路的U形水槽布置同模拟回路电缆，为U形；在U形水槽内按照一定的间隔设有若干马鞍形支架，电缆沿轴线布置在水槽中心位置，由马鞍形支架支撑；在U形水槽底部按照一定的间隔开有若干个进水口，孔径大的总进水管由进水口进入U形水槽内，与U形水槽内沿轴线布置的孔径小的分布式进水管相连接；分布式进水管上按照一定的间隔开有若干个小孔，用于水流均匀地进入U形水槽内；在U形水槽两侧的上方按照一定的间隔开有若干个出水口，孔径小的分布式出水管由出水口伸出U形水槽外，与布置在U形水槽外侧下方的孔径大的总出水管相连接；总进水管和总出水管均与水温处理器相连接，形成水循环回路；
所述的测量控制单元的温度测量装置布置在模拟回路的电缆线芯、绝缘屏蔽层、电缆外表面和U形水槽水中，以及试验回路的电缆外表面和U形水槽水中。
所述的U形水槽按照一定长度分为若干节，每节U形水槽的两端设有法兰，用于两节U形水槽之间的连接。
有益效果：本方法可以有效控制全尺寸XLPE绝缘高压直流电缆在负荷循环试验期间的电缆线芯温度和绝缘屏蔽层温度，进而在XLPE绝缘上形成稳定可控的温度梯度，满足对XLPE绝缘高压直流电缆绝缘性能的研究需求。
附图说明
图1是本发明的XLPE绝缘高压直流电缆的横截面示意图；
图2是本发明的高压直流电缆负荷循环试验绝缘温度梯度控制方法示意图；
图3是本发明的系统组成示意图；
图4是本发明的模拟回路勺形形状示意图；
图5是本发明的U形水槽剖面示意图；
图中的附图标记表示如下：1-线芯，2-导体屏蔽层，3-XLPE绝缘层，4-绝缘屏蔽层，5-半导电阻水层，6-金属护套层，7-外护套层；
10-试验回路，20-模拟回路，I-试验回路电缆线芯电流，T1-试验回路电缆线芯温度，T2-试验回路电缆绝缘屏蔽层温度，T3-试验回路电缆外表面温度，T4-试验回路电缆周围媒介温度，ΔT-试验回路电缆XLPE绝缘温度梯度，I’-模拟回路电缆线芯电流，T1’-模拟回路电缆线芯温度，T2’-模拟回路电缆绝缘屏蔽层温度，T3’-模拟回路电缆外表面温度，T4’-模拟回路电缆周围媒介温度，ΔT’-模拟回路电缆XLPE绝缘温度梯度；
H-系统，A-水温控制单元，B-升流单元，C-测量控制单元，A1-U形水槽，A2-进出水管，A3-水温处理器，B1-升流装置，B2-调压装置，B3-无功补偿装置，C1-温度测量装置，C2-电流测量装置，C3-系统控制台；
K1-XLPE绝缘高压直流电缆，K2-U形水槽，K3-电缆终端；
Q1-U形水槽壁，Q2-法兰，Q3-马鞍形支架，Q4-进水口，Q5-总进水管，Q6-分布式进水管，Q7-出水口，Q8-分布式出水管，Q9-总出水管。
具体实施方式
以下结合具体的实施示例，对本发明的高压直流电缆负荷循环试验绝缘温度梯度控制方法进行详细说明。
如图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明的高压直流电缆负荷循环试验绝缘温度梯度控制方法实施例，包括以下步骤：
S1，将XLPE绝缘高压直流电缆、接头和终端连接成勺形闭合回路，称为试验回路10；
所述的勺形为：电缆从中部折返呈平行两段，电缆两端与终端相连接并水平对齐，折返部分通过半径大于电缆最小弯曲半径的圆弧过渡，折返部分的一端与过渡圆弧相切，俯视呈勺形；
S2，将与试验回路电缆的型号和生产批次相同XLPE绝缘高压直流电缆连接成U形闭合回路，称为模拟回路20；
所述的U形为：电缆从中部折返呈平行两段，电缆两端与终端相连接并水平对齐，折返部分通过半径等于电缆最小弯曲半径的圆弧过渡，折返部分的两端与过渡圆弧相切，俯视呈睡倒的U形；
S3，在试验回路电缆上施加试验电压，模拟回路电缆上不施加试验电压；
S4，高压直流电缆负荷循环试验绝缘温度梯度控制，包括对模拟回路和试验回路电缆线芯电流控制和周围媒介温度控制，具体包含以下子步骤：
S4-1，用升流装置为试验回路与模拟回路中的XLPE绝缘高压直流电缆通以电流；
S4-2，在模拟回路中，测量电缆线芯电流、线芯温度、绝缘屏蔽层温度、电缆外表面温度和电缆周围媒介温度；
S4-3，在模拟回路中，持续调节电缆线芯电流和电缆周围媒介温度，直至电缆线芯温度和绝缘屏蔽层温度达到预定值，记录此时电缆线芯电流和电缆周围媒介温度；
S4-4，在试验回路中，测量电缆线芯电流、电缆外表面温度和电缆周围媒介温度；
S4-5，在试验回路中，持续调节电缆线芯电流和电缆周围媒介温度，直至与模拟回路中相同，此时认为试验回路中电缆线芯温度和绝缘屏蔽层温度与模拟回路中相同，同样达到预定值，从而在试验回路中电缆XLPE绝缘上形成稳定可控的温度梯度。
本发明利用以下所述系统来实现上述方法：
一种专用于上述方法的高压直流电缆负荷循环试验绝缘温度梯度控制系统，包括：
一将XLPE绝缘高压直流电缆K1、接头和终端K3连接成的勺形闭合回路，称为试验回路；
一将与试验回路电缆的型号和生产批次相同的XLPE绝缘高压直流电缆连接成的U形闭合回路，称为模拟回路；
所述的试验回路和模拟回路均包括水温控制单元A、升流单元B和测量控制单元C；
所述的升流单元B包括：升流装置B1、调压装置B2、无功补偿装置B3；升流装置指的是升流器，升流器中间有一个开口，电缆通过开口穿过升流器，调压器是调整升流器功率的装置，与升流器相连，无功补偿装置对升流器进行无功补偿，也与升流器相连。这种连接方式为多年实践成熟的现有技术。
所述的测量控制单元C包括分别与系统控制台C3有控制线连接的温度测量装置C1、电流测量装置C2；
所述的水温控制单元A包括：剖面形状为U形的U形水槽A1，U形水槽按照一定长度分为若干节，每节U形水槽的两端设有法兰Q2，用于两节U形水槽之间的连接。
试验回路的U形水槽布置同试验回路电缆，为勺形；模拟回路的U形水槽布置同模拟回路电缆，为U形；在U形水槽内按照一定的间隔设有若干马鞍形支架Q3，电缆K1沿轴线布置在水槽中心位置，由马鞍形支架支撑；在U形水槽底部按照一定的间隔开有若干个进水口Q4，孔径大的总进水管Q5由进水口进入U形水槽内，与U形水槽内沿轴线布置的孔径小的分布式进水管Q6相连接；分布式进水管Q6上按照一定的间隔开有若干个小孔，用于水流均匀地进入U形水槽内；在U形水槽两侧的水槽壁Q1上方按照一定的间隔开有若干个出水口Q7，孔径小的分布式出水管Q8由出水口伸出U形水槽外，与布置在U形水槽外侧下方的孔径大的总出水管Q9相连接；总进水管和总出水管均与水温处理器A3相连接，形成水循环回路；
所述的测量控制单元的温度测量装置布置在模拟回路的电缆线芯、绝缘屏蔽层、电缆外表面和U形水槽水中，以及试验回路的电缆外表面和U形水槽水中。
Claims (4)
1.一种高压直流电缆负荷循环试验绝缘温度梯度控制方法，其特征是包括以下步骤：
S1，将XLPE绝缘高压直流电缆、接头和终端连接成勺形闭合回路，称为试验回路；
S2，将与试验回路电缆的型号和生产批次相同XLPE绝缘高压直流电缆连接成U形闭合回路，称为模拟回路；
S3，在试验回路电缆上施加试验电压，模拟回路电缆上不施加试验电压；
S4，高压直流电缆负荷循环试验绝缘温度梯度控制，包括对模拟回路和试验回路电缆线芯电流控制和周围媒介温度控制，具体包含以下子步骤：
S4-1，用升流装置为试验回路与模拟回路中的XLPE绝缘高压直流电缆通以电流；
S4-2，在模拟回路中，测量电缆线芯电流、线芯温度、绝缘屏蔽层温度、电缆外表面温度和电缆周围媒介温度；
S4-3，在模拟回路中，持续调节电缆线芯电流和电缆周围媒介温度，直至电缆线芯温度和绝缘屏蔽层温度达到预定值，记录此时电缆线芯电流和电缆周围媒介温度；
S4-4，在试验回路中，测量电缆线芯电流、电缆外表面温度和电缆周围媒介温度；
S4-5，在试验回路中，持续调节电缆线芯电流和电缆周围媒介温度，直至与模拟回路中相同，此时认为试验回路中电缆线芯温度和绝缘屏蔽层温度与模拟回路中相同，同样达到预定值，从而在试验回路中电缆XLPE绝缘上形成稳定可控的温度梯度。
2.根据权利要求1所述的高压直流电缆负荷循环试验绝缘温度梯度控制方法，其特征是：所述的步骤S1中：
所述的勺形为：电缆从中部折返呈平行两段，电缆两端与终端相连接并水平对齐，折返部分通过半径大于电缆最小弯曲半径的圆弧过渡，折返部分的一端与过渡圆弧相切，俯视呈勺形；
所述的U形为：电缆从中部折返呈平行两段，电缆两端与终端相连接并水平对齐，折返部分通过半径等于电缆最小弯曲半径的圆弧过渡，折返部分的两端与过渡圆弧相切，俯视呈睡倒的U形。
3.一种高压直流电缆负荷循环试验绝缘温度梯度控制系统，其特征是包括：
一将XLPE绝缘高压直流电缆、接头和终端连接成的勺形闭合回路，称为试验回路；
一将与试验回路电缆的型号和生产批次相同的XLPE绝缘高压直流电缆连接成的U形闭合回路，称为模拟回路；
所述的试验回路和模拟回路均包括水温控制单元和测量控制单元：
水温控制单元含：剖面形状为U形的U形水槽，试验回路的U形水槽布置为勺形；模拟回路的U形水槽布置为U形；U形水槽内设有若干马鞍形支架；U形水槽底部开有若干进水口，总进水管由进水口进入并与U形水槽内沿轴线布置的分布式进水管相连接；分布式进水管上开有若干小孔；U形水槽两侧的上方开有若干出水口，分布式出水管由出水口伸出U形水槽外，与布置在U形水槽外侧下方的孔径大的总出水管相连接；总进水管和总出水管均与水温处理器相连接，形成水循环回路；
测量控制单元含分别与系统控制台有控制线连接的温度测量装置、电流测量装置，温度测量装置布置在模拟回路的电缆线芯、绝缘屏蔽层、电缆外表面和U形水槽水中，以及试验回路的电缆外表面和U形水槽水中。
4.根据权利要求3所述的高压直流电缆负荷循环试验绝缘温度梯度控制系统，其特征是：所述的U形水槽按照一定长度分为若干节，每节U形水槽的两端设有法兰，用于两节U形水槽之间的连接。
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