CN113253068A - 一种大长度高压电缆直流耐压试验后放电方法 - Google Patents

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胡明
吕泽鹏
刘宇
胡德芳
张洪亮
于洪淼
严彦
吴锴
封建宝
刘涛
褚海军
梅睿
王政钧
高铭志
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Abstract

本发明公开了一种大长度高压电缆直流耐压试验后放电方法，大长度高压电缆直流耐压试验后依次采用三种放电方式组合放电。首先利用电缆绝缘层电阻和直流发生器本体电阻放电，将电压降至直流试验电压的1/2以下；再采用大功率放电电阻放电，将电压降至5kV以下；再采用接地导线放电。大功率放电电阻为n节电阻串联，每1节电阻均通过放电开关接地。第1节电阻与电缆导体连接，大功率放电电阻接入放电回路前所有开关均断开。放电时首先接通第n节电阻开关，通过所有串联电阻放电。随着电压降低逐步接通第n‑1、n‑2……1节，减小放电电阻的阻值，加快放电速度。该发明解决了大长度电缆直流耐压后放电风险大、放电时间长的问题。

Description

一种大长度高压电缆直流耐压试验后放电方法
技术领域
本发明属于大长电缆直流耐压后放电方法，特别是涉及到大长度高压直流海缆出厂试验和竣工验收试验后放电方法。
背景技术
随着海上风电资源开发利用，风电场建设逐渐向远海发展。由于远距离交流输电技术存在稳定性不足等一系列无法克服的缺陷，柔性直流输电技术在远距离、大容量输电中得到快速发展，因此近些年来高压直流海缆得到广泛关注。直流海缆出厂试验和竣工验收都要进行直流耐压试验，直流耐压试验是直流海缆产品的一项重要检测项目。对于一些大长度的交流电缆由于耐压设备无法满足试验电缆容量的需求也需要采用直流耐压方式检验产品性能。
电缆是一种容性电气产品，并随着长度的增加电容逐渐增大，在直流耐压试验后电缆内存储大量电荷，直流耐压完毕后需要将电缆内存储的电荷释放，如不进行放电或放电不彻底将会危及人身或设备安全。
目前一般采用放电棒放电，待通过电缆绝缘电阻和直流发生器本体电阻放电，电压缓慢降低至20-30kV时，通过操作人员手握放电棒的绝缘杆接近电缆导体放电，放电时间长而且在放电瞬间常发生放电棒被炸的现象，对人身和设备的安全造成威胁。此外放电棒接触电缆导体放电前，需要电压缓慢降低到安全电压以下，即增加了电缆的耐压时间，易于对电缆绝缘产生损伤。
因此对于高压大长度电缆直流耐压后采用放电棒的方法已不能满足试验要求。
发明内容
针对大长高压电缆直流耐压试验后放电存在的问题，本发明的目的在于提供一种大长度高压电缆直流耐压试验后依次采用三种组合放电方法，该方法放电时间短、放电效率更高、安全可靠性更好。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种基于多种放电方式组合的放电方法，包括以下步骤：
一种大长度高压电缆直流耐压试验后放电方法，其特征在于，包括：
利用电缆绝缘层电阻和直流发生器本体电阻对直流耐压试验后的大长度高压电缆放电，计算随时间变化的电缆电压U，将电压降至直流试验电压的1/2；
再采用大功率放电电阻放电，大功率放电电阻为n节电阻串联，每1节电阻均通过放电开关接地，将电压降至5kV以下；
再采用接地导线放电；
对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：
优选的，利用电缆绝缘层电阻放电为电缆绝缘层与其外侧的电缆金属屏蔽层电气导通，电缆金属屏蔽层接地。
优选的，利用直流发生器本体电阻放电为直流发生器本体电阻一端与电缆导体接触，另一端接地。
优选的，所述大功率放电电阻为n节电阻串联，每1节电阻均通过放电开关接地。
优选的，所述采用大功率放电电阻放电，第1节电阻与电缆导体连接，大功率放电电阻接入放电回路前所有放电开关均断开，放电时首先接通第n节电阻开关，通过所有串联电阻放电；随着电压降低逐步接通第n、n-1、n-2·····1节。
优选的，直流发生器本体电阻阻值为1500MΩ；2-4节大功率放电电阻阻值为分别为4MΩ、3MΩ、2MΩ和1MΩ。
优选的，放电过程中随时间变化的电缆电压U由下式得到：
Figure BDA0003065240380000031
τ＝RC
式中，U0为电缆放电初始电压；R为电缆放电电阻；C为电缆电容；t为电缆放电时间；τ为电缆放电时间常数；电缆电容C由下式计算得到：
Figure BDA0003065240380000032
C为电缆电容；εr为绝缘材料的相对介电常数；l为单根电缆长度；r1为电缆绝缘层外径；r2为电缆绝缘层内径。
本发明上述方法采用的大长度高压电缆直流耐压试验后放电电路，包括并联连接的大长度高压电缆电阻和直流发生器本体电阻，并联节点一端接直流电源，另一端接2-4节串联的大功率放电电阻；2-4节串联的大功率放电电阻各节电阻并联连接一个大功率放电开关，大功率放电开关接地。
上述方法采用的大长度高压电缆，包括导体和导体外依次包覆的导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、半导电阻水层、金属屏蔽层、护套层、光纤保护填充层、光单元、内衬层、铠装层和外被层。
本发明的有益效果体现在：
1.高压电缆直流耐压740kV电压后，需电缆绝缘放电需将电压降至20kV-30kV之间才可以采用通用的放电棒放电，而大功率放电电阻能够承受更高的电压，电缆放电至电压降至250kV-350kV之间，即可接入大功率放电电阻放电。相比通用的放电方式采用大功率放电电阻可以更快的接触电缆放电，有效缩短放电时间，减小直流耐压试验对电缆绝缘的损伤。
2.大功率放电电阻可以在电缆电压较高的情况与电缆接触，而不会产生过电压，可有效地保护电缆不受过电压影响，同时也可保证设备的安全。
3.大功率放电电阻采用多节电阻串联放电，通过控制放电开关控制接如放电回路电阻的数量，随着电缆放电过程中的电压降低逐步减少放电电阻数量，即减小了放电电阻的阻值。放电速度与电阻值成正比，通过调节放电电阻阻值，实现快速放电的功能。
4.通过远程控制放电开关，避免操作人员手握绝缘杆接触带有高压的电缆导体，确保操作人的人身安全。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为高压电缆结构示意图；
图中：1、导体；2、导体屏蔽层；3、绝缘层；4、绝缘屏蔽层；5、半导电阻水层；6、金属屏蔽层；7、护套层；8、光纤保护填充层；9、光单元；10、内垫层；11、铠装层；12、外被层。
图2为本发明应用于高压电缆直流耐压试验后放电电路示意图；
图中：Rx、电缆绝缘电阻；R0、直流发生器本体电阻；R1、第一节大功率放电电阻；R2、第二节大功率放电电阻；R3、第三节大功率放电电阻；K1、第一节大功率放电开关；K2、第二节大功率放电开关；K3、第三节大功率放电开关。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
请参考图1，本发明中采用电缆试品为±400kV高压直流交联聚乙烯绝缘海缆，其结构包括：导体1，和导体外依次包覆的导体屏蔽层2、绝缘层3、绝缘屏蔽层4、半导电阻水层5、金属屏蔽层6、护套层7、光纤保护填充层8、光单元9、内垫层10、铠装层11和外被层12。
采用如下方法对上述电缆进线放电，包括：
S1，电缆参数计算如下：
电缆电容C可由公式(1)计算得到
Figure BDA0003065240380000051
C为电缆电容，F；εr为绝缘材料的相对介电常数(XLPE相对介电常数2.3)；l为单根电缆长度，m；r1为电缆绝缘层外径，m；r2为电缆绝缘层内径，m。计算的电缆电容C为0.186μF/km。
电缆绝缘电阻可由公式(2)得到：
Figure BDA0003065240380000052
Rx为电缆绝缘电阻，Ω；ρ为电缆绝缘材料体积电阻率，Ω·m(交联聚乙烯绝缘体积电阻率取1015Ω·m)；l为单根电缆长度，m；r1为电缆绝缘层外径，m；r2为电缆绝缘层内径，m。计算的电缆绝缘电阻Rx为1.093×105MΩ/km。
电缆内积累的电荷可由公式(3)得到：
Q＝CU (3)
Q为电缆内积累的电荷，C；U为电缆电压，V。
放电过程中电缆电压U随时间的变化可由公式(4)得到：
Figure BDA0003065240380000061
τ＝RC (5)
U0为电缆放电初始电压，V；R为电缆放电电阻，Ω；t为电缆放电时间，s；τ为电缆放电时间常数，s。
在400kV高压直流交联聚乙烯绝缘海缆产品出厂试验时，在电缆上施加-740kV电压并保持电压1h，然后采用本发明放电方法进行放电。
如图2所示，采用组合放电电路放电：将大长度高压电缆电阻Rx直流发生器本体电阻R0并联，并联节点一端接直流电源，另一端接2-3节串联的大功率放电电阻R1、R2、R3。2-3节串联的大功率放电电阻各节电阻并联连接一个大功率放电开关K1、K2、K3，大功率放电开关接地。
依次采用三种放电方式组合放电：
首先利用电缆绝缘层电阻Rx和直流发生器本体电阻R0放电并联放电，然后依次闭合放电开关K3、K2、K1采用大功率放电电阻放电，并逐步减小大功率放电电阻，最后再采用接地导线放电。电缆绝缘层电阻放电为电缆绝缘层3与其外侧电缆金属屏蔽层6电气导通，电缆金属屏蔽层6接地；利用直流发生器本体电阻放电为直流发生器本体电阻R0一端与电缆导体1接触，而另一端接地，直流发生器本体电阻值为1500MΩ，电缆绝缘层电阻Rx和直流发生器本体电阻R0并联接入放电回路。将电压降至250kV-350kV后，采用大功率放电电阻接入放电回路。大功率放电电阻采用3节R1、R2、R3电阻串联，电阻值分别为1MΩ、2MΩ和3MΩ，大功率放电电阻的电阻值明显低于电缆绝缘层电阻和直流发生器本体电阻，当大功率放电电阻接触放电回路后，主要通过大功率放电电阻放电，电缆绝缘层电阻和直流发生器本体电阻几乎不再起放电作用。利用大功率放电电阻放电首先接通放电电阻K3，随着电压降低逐步导通放电开关K2和K1，缩短放电时间。利用大功率放电电阻放电将电压降至5kV以下时，再采用接地导线放电，完成整个放电操作。
根据放电试品的电压和电容大小，灵活的选择接入放电回路中大功率放电电阻的数量，可全部接入放电回路也可部分接入放电回路。
下面表1给出本发明实施例放电数据测试结果。
表1实施例放电数据：
Figure BDA0003065240380000071
从以上实施例可以看出，采用本发明的放电方法，24km和75km两个长度的400kV高压直流交联聚乙烯绝缘海缆样品在出厂试验后放电时间分别为9min和39min。而采用放电棒放电则分别需要4.5h和9.2h，所以采用本发明的放电方法可极大的缩短了放电时间。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种大长度高压电缆直流耐压试验后放电方法，其特征在于，包括：
利用电缆绝缘层电阻和直流发生器本体电阻对直流耐压试验后的大长度高压电缆放电，将电压降至直流试验电压的1/2以下；
再采用大功率放电电阻放电，大功率放电电阻为n节电阻串联，每1节电阻均通过放电开关接地，将电压降至5kV以下；
再采用接地导线放电。
2.根据权利要求1所述的一种大长度高压电缆直流耐压试验后放电方法，其特征在于，利用电缆绝缘层电阻放电为电缆绝缘层与其外侧的电缆金属屏蔽层电气导通，电缆金属屏蔽层接地。
3.根据权利要求1所述的一种大长度高压电缆直流耐压试验后放电方法，其特征在于，利用直流发生器本体电阻放电为直流发生器本体电阻一端与电缆导体接触，另一端接地。
4.根据权利要求1所述的一种大长度高压电缆直流耐压试验后放电方法，其特征在于，所述采用大功率放电电阻放电，放电回路第1节电阻与电缆导体连接，大功率放电电阻接入放电回路前所有放电开关均断开，放电时首先接通第n节电阻开关，通过所有串联电阻放电；随着电压降低逐步接通第n、n-1、n-2·····1节。
5.根据权利要求4所述的一种大长度高压电缆直流耐压试验后放电方法，其特征在于，2-4节大功率放电电阻阻值为分别为4MΩ、3MΩ、2MΩ和1MΩ。
6.根据权利要求1所述的一种大长度高压电缆直流耐压试验后放电方法，其特征在于，放电过程中随时间变化的电缆电压U由下式得到：
Figure FDA0003065240370000011
τ＝RC
式中，U0为电缆放电初始电压；R为电缆放电电阻；C为电缆电容；t为电缆放电时间；τ为电缆放电时间常数。
7.根据权利要求6所述的一种大长度高压电缆直流耐压试验后放电方法，其特征在于，电缆电容C由下式计算得到：
Figure FDA0003065240370000021
C为电缆电容；εr为绝缘材料的相对介电常数；l为单根电缆长度；r1为电缆绝缘层外径；r2为电缆绝缘层内径。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述方法采用的大长度高压电缆直流耐压试验后放电电路，其特征在于，包括并联连接的大长度高压电缆电阻和直流发生器本体电阻，并联节点一端接直流电源，另一端接2-4节串联的大功率放电电阻；2-4节串联的大功率放电电阻各节电阻并联连接一个大功率放电开关，大功率放电开关接地。
9.一种基于权利要求1-7任一项所述方法采用的大长度高压电缆，其特征在于，包括导体和导体外依次包覆的导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、半导电阻水层、金属屏蔽层、护套层、光纤保护填充层、光单元、内衬层、铠装层和外被层。
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