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制造方法及图纸

本发明专利技术公开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，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；本发明专利技术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

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术涉及电力电缆设备绝缘性能检测
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]本专利技术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。
[0005]为了解决上述问题，根据本专利技术的一个方面，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：
[0006]计算特高压直流电缆的等效电容和等效电阻；
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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；
[0011]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；
[0012]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。
[0013]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
′
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种特高压直流电缆叠加冲击试验装置的参数确定方法，其特征在于，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：计算特高压直流电缆的等效电容和等效电阻；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；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；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；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；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；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。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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：和等效电阻，包括：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；do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。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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：I＝i+i0，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。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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：U
额1
＝m
max
U
level
，，，U
oimp
＝(1+P)U
Imp
，其中，U
额1
为初始额定输出电压；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。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设的约束条件确定隔离电阻的取值范围，包括：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。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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：U
额2
＝m
′
max
U
level
，U
标2
＝m
′
max
W
level
，
其中，U
额2
为最终额定输出电压；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。7.一种特高压直流电缆叠加冲击试验装置的参数确定系统，其特征在于，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：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...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宗喜，欧阳本红，陈铮铮，赵鹏，刘松华，王昱力，王格，李红雷，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：