海缆耐压试验护层末端接地状况检测方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910259944.3 (22)申请日 2019.04.02 (71)申请人 河海大学 地址 210000 江苏省南京市鼓楼区西康路1 号 (72)发明人 潘文霞孙凯谢晨李烨 (74)专利代理机构 南京纵横知识产权代理有限 公司 32224 代理人 董建林 (51)Int.Cl. G01R 31/02(2006.01) G01R 31/12(2006.01) (54)发明名称 一种海缆耐压试验护层末端接地状况检测 方法 (57)摘要 本发明公开了一种海缆耐压试验护层末端 接。

2、地状况检测方法， 将海缆耐压试验边界条件带 入构建的海缆首末端电压电流关系式， 获取海缆 护层末端接地电阻计算公式， 根据海缆护层首端 电流和海缆结构参数和材料参数， 使用海缆护层 末端接地电阻计算公式获取海缆护层末端接地 电阻， 对比获取的海缆护层末端接地电阻和海缆 护层末端安全接地电阻， 获取海缆耐压试验护层 末端接地状况； 不需要试验人员在海缆护层末端 进行检测， 根据发明提供的方案实现从首端对海 缆护层末端的接地状况进行判断， 方法简单， 为 保证海缆耐压试验的顺利进行提供了指导。 权利要求书2页 说明书7页 附图1页 CN 109959839 A 2019.07.02 CN 1099。

3、59839 A 1.一种海缆耐压试验护层末端接地状况检测方法， 其特征在于， 所述方法包括： 根据计及海缆护层分布参数等效电路， 获取海缆首末端电压电流关系式； 将海缆耐压 试验边界条件代入海缆首末端电压电流关系式， 获取海缆护层末端对地电压和海缆护层末 端电流计算公式； 根据海缆护层末端对地电压和海缆护层末端电流计算公式， 获取海缆护层末端接地电 阻计算公式； 根据海缆护层首端电流和海缆结构参数和材料参数， 使用海缆护层末端接地 电阻计算公式获取海缆护层末端接地电阻Rd； 对比获取的海缆护层末端接地电阻Rd和海缆护层末端安全接地电阻Rf， 获取海缆耐压 试验护层末端接地状况： 若RdRf， 。

4、海缆护层末端接地良好； 若RdRf， 海缆护层末端接地不 良。 2.根据权利要求1所述的海缆耐压试验护层末端接地状况检测方法， 其特征在于， 所述 海缆末端安全接地电阻Rf为： 当海缆护层末端对地电压达到最大安全电压时所对应的海缆 护层末端接地电阻。 3.根据权利要求1所述的海缆耐压试验护层末端接地状况检测方法， 其特征在于， 所述 获取海缆首末端电压电流关系式的方法包括： 根据计及海缆护层分布参数等效电路， 列出基尔霍夫方程组； 对基尔霍夫方程组的两边取拉普拉斯变换， 获取第一方程组并对第一方程组求解， 根 据第一方程组的解和拉普拉斯反变换， 获取海缆首末端电压电流关系式。 4.根据权利要求。

5、3所述的海缆耐压试验护层末端接地状况检测方法， 其特征在于， 所述 基尔霍夫方程组包括KVL方程组、 KCL方程组。 5.根据权利要求1所述的海缆耐压试验护层末端接地状况检测方法， 其特征在于， 所述 海缆首末端电压电流关系式为： 其中， x表示距离海缆首端的距离； T(x)表示传输矩阵； U1x、 U2x、 I1x、 I2x分别表示距离海 缆首端距离为x处的海缆线芯对地电压、 距离海缆首端距离为x处的海缆护层对地电压、 距 离海缆首端距离为x处的海缆线芯电流、 距离海缆首端距离为x处的海缆护层电流； U10、 U20、 I10、 I20分别表示海缆线芯首端处对地电压、 海缆护层首端处对地电压。

6、、 海缆线芯首端处电 流、 海缆护层首端处电流。 6.根据权利要求1所述的海缆耐压试验护层末端接地状况检测方法， 其特征在于， 所述 方法还包括获取海缆的结构参数和材料参数。 7.根据权利要求1或6所述的海缆耐压试验护层末端接地状况检测方法， 其特征在于， 所述海缆的结构参数和材料参数包括： 海缆线芯的半径、 电阻率、 相对磁导率， 海缆护层的 半径、 电阻率、 相对磁导率， 海缆绝缘层和外护套的半径、 相对介电常数。 8.根据权利要求1所述的海缆耐压试验护层末端接地状况检测方法， 其特征在于， 所述 海缆耐压试验边界条件包括： 在海缆线芯首端施加电压U10； 海缆护层首端接地， 海缆护层首 。

7、权利要求书 1/2 页 2 CN 109959839 A 2 端的对地电压等于零； 海缆线芯末端悬空， 海缆线芯末端电流等于零。 9.根据权利要求1所述的海缆耐压试验护层末端接地状况检测方法， 其特征在于， 所述 方法还包括测量海缆护层首端电流。 权利要求书 2/2 页 3 CN 109959839 A 3 一种海缆耐压试验护层末端接地状况检测方法 技术领域 0001 本发明涉及一种海缆耐压试验护层末端接地状况检测方法， 属于输电线路测试技 术领域。 背景技术 0002 海缆进行耐压试验时护层两端接地， 当一端接地失效后特别是对于海缆， 会在金 属护层上产生高数值的对地电压， 从而引发护层击穿。

8、等严重后果。 更为苛刻的条件是海缆 长度较大， 分布在数十甚至上百千米， 海缆末端往往在岛上等偏远的地方， 对于在首端进行 试验的人员， 试验前难以有效判断海缆末端接地情况。 因此需要一种通过在海缆首端测量 护层电流就可以对海缆护层末端接地情况作出判断的方法， 给耐压试验人员提供一定的指 导。 发明内容 0003 本发明的目的在于提供一种海缆耐压试验护层末端接地状况检测方法， 以解决现 有技术中导致的上述多项缺陷或缺陷之一。 0004 为达到上述目的， 本发明是采用下述技术方案实现的： 0005 获取海缆的结构参数和材料参数， 海缆线芯的半径、 电阻率、 相对磁导率， 海缆护 层的半径、 电阻。

9、率、 相对磁导率， 海缆绝缘层和外护套的半径、 相对介电常数； 0006 根据计及海缆护层分布参数等效电路， 获取海缆首末端电压电流关系式； 将海缆 耐压试验边界条件代入海缆首末端电压电流关系式， 获取海缆护层末端对地电压和海缆护 层末端电流计算公式； 海缆耐压试验边界条件包括： 在海缆线芯首端施加电压U10； 海缆护层 首端接地， 海缆护层首端的对地电压等于零； 海缆线芯末端悬空， 海缆线芯末端电流等于 零； 0007 根据海缆护层末端对地电压和海缆护层末端电流计算公式， 获取海缆护层末端接 地电阻计算公式； 测量海缆护层首端电流， 根据海缆护层首端电流、 海缆结构参数和材料参 数， 使用海。

10、缆护层末端接地电阻计算公式获取海缆护层末端接地电阻Rd； 0008 对比获取的海缆护层末端接地电阻Rd和海缆护层末端安全接地电阻Rf， 获取海缆 耐压试验护层末端接地状况： 若RdRf， 海缆护层末端接地良好； 若RdRf， 海缆护层末端接 地不良。 0009 海缆末端安全接地电阻Rf为： 当海缆护层末端对地电压达到最大安全电压时所对 应的海缆护层末端接地电阻。 0010 进一步的， 获取海缆首末端电压电流关系式的方法包括： 0011 根据根据计及海缆护层分布参数等效电路， 列出基尔霍夫方程组； 基尔霍夫方程 组包括KVL方程组、 KCL方程组。 0012 对基尔霍夫方程组的两边取拉普拉斯变换。

11、， 获取第一方程组并对第一方程组求 解， 根据第一方程组的解和拉普拉斯反变换， 获取海缆首末端电压电流关系式。 说明书 1/7 页 4 CN 109959839 A 4 0013 海缆首末端电压电流关系式为： 0014 0015 其中， x表示距离海缆首端的距离； T(x)表示传输矩阵； U1x、 U2x、 I1x、 I2x分别表示距 离海缆首端距离为x处的海缆线芯对地电压、 距离海缆首端距离为x处的海缆护层对地电 压、 距离海缆首端距离为x处的海缆线芯电流、 距离海缆首端距离为x处的海缆护层电流； U10、 U20、 I10、 I20分别表示海缆线芯首端处对地电压、 海缆护层首端处对地电压、。

12、 海缆线芯首 端处电流、 海缆护层首端处电流。 0016 本发明提供了一种海缆耐压试验护层末端接地状况检测方法， 通过将海缆耐压试 验边界条件带入海缆首末端电压电流关系式， 获取海缆护层末端对地电压和海缆护层末端 电流计算公式， 根据海缆护层末端对地电压和海缆护层末端电流计算公式， 获取海缆护层 末端接地电阻计算公式， 根据海缆护层首端电流和海缆结构参数和材料参数， 使用海缆护 层末端接地电阻计算公式获取海缆护层末端接地电阻Rd， 对比获取的海缆护层末端接地电 阻Rd和海缆护层末端安全接地电阻Rf， 获取海缆耐压试验护层末端接地状况； 不需要对海 缆护层末端的接地状况进行现场检测， 根据本实施。

13、例提供的方案可以对海缆护层末端的接 地状况进行判断， 方法简单， 为保证海缆耐压试验的顺利进行提供了指导。 附图说明 0017 图1是根据本发明实施例提供的一种计及海缆护层的分布参数等效电路； 0018 图2是根据本发明实施例提供的一种海缆截面结构图。 具体实施方式 0019 下面结合附图对本发明作进一步描述。 以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明 的技术方案， 而不能以此来限制本发明的保护范围。 0020 本实施例提供一种海缆耐压试验护层末端接地状况检测方法， 方法包括： 0021 步骤1： 构建海缆首末端电压电流关系式 0022 根据参照图1的海缆护层和海缆线芯的分布参数等效电路， 列出包。

14、含KVL方程、 KCL 方程的基尔霍夫方程组； 图1中x为海缆一个微元长度， U1x为微元长度x下的线芯末端 电压与首端电压差， U2x为微元长度x下的护层末端电压和首端电压差， I1x为微元长 度x下的线芯末端电流和首端电流差， I2x为微元长度x下的护层末端电流和首端电流 差。 0023 构建的基尔霍夫方程组如公式(1)： 说明书 2/7 页 5 CN 109959839 A 5 0024 0025 U1x、 U2x、 I1x、 I2x分别表示距离海缆首端距离为x处的海缆线芯对地电压、 距离海缆 首端距离为x处的海缆护层对地电压、 距离海缆首端距离为x处的海缆线芯电流、 距离海缆 首端距离。

15、为x处的海缆护层电流； Z1、 Z2、 Z12、 Y12、 Yg分别表示海缆护层和海缆线芯的分布参 数等效电路的海缆线芯等值单位长度阻抗、 海缆护层等值单位长度阻抗、 海缆线芯和护层 等值单位长度互阻抗、 海缆线芯和护层间单位长度导纳、 海缆护层与大地之间单位长度导 纳。 0026 Z1、 Z2、 Z12、 Y12、 Yg的表达式如公式(2)： 0027 0028 其中海缆护层为金属材质制备的金属护层， 根据海缆的线芯半径、 海缆护层的半 径、 海缆线芯电阻率、 海缆线芯相对磁导率求得海缆线芯外表面单位长度内阻抗Z1， 根据 海缆线芯半径、 绝缘层半径、 绝缘层介质相对磁导率求得海缆线芯与金属。

16、护层之间绝缘的 单位长度阻抗Z2， 根据绝缘层半径、 金属护层半径、 金属护层电阻率、 金属护层相对磁导率 求得海缆金属护层内表面的单位长度内阻抗Z3和海缆金属护层外表面单位长度内阻抗Z 4， 根据金属护层半径、 外护套半径、 和外护套介质的相对磁导率求得海缆金属护层与大地 之间绝缘的单位长度阻抗Z5， 根据大地电阻率、 大地相对磁导率、 外护套半径求得大地回 路的单位长度内阻抗Z6， 根据线芯电阻率、 线芯半径， 线芯相对磁导率求得海缆护层单位 长度转移阻抗Z12， 根据绝缘层相对介电常数、 线芯半径、 绝缘层半径求得线芯与金属护层 之间绝缘的等效电容C12， 根据外护套相对介电常数、 金属。

17、护层半径、 外护套半径求得海缆护 层与大地之间绝缘的等效电容Cg； 0029 求解复数K的方程K2-1， j表示复数K的虚部； 为角频率， 2 f， f为试验电源 频率。 0030 对公式(1)的两边取拉普拉斯变换， 得出第一方程组， 第一方程组如公式(3)所示： 0031 说明书 3/7 页 6 CN 109959839 A 6 0032 其中， s为拉普拉斯算子， U10、 U20、 I10、 I20分别表示海缆线芯首端处对地电压、 海缆 护层首端处对地电压、 海缆线芯首端处电流、 海缆护层首端处电流； U1(s)， U2(s)、 I1(s)， I2 (s)为U1x、 U2x、 I1x、 。

18、I2x拉普拉斯变换后对应的象函数。 0033 求解公式(3)， 得出U1(s)， U2(s)、 I1(s)， I2(s)的表达式如下： 0034 0035 0036 0037 0038 对如上述公式所示的求解的U1(s)， U2(s)、 I1(s)， I2(s)方程进行拉普拉斯反变换， 并将变换结果用矩阵的形式表示， 得到海缆首末端电压电流关系式， 海缆首末端电压电流 关系式如公式(4)： 0039 0040 其中， x表示海缆距离海缆首端的距离； T(x)表示传输矩阵； U1x、 U2x、 I1x、 I2x分别表 示距离海缆首端距离为x处的海缆线芯对地电压、 距离海缆首端距离为x处的海缆护层。

19、对地 电压、 距离海缆首端距离为x处的海缆线芯电流、 距离海缆首端距离为x处的海缆护层电流； U10、 U20、 I10、 I20分别表示海缆线芯首端处对地电压、 海缆护层首端处对地电压、 海缆线芯首 端处电流、 海缆护层首端处电流； 0041 T(x)的结构如公式(5)所示： 0042 0043 其中， 传输矩阵T(x)中相关元素的表达式如下： 0044 0045 0046 说明书 4/7 页 7 CN 109959839 A 7 0047 0048 0049 0050 0051 0052 0053 0054 0055 0056 0057 0058 0059 说明书 5/7 页 8 CN 1。

20、09959839 A 8 0060 求解方程(s2-c)(s2-h)-ab0， 获取拉普拉斯算子s的两个解表示为 1和 2： 0061 0062 其中， 参数a、 b、 c、 h的表达式如下： 0063 0064 步骤2： 获取海缆护层末端接地电阻计算公式 0065 长度为l的海缆的耐压试验的边界条件为： 在海缆线芯首端施加电压U10， 海缆护层 首端接地， 海缆护层首端的对地电压等于零， 即U200； 海缆线芯末端悬空， 海缆末端电流等 于零， 即I1l0， 测量得到的首端护层电流I20。 0066 将上述长度为l的海缆的耐压试验的边界条件带入根据步骤1构建的海缆首末端 电压电流关系式， 获。

21、取方程组(6)： 0067 0068 求解方程组(6)， 获取海缆护层末端对地电压和通过海缆护层的电流计算公式： 0069 0070 根据公式(7)， 得出海缆护层末端接地电阻Rd的表达式为： 0071 0072 步骤3： 获取海缆护层末端接地状态 0073 根据步骤1至步骤2， 求取海缆护层末端接地电阻Rd。 0074 将求取的海缆护层末端接地电阻Rd， 与海缆护层末端的电阻Rf进行对比， Rf为当海 缆护层末端施加的对地电压达到最大安全电压时所对应的海缆护层末端接地电阻： 当Rd小 于Rf时， 则海缆护层末端接地良好， 可以进行耐压试验， 当Rd大于Rf时， 则海缆护层末端接地 不良， 需。

22、人为排除护层末端接地不良状况， 确保末端正常接地。 0075 测试使用的海缆试品为额定电压220kV的交联聚乙烯海缆， 参照图2， 海缆的结构 说明书 6/7 页 9 CN 109959839 A 9 参数和材料参数为： 海缆长度100km， 海缆线芯半径r10.0242m,海缆绝缘层半径为q1 0.05355m， 海缆护层半径为， r20.06085m， 海缆护层为金属材质制备的金属护层， 海缆外 护套半径为q20.06875m， 海缆线芯电阻率为1.7210-8m， 海缆护层电阻率为2.2 10-7m， 海缆绝缘层的相对介电常数为2.3， 外护套的相对介电常数为2.5， 海缆线芯和海 缆护。

23、层的相对磁导率都为1， 海缆线芯首端加压216KV； 试验电源频率为50Hz,首端测量的海 缆护层电流I2043.18-1394.9jA， 海缆护层首端直接接地； 0076 根据海缆的上述结构参数和材料参数， 使用上述方法求得海缆护层末端接地电阻 值Rd0.99， 使用PSCAD仿真软件得到对上述海缆样品进行耐压试验时， 海缆护层末端达 到最大安全电压为50V时所对应的接地电阻Rf0.434， 对Rd和Rf进行比较： Rd大于Rf， 因 此可以判定本次耐压试验接线中海缆护层末端接地不良， 需要人为排除不良接地情况， 再 进行耐压试验。 0077 本发明实施例提供的海缆耐压试验护层末端接地状况检。

24、测方法， 通过将海缆耐压 试验边界条件带入海缆护层末端对地电压和海缆护层末端电流计算公式， 获取海缆护层末 端接地电阻计算公式， 根据海缆护层首端电流和海缆结构参数和材料参数， 使用海缆护层 末端接地电阻计算公式获取海缆护层末端接地电阻Rd， 对比获取的海缆护层末端接地电阻 Rd和海缆护层末端安全接地电阻Rf， 获取海缆耐压试验护层末端接地状况； 不需要对海缆 护层末端的接地状况进行现场检测， 根据本实施例提供的方案可以对海缆护层末端的接地 状况进行判断， 方法简单， 为保证海缆耐压试验的顺利进行提供了指导。 0078 以上所述仅是本发明的检测方法实施方式， 应当指出： 对于本技术领域的普通技 术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰 也应视为本发明的保护范围。 说明书 7/7 页 10 CN 109959839 A 10 图1 图2 说明书附图 1/1 页 11 CN 109959839 A 11 。