阅读说明：本技术 一种交流电缆改直流运行的长期电压试验系统 (Long-term voltage test system for changing alternating current cable into direct current operation ) 是由 彭维龙 乐彦杰 高震 郑新龙 徐蓓蓓 李世强 何旭涛 卢志飞 于 2019-10-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种交流电缆改直流运行的长期电压试验系统,涉及电力输送领域。直流源不能承受电缆试验高压,为了接近交流直接改为直流运行工况,如何实现对试验电缆同时施加直流电压和直流电流,以消除涡流对电缆绝缘层最大温差的影响,就成为现阶段需重点突破的技术难题。本系统包括试验回路和模拟回路串联电缆系统、直流高压发生器、大电流直流发生器、输入端接交流电源的隔离变压器、控制器,模拟回路电缆导体与外护套、大电流直流发生器、模拟回路的无线测温模块与直流高压发生器通过绝缘支撑台实现同电位,模拟回路设电流电压测量传感装置和无线电缆测温传感器,电流和电压信号通过控制器传递给上位机,由上位机进行实时监测和控制。能有效实现对交流电缆改直流运行进行长期电压试验。(The invention discloses a long-term voltage test system for changing an alternating current cable into a direct current operation, and relates to the field of power transmission. The direct current source can not bear the high voltage of the cable test, and how to realize applying direct current voltage and direct current to the test cable simultaneously in order to approach the direct current operating condition of direct current change of alternating current directly, so as to eliminate the influence of eddy current on the maximum temperature difference of the cable insulating layer, becomes the technical problem needing key breakthrough at the present stage. The system comprises a test loop and a simulation loop series cable system, a direct current high-voltage generator, a large-current direct current generator, an isolation transformer with an input end connected with an alternating current power supply, and a controller, wherein a cable conductor and an outer sheath of the simulation loop, the large-current direct current generator, a wireless temperature measurement module of the simulation loop and the direct current high-voltage generator realize the same potential through an insulating support table, a current and voltage measurement sensing device and a wireless cable temperature measurement sensor are arranged in the simulation loop, current and voltage signals are transmitted to an upper computer through the controller, and the upper computer monitors and controls the current and the voltage signals in real time. The long-term voltage test can be effectively realized by changing the alternating current cable into the direct current operation.)

一种交流电缆改直流运行的长期电压试验系统

技术领域

本发明涉及电力输送领域，尤其涉及一种交流电缆改直流运行的长期电压试验系统。

背景技术

随着城市输电走廊选取愈发困难以及对供电可靠性的要求日益提高，XLPE电缆以其优异的电学性能、力学性能和理化性能在城市配网中得到越来越广泛的应用。其中直流输电相比于交流输电，其输送效率高，线路损失小；调节电流和改变功率传递方向方便；线路用线少，投资费用低，对于长距离输电比交流经济；直流电缆的长度不受电容电流的限制，对过海霞、海岛输电等较为有利；可作为两种电网联接线，甚至两种电网的频率不同时也可应用，它还能降低主干线与电网之间的短路电流。从目前的行业经验来看，110kV及以下电压等级的交流电缆具备直接改为直流运行的可能性及可行性，而220kV及以上电缆由于强场下的空间电荷效应以及厚绝缘的温度影响，由交流直接改为直流运行将存在较大风险，不推荐进行，超高电压等级下直流电缆应使用专门的直流绝缘及屏蔽料。因此，通过适当的运行参数、运行方法的设计，可以将交流电缆用于直流输电。

现有传统直流电缆长期电压试验采用2回电缆线路，通过多组穿心变压器给2回电缆线路分别施加交流电流进行温升，模拟回路和多组穿芯变不承受试验电压；现有传统直流电缆长期电压试验由于试验回路和模拟回路非同一电流，使试验回路和模拟回路电流数值相近，把模拟回路作为测温参考，通过热电偶采集温度信号利用光纤有线传输数据。

当电缆本身电压等级较低时，交流电流在电缆绝缘护套产生感应电流，形成涡流。涡流同一般电流一样，会产生热效应。对于直流电缆来说，长期电压试验中，需要测量电缆导体温度和绝缘层最大温差。所以采用传统加热方式会影响低电压等级的电缆绝缘层最大温差，从而对电缆温升产生影响。在这种情况下，需要建立新的对电缆导体施加负荷的方式，以消除涡流对电缆绝缘层最大温差的影响。

因此，如何实现对试验电缆同时施加直流电压和直流电流，以消除涡流对电缆绝缘层最大温差的影响就成为现阶段需重点突破的技术难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种交流电缆改直流运行的长期电压试验系统，以实现对交流电缆用于直流输电进行长期电压试验为目的。为此，本发明采取以下技术方案。

一种交流电缆改直流运行的长期电压试验系统，包括电缆系统、直流高压发生器、大电流直流发生器、隔离变压器、控制器和绝缘支撑台，所述的电缆系统包括试验回路和作为电缆试品的模拟回路，试验回路和模拟回路串联；所述的隔离变压器输入端接交流电源，输出端接大电流直流发生器输入端，同时中性点接绝缘支撑台；大电流直流发生器输出端接模拟回路终端，另一端接试验回路终端；直流高压发生器一端接试验回路和绝缘支撑台，另一端接地；在模拟回路设置多个测温点布置无线电缆测温传感器，模拟回路上还设有电流电压测量传感装置，无线电缆测温传感器和电流电压测量传感装置连接到控制器上，控制器连接到上位机以实现监测和控制。采用将试验回路和模拟回路串联的1回电缆线路，通过大电流直流发生器对试验回路和模拟回路同时施加直流电流达到温升，试验回路和模拟回路为同一电流，直流高压发生器同时对试验回路施加电压，电缆导体温度通过无线电缆测温传感器将温度信号转变成电信号经控制器传递给上位机，电流电压测量传感装置将电流和电压信号通过控制器传递给上位机，由上位机进行实时监测和控制，可以实现对交流电缆改直流运行进行长期电压试验，解决了交流电缆用于直流输电的长期电压试验中对试验电缆同时施加直流电压和直流电流，以消除涡流对电缆绝缘层最大温差的影响的技术难题，对于现役配电网改造，将原有交流线路直接改为直流下运行的可靠性方面提供试验依据，为电缆安全运行提供技术保障。

作为优选技术手段：所述的大电流直流发生器的接地点接绝缘支撑台，所述的模拟回路和无线电缆测温传感器放置于绝缘支撑台上。使模拟回路电缆导体与外护套、大电流直流发生器、模拟回路的无线测温模块与直流高压发生器同电位而能承受试验直流高压。

作为优选技术手段：所述的试验回路在试验场地绕一圈，试验回路与绝缘支撑台不相连。保证具有足够长的模拟回路，使试验更接近实际交流线路的真实情况。

作为优选技术手段：每两个相邻的无线电缆测温传感器测温点之间距离在0.5-2m之间，测温点沿模拟回路等长度布置。距离合适，分布均匀，温度监测可靠性好。

作为优选技术手段：所述的隔离变压器包括原方绕组和副方绕组，原方绕组输入电压为AC380V，副方绕组输出AC380V接大电流直流发生器输入端。采用380V交流电符合目前的交流电低压配电网，相比于连接中高压配电网，技术难度更低，连接操作更方便，安全性更好。

作为优选技术手段：所述的大电流直流发生器采用三相桥式整流电路和LC 滤波电路，三相380V 交流电经过空开、接触器到可控硅，经过可控硅调压后输入至三相桥式整流电路，整流输出脉动的直流电，再由电感电容组成的LC滤波电路滤波后在电源的输出端得到比较稳定的较小纹波的直流电源，且与绝缘支撑台同电位。可方便实现交流转直流，输出电源稳定可靠。

作为优选技术手段：所述的控制器和上位机系统均设有无线传输模块。可方便实现信号的无线传输。

作为优选技术手段：所述的上位机设有实施监控电缆试品的电流、电压、温升及自动生成报告的监控模块，并具有远控和就地远控保护的控制模块。可实现对试验系统的全面监测和安全控制。

作为优选技术手段：所述的无线电缆测温传感器的测温范围为0~110℃；温度信号转换的电信号电流在4~20mA之间。可有效覆盖导体的升温范围，4~20mA的信号电流范围，足够清晰稳定。

作为优选技术手段：试验系统设有用于监测环境温度的无线环境测温传感器，该环境测温传感器通过控制器连接到上位机，所述的上位机可通过环境温度变化控制调节导体电流。有效实现环境温度监测和对导体回路的电流控制调节。

有益效果：可以有效实现对交流电缆改直流运行进行长期电压试验，解决了交流电缆改直流运行的长期电压试验中对试验电缆同时施加直流电压和直流电流，以消除涡流对电缆绝缘层最大温差的影响的技术难题，对于现役配电网改造，将原有交流线路直接改为直流下运行的可靠性方面提供试验依据，为电缆安全运行提供技术保障。

附图说明

图1是本发明原理示意图。

图中：1-大电流直流发生器；2-隔离变压器；3-直流高压发生器；4-试验回路；5-模拟回路；6-绝缘支撑台；7-交流电源。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1所示，一种交流电缆改直流运行的长期电压试验系统，包括电缆系统、1套直流高压发生器3、1套大电流直流发生器1、1台隔离变压器2、控制器和绝缘支撑台6，电缆系统包括试验回路4和作为电缆试品的模拟回路5，试验回路4和模拟回路5串联；隔离变压器2输入端接交流电源7，输出端接大电流直流发生器1输入端，同时中性点接绝缘支撑台6；大电流直流发生器1输出端接模拟回路5终端，另一端接试验回路4终端；直流高压发生器3一端接试验回路4和绝缘支撑台6，另一端接地；在模拟回路5设置多个测温点布置无线电缆测温传感器，模拟回路5上还设有电流电压测量传感装置，无线电缆测温传感器和电流电压测量传感装置连接到控制器上，控制器连接到上位机以实现监测和控制。

为了能承受试验直流高压，大电流直流发生器1的接地点接绝缘支撑台6，模拟回路5和无线电缆测温传感器放置于绝缘支撑台6上。使模拟回路5电缆导体与外护套、大电流直流发生器1、模拟回路5的无线测温模块与直流高压发生器3同电位而能承受试验直流高压。

为了使试验更接近实际交流线路的真实情况，试验回路4在试验场地绕一圈，试验回路4与绝缘支撑台6不相连。保证具有足够长的模拟回路5，使试验更接近实际交流线路的真实情况。

为了实现全面可靠的温度监测，每两个相邻的无线电缆测温传感器测温点之间距离为0.8m，测温点沿模拟回路5等长度布置。距离合适，分布均匀，温度监测全面可靠。

为了便于连接，隔离变压器2包括原方绕组和副方绕组，原方绕组输入电压为AC380V，副方绕组输出AC380V接大电流直流发生器1输入端。采用380V交流电符合目前的交流电低压配电网，相比于连接中高压配电网，技术难度更低，连接操作更方便，安全性更好。

为了实现稳定可靠的交直流转换，大电流直流发生器1采用三相桥式整流电路和LC 滤波电路，三相380V 交流电经过空开、接触器到可控硅，经过可控硅调压后输入至三相桥式整流电路，整流输出脉动的直流电，再由电感电容组成的LC滤波电路滤波后在电源的输出端得到比较稳定的较小纹波的直流电源，且与绝缘支撑台6同电位。可方便实现交流转直流，输出电源稳定可靠。

为了实现信号的无线传输，控制器和上位机系统均设有无线传输模块。可方便实现信号的无线传输。

为了实现全面的监测和安全控制，上位机设有实施监控电缆试品的电流、电压、温升及自动生成报告的监控模块，并具有远控和就地远控保护的控制模块。可实现对试验系统的全面监测和安全控制。

为了实现对电缆温升的监测，无线电缆测温传感器的测温范围为0~110℃；温度信号转换的电信号电流在4~20mA之间。试验时，通过直流大电流发生器给试验回路4和模拟回路5同时加热，电缆导体温度达到70℃～75℃，测温范围为0~110℃，可有效覆盖导体的升温范围，4~20mA的信号电流范围，足够清晰稳定。

为了实现电流控制调节，试验系统设有用于监测环境温度的无线环境测温传感器，该环境测温传感器通过控制器连接到上位机，上位机可通过环境温度变化控制调节导体电流。有效实现环境温度监测和对导体回路的电流控制调节。

采用将试验回路4和模拟回路5串联的1回电缆线路，通过大电流直流发生器1对试验回路4和模拟回路5同时施加直流电流达到温升，试验回路4和模拟回路5为同一电流，直流高压发生器3同时对试验回路4施加电压，模拟回路5电缆导体与外护套、大电流直流发生器1与绝缘支撑台6同电位而能承受试验电压，电缆导体温度通过无线电缆测温传感器将温度信号转变成电信号经控制器传递给上位机，电流电压测量传感装置将电流和电压信号通过控制器传递给上位机，由上位机进行实时监测和控制，可以有效实现对交流电缆用于直流输电进行长期电压试验。

以上图1所示的一种交流电缆改直流运行的长期电压试验系统是本发明的具体实施例，已经体现出本发明突出的实质性特点和显著进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。