海洋石油平臺(tái)海底電纜振蕩波等效耐壓技術(shù)應(yīng)用

蘇保中

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司）

0 引言

交聯(lián)聚乙烯海底電纜的耐壓試驗(yàn)是海纜投產(chǎn)前重要的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。目前海上平臺(tái)海纜一般通過J 型管引入并接入防爆海纜接線箱再通過電纜引入高壓配電盤。一般海纜耐壓試驗(yàn)在海纜箱進(jìn)行， 受限于海纜箱周邊空間， 目前海上石油平臺(tái)僅能實(shí)現(xiàn)2km 以內(nèi)海纜的串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)。通過作者調(diào)研， 截止到2023年6月， 渤海地區(qū)海上石油平臺(tái)35kⅤ及以下海纜總數(shù)約為148 條， 其中長(zhǎng)度2km 以內(nèi)海纜數(shù)量為38 條， 占比約1/4。還有約3/4的海纜在鋪設(shè)完成后不具備進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的條件， 依據(jù)GB50150《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定， 不具備相應(yīng)試驗(yàn)條件或有特殊規(guī)定時(shí)， 可采用施加正常系統(tǒng)對(duì)地電壓24小時(shí)方法代替交流耐壓試驗(yàn)[1］。但隨著中國(guó)海油集團(tuán)有限公司對(duì)海底電纜完整性管理體系的頒布實(shí)施， 需要加強(qiáng)對(duì)海底電纜運(yùn)行維護(hù)階段的數(shù)據(jù)收集， 顯然施加正常系統(tǒng)對(duì)地電壓24h并不能滿足其管理要求。

1 常用交流耐壓方法

目前海上平臺(tái)海底電纜電壓等級(jí) （U0/U） 大多數(shù)為8.7/15kⅤ及26/35kⅤ兩種， 海纜絕緣材料幾乎全部為橡塑絕緣， 根據(jù)GB50150-2016《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定： 額定電壓U0/U為18/30kⅤ及以下電纜， 當(dāng)不具備條件時(shí)允許用有效值為3U0的0.1Hz 電壓施加15min 或直流耐壓試驗(yàn)及泄漏電流測(cè)量代替交流耐壓試驗(yàn)[1］， 很明顯， 對(duì)于額定電壓26/35kⅤ的海纜不能進(jìn)行超低頻及直流耐壓兩種耐壓試驗(yàn)方法。除去超低頻及直流耐壓試驗(yàn)方法外主流的耐壓試驗(yàn)方法為工頻耐壓和串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)。

工頻耐壓試驗(yàn)?zāi)芎芎玫姆从畴娎|在運(yùn)行時(shí)的情況， 工頻加壓試驗(yàn)被認(rèn)為是最有效的電纜局部放電檢測(cè)手段。電纜屬于容性負(fù)載， 配電網(wǎng)中的電纜長(zhǎng)度通?？蛇_(dá)到數(shù)km， 檢測(cè)時(shí)， 需要工頻試驗(yàn)電源具有相當(dāng)大的容量， 工頻試驗(yàn)電源裝置制造成本偏高、 大容量導(dǎo)致成品體積大、 運(yùn)輸不便。因此， 工頻耐壓試驗(yàn)多用于電纜的出廠檢測(cè)， 很少用于電纜的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

串聯(lián)諧振耐壓對(duì)電纜絕緣狀態(tài)的判斷僅僅是合格與不合格， 同時(shí)對(duì)于一些較為輕微的缺陷， 傳統(tǒng)耐壓試驗(yàn)會(huì)使絕緣發(fā)生惡化， 且對(duì)局部缺陷不能定位。此外對(duì)于中長(zhǎng)海纜的串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)， 所需功率大，動(dòng)輒上百千瓦， 設(shè)備體積龐大， 重量達(dá)噸級(jí)以上， 對(duì)試驗(yàn)空間要求高， 無法在僅有狹小空間的海上平臺(tái)上進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。同時(shí)串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)中產(chǎn)生的諧振波會(huì)嚴(yán)重影響平臺(tái)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 振蕩波等效耐壓試驗(yàn)方法

振蕩波方法相較于上述傳統(tǒng)耐壓試驗(yàn)方法具有設(shè)備體積小、 重量輕、 試驗(yàn)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量研究工作驗(yàn)證振蕩波方法與其他交流耐壓方法的等效性：

德國(guó)學(xué)者E. Gockenbach 等及日本學(xué)者Katsumi Uchida 等國(guó)外學(xué)者使用工頻耐壓、 直流耐壓、 0.1Hz超低頻、 振蕩波電壓對(duì)不同缺陷電纜進(jìn)行試驗(yàn)比對(duì)，得出結(jié)論： 振蕩波電壓試驗(yàn)在檢測(cè)如導(dǎo)電突起、 絕緣劃傷、 氣體間隙、 不充分應(yīng)力等方面與工頻耐壓試驗(yàn)接近， 等效性上要優(yōu)于直流耐壓和超低頻電壓， 且振蕩波試驗(yàn)方法在檢測(cè)氣體間隙放電方面效果顯著[2］；對(duì)于機(jī)械缺陷和水樹缺陷， 振蕩波電壓方法與串聯(lián)諧振及工頻耐壓具有等效性[3］。

國(guó)內(nèi)針對(duì)振蕩波相關(guān)研究較早的如西安交通大學(xué)、 華北電力大學(xué)等， 亦對(duì)振蕩波方法與工頻、 直流、超低頻等方法進(jìn)行了比對(duì)， 并且確定了振蕩波與其他三種試驗(yàn)方法的等效系數(shù)[4］， 如表1所示。

由上表得出結(jié)論， 振蕩波試驗(yàn)方法在檢測(cè)切痕方面與工頻耐壓具有幾乎一致等效性。

3 振蕩波等效耐壓在海上石油平臺(tái)海纜檢測(cè)案例

2023 年4 月， 受中國(guó)海油渤海某平臺(tái)委托， 對(duì)其一條2009 年投運(yùn)運(yùn)行14 年海纜進(jìn)行振蕩波等效耐壓試驗(yàn)。該條電纜長(zhǎng)度14.2km， 電壓等級(jí)26/35kⅤ， 按以往經(jīng)驗(yàn)只能進(jìn)行施加正常系統(tǒng)對(duì)地電壓24h 方法代替交流耐壓試驗(yàn)。

3.1 測(cè)試步驟

試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)海纜接線箱開蓋， 對(duì)海纜進(jìn)行停電隔離并充分放電， 首先檢查其終端接頭處有無受潮或破損。

使用絕緣電阻測(cè)試儀對(duì)海纜進(jìn)行絕緣檢測(cè)， 在絕緣值低于30MΩ時(shí)不宜進(jìn)行局部放電檢測(cè)。

對(duì)振蕩波設(shè)備各擋位進(jìn)行校準(zhǔn)， 如圖1 所示， 校準(zhǔn)完成后移除校準(zhǔn)儀。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)對(duì)振蕩波設(shè)備各擋位校準(zhǔn)

圖2 三相1.7U0加壓測(cè)試示意

按照DL/T 1576-2016 《6kⅤ~35kⅤ電纜振蕩波局部放電測(cè)試方法》中規(guī)定的方式進(jìn)行耐壓試驗(yàn)， 試驗(yàn)測(cè)試次數(shù)及電壓如表2所示。

表2 振蕩波局部放電試驗(yàn)中各測(cè)試電壓及次數(shù)

3.2 測(cè)試數(shù)據(jù)分析

通過數(shù)據(jù)的分析， 該電纜在排除背景干擾信號(hào)后， 未發(fā)現(xiàn)成簇狀局放信號(hào)點(diǎn)：

A 相電纜無局放； 耐壓有效值電壓41.6kⅤ， 加壓20次， 耐壓試驗(yàn)通過。

圖3 三相耐壓測(cè)試波形圖

B 相電纜無局放； 耐壓有效值電壓41.6kⅤ， 加壓20次， 耐壓試驗(yàn)通過。

C 相電纜無局放； 耐壓有效值電壓41.6kⅤ， 加壓20次， 耐壓試驗(yàn)通過。

根據(jù)《DL/T1576-2016》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， 該電纜終端未超出標(biāo)準(zhǔn)范圍。

4 結(jié)束語

通過完善振蕩波檢測(cè)試驗(yàn)流程， 并根據(jù)實(shí)際案例， 驗(yàn)證了振蕩波等效耐壓試驗(yàn)在海上平臺(tái)海纜試驗(yàn)的可行性， 彌補(bǔ)了海上石油平臺(tái)中長(zhǎng)距離海纜檢測(cè)試驗(yàn)的空白。此外， 海纜運(yùn)維期間的試驗(yàn)數(shù)據(jù)是中海石油有限公司海纜完整性管理解決方案中的重要內(nèi)容，利用振蕩波等效耐壓對(duì)海纜進(jìn)行檢測(cè)， 能夠有效監(jiān)控海纜健康狀況， 保障海上石油平臺(tái)安全穩(wěn)定運(yùn)行。