海洋石油平台海底电缆振荡波等效耐压技术应用

苏保中

（中海油能源发展装备技术有限公司）

0 引言

交联聚乙烯海底电缆的耐压试验是海缆投产前重要的一项实验。目前海上平台海缆一般通过J 型管引入并接入防爆海缆接线箱再通过电缆引入高压配电盘。一般海缆耐压试验在海缆箱进行， 受限于海缆箱周边空间， 目前海上石油平台仅能实现2km 以内海缆的串联谐振耐压试验。通过作者调研， 截止到2023年6月， 渤海地区海上石油平台35kⅤ及以下海缆总数约为148 条， 其中长度2km 以内海缆数量为38 条， 占比约1/4。还有约3/4的海缆在铺设完成后不具备进行耐压试验的条件， 依据GB50150《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》规定， 不具备相应试验条件或有特殊规定时， 可采用施加正常系统对地电压24小时方法代替交流耐压试验[1］。但随着中国海油集团有限公司对海底电缆完整性管理体系的颁布实施， 需要加强对海底电缆运行维护阶段的数据收集， 显然施加正常系统对地电压24h并不能满足其管理要求。

1 常用交流耐压方法

目前海上平台海底电缆电压等级 （U0/U） 大多数为8.7/15kⅤ及26/35kⅤ两种， 海缆绝缘材料几乎全部为橡塑绝缘， 根据GB50150-2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》中规定： 额定电压U0/U为18/30kⅤ及以下电缆， 当不具备条件时允许用有效值为3U0的0.1Hz 电压施加15min 或直流耐压试验及泄漏电流测量代替交流耐压试验[1］， 很明显， 对于额定电压26/35kⅤ的海缆不能进行超低频及直流耐压两种耐压试验方法。除去超低频及直流耐压试验方法外主流的耐压试验方法为工频耐压和串联谐振耐压试验。

工频耐压试验能很好的反映电缆在运行时的情况， 工频加压试验被认为是最有效的电缆局部放电检测手段。电缆属于容性负载， 配电网中的电缆长度通常可达到数km， 检测时， 需要工频试验电源具有相当大的容量， 工频试验电源装置制造成本偏高、 大容量导致成品体积大、 运输不便。因此， 工频耐压试验多用于电缆的出厂检测， 很少用于电缆的现场试验。

串联谐振耐压对电缆绝缘状态的判断仅仅是合格与不合格， 同时对于一些较为轻微的缺陷， 传统耐压试验会使绝缘发生恶化， 且对局部缺陷不能定位。此外对于中长海缆的串联谐振耐压试验， 所需功率大，动辄上百千瓦， 设备体积庞大， 重量达吨级以上， 对试验空间要求高， 无法在仅有狭小空间的海上平台上进行耐压试验。同时串联谐振耐压试验中产生的谐振波会严重影响平台电网的稳定运行。

2 振荡波等效耐压试验方法

振荡波方法相较于上述传统耐压试验方法具有设备体积小、 重量轻、 试验时间短的优点。国内外学者做了大量研究工作验证振荡波方法与其他交流耐压方法的等效性：

德国学者E. Gockenbach 等及日本学者Katsumi Uchida 等国外学者使用工频耐压、 直流耐压、 0.1Hz超低频、 振荡波电压对不同缺陷电缆进行试验比对，得出结论： 振荡波电压试验在检测如导电突起、 绝缘划伤、 气体间隙、 不充分应力等方面与工频耐压试验接近， 等效性上要优于直流耐压和超低频电压， 且振荡波试验方法在检测气体间隙放电方面效果显著[2］；对于机械缺陷和水树缺陷， 振荡波电压方法与串联谐振及工频耐压具有等效性[3］。

国内针对振荡波相关研究较早的如西安交通大学、 华北电力大学等， 亦对振荡波方法与工频、 直流、超低频等方法进行了比对， 并且确定了振荡波与其他三种试验方法的等效系数[4］， 如表1所示。

由上表得出结论， 振荡波试验方法在检测切痕方面与工频耐压具有几乎一致等效性。

3 振荡波等效耐压在海上石油平台海缆检测案例

2023 年4 月， 受中国海油渤海某平台委托， 对其一条2009 年投运运行14 年海缆进行振荡波等效耐压试验。该条电缆长度14.2km， 电压等级26/35kⅤ， 按以往经验只能进行施加正常系统对地电压24h 方法代替交流耐压试验。

3.1 测试步骤

试验前应对海缆接线箱开盖， 对海缆进行停电隔离并充分放电， 首先检查其终端接头处有无受潮或破损。

使用绝缘电阻测试仪对海缆进行绝缘检测， 在绝缘值低于30MΩ时不宜进行局部放电检测。

对振荡波设备各挡位进行校准， 如图1 所示， 校准完成后移除校准仪。

图1 现场对振荡波设备各挡位校准

图2 三相1.7U0加压测试示意

按照DL/T 1576-2016 《6kⅤ~35kⅤ电缆振荡波局部放电测试方法》中规定的方式进行耐压试验， 试验测试次数及电压如表2所示。

表2 振荡波局部放电试验中各测试电压及次数

3.2 测试数据分析

通过数据的分析， 该电缆在排除背景干扰信号后， 未发现成簇状局放信号点：

A 相电缆无局放； 耐压有效值电压41.6kⅤ， 加压20次， 耐压试验通过。

图3 三相耐压测试波形图

B 相电缆无局放； 耐压有效值电压41.6kⅤ， 加压20次， 耐压试验通过。

C 相电缆无局放； 耐压有效值电压41.6kⅤ， 加压20次， 耐压试验通过。

根据《DL/T1576-2016》标准规定， 该电缆终端未超出标准范围。

4 结束语

通过完善振荡波检测试验流程， 并根据实际案例， 验证了振荡波等效耐压试验在海上平台海缆试验的可行性， 弥补了海上石油平台中长距离海缆检测试验的空白。此外， 海缆运维期间的试验数据是中海石油有限公司海缆完整性管理解决方案中的重要内容，利用振荡波等效耐压对海缆进行检测， 能够有效监控海缆健康状况， 保障海上石油平台安全稳定运行。