额定电压500kV及以下电力传输直流转换接头试验方法

ICS FORMTEXT点击此处添加ICS号FORMTEXT点击此处添加中国标准文献分类号T/CECT/CECFORMTEXTXXXXX—FORMTEXTXXXX额定电压500kV及以下电力传输直流转换接头试验方法TestmethodsofDCtransitionjointsforpowercableataratedvoltageupto60kV（征求意见稿）FORMTEXT     FORMDROPDOWNFORMTEXT     FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX实施中国电力企业联合会发布FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX发布T/CECXXXXX—201XPAGEPAGE10额定电压500kV及以下电力传输直流转换接头试验方法范围本标准规定了额定电压10kV-60kV不滴流油浸纸或聚丙烯复合纸（绕包）绝缘电缆与交联聚乙烯（挤包）绝缘电缆间电力传输直流转换接头的试验方法。本标准适用于陆地和水下电缆输电工程中不滴流油浸纸或聚丙烯复合纸（绕包）绝缘电缆与交联聚乙烯（挤包）绝缘电缆的转换接头。规范性引用文件GB/T2951.11-2008电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第11部分：通用试验方法—厚度和外形尺寸测量—机械性能试验GB/T3048.12-2007电线电缆性能试验方法第12部分：局部放电试验GB/T3048.13-2007电线电缆性能试验方法第13部分：冲击电压试验GB/T9326-2008交流500kV及以下纸或聚丙烯复合纸绝缘金属套充油电缆及附件GB/T16927.1-2011高电压试验技术第1部分：一般定义及试验要求GB/T31489.1-2015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：试验方法和要求高电压试验技术—第1部分：一般定义及试验要求[High-voltagetesttechniques—Part1:Generaldefinitionsandtestrequirements]IEC60229:2007电缆-带特殊保护功能挤出外套的试验[Electriccables-Testsonextrudedoversheathswithaspecialprotectivefunction]IEC60840:2011额定电压30kV（Um=36kV）到150kV(Um=170kV)挤包绝缘电力电缆及附件试验方法和要求[Powercableswithextrudedinsulationandtheiraccessoriesforratedvoltagesabove30kV(Um=36kV)upto150kV(Um=170kV)-Testmethodsandrequirements]术语和定义下列术语和定义适用于本规范。3.1型式试验typetests按一般商业原则对一种型号电缆系统在供货前进行的试验，以证明该电缆系统具有符合预期使用要求的满意性能。注：除非电缆或附件的材料、制造工艺、电应力设计水平的改变可能改变其性能特性，型式试验一旦成功，不需要重复进行。3.2例行试验routetests由制造商在成品电缆的所有制造长度或附件上进行的试验，以检验其是否符合标准的要求。3.3抽样试验sampletests由制造商按规定的频度在成品电缆试样、附件试样以及部件上进行的试验，以检验其是否符合标准的要求。3.4安装后试验testsafterinstallation安装后进行的试验，以确定电缆系统的完好性。3.5电缆系统cablesystem由电缆和安装的附件及相关部件（如测量装置或固定装置）组成，电缆附件通常包括不同类型的接头和终端。3.6试验对象testobject经受试验的一定长度的电缆或附件。3.7回流电缆returncable单极高压直流输电系统中回流用低压/中压直流电缆，能用于换流站之间的全线连接，也可用于换流站和电极站的局部连接。3.8试验回路testloop各试验对象同时试验组成的串联回路。3.9试验组testset-up明显独立的试验回路的组合，多个试验回路可使用同一试验装置同时试验。3.10电网换相换流器linecommutatedconverters（LCC）用于高压直流输电系统，功率流反向传输时电缆系统的电压极性发生变化。3.11电压源换流器voltagesourceconverters（VSC）用于高压直流输电系统，功率流反向传输时电缆系统的电压极性不会改变。3.12转换接头transitionjoint连接两根有设计差异的电缆（例如导体的截面或结构不同）间的接头。试验电压、电缆设计热参数和试验条件4.1试验电压试验电压见表1。表1试验电压U0电缆系统设计的导体与屏蔽之间的额定直流电压UT型式试验和例行试验中的直流试验电压，推荐UT=l.8U0UTP1型式试验（极性反转试验）和安装后试验中的直流试验电压，本技术规范推荐UTP1=1.4U0UP1当雷电冲击电压与实际直流电压极性相反时，电缆系统可能经受的雷电冲击电压最大绝对峰值的1.15倍（见图1）UP2,S当操作冲击电压与实际直流电压极性相同时，电缆系统可能经受的操作冲击电压最大绝对峰值的1.15倍（见图1）UP2,O当操作冲击电压与实际直流电压极性相反时，电缆系统可能经受的操作冲击电压最大绝对峰值的1.15倍（见图1）URC,AC回流电缆能够承受的瞬态阻尼交流过电压的最大值。这个电压通常是由于换相失败引起，电压值取决于高压直流电网的供应商的计算值。过电压的性质取决于高压直流电网的配置，需根据个案分别计算URC,DC回流电缆正常运行时的最大直流电压注1：直流试验电压的纹波系数不应超过3%。注2：校准应符合GB/T16927.1-2011的规定。注3：根据系统设计，转换接头可承受不同于上述的冲击。a由于直流系统设计决定了同极性冲击受避雷器保护以及反极性冲击受换流器保护，因此UP2,S不一定等于UP2,O。VSC，同极性 LCC或VSC，反极正操作冲击 性负操作冲击VSC，同极性 LCC或VSC，反极负操作冲击 性正操作冲击LCC或VSC， LCC或VSC，正雷电冲击 负雷电冲击图1操作冲击和雷电冲击试验电压的示意图4.2电缆设计热参数Tc,max—电缆导体最高运行温度，该值由制造商申明。△Tmax—运行电缆绝缘（不包括半导体层）内最大温差。该值由制造商计算和申明，制造商应提供设计值和试验测量值的相关证据。试验条件4.3.1加热方法采用直流或交流电流对导体加热，辅助外部绝热或冷却手段，并在试验中验证绝缘内实际的温差△T和导体温度Tc。4.3.2负荷循环（LC）负荷循环包括加热阶段和冷却阶段。24h负荷循环（型式试验）包括至少8h加热和至少16h自然冷却。在加热阶段的至少最后2h，导体温度应不低于Tc,max且绝缘内温差应不低于△Tmax。48h负荷循环（型式试验）包括至少24h加热和至少24h自然冷却。在加热阶段的至少最后18h，导体温度应不低于Tc,max且绝缘内温差应不低于△Tmax。注：48h负荷循环仅作为型式试验的一部分，用来确保电应力反转在负荷循环内很好地进行。4.3.3高负荷（HL）高负荷包括一个连续加热阶段。加热阶段的前8h内，导体温度应达到不低于Tc,max且绝缘内温差应不低于△Tmax，并一直维持到高负荷试验结束。4.3.4零负荷（ZL）不加热。4.3.5环境温度除非在试验中另有规定，试验应在环境温度(20±15)℃下进行。4.3.6冲击试验准备在叠加操作冲击或叠加雷电冲击前，导体温度应达到不低于Tc,max且绝缘内温差不低于△Tmax至少10h，并一直维持到试验结束。4.3.7极性反转试验（PR）极性反转试验首先从正极性电压开始，电压极性每24h负荷循环反转3次（平均分配），其中一次反转应与24h负荷循环中负载电流的停止时间一致。推荐极性反转的时间不超过2min。注：如极性反转不能在2min内实现，极性反转的时间可由供需双方商定。4.3.8叠加冲击电压试验（S/IMP）试验对象在首个冲击电压前，应首先加热到导体温度不低于Tc,max且绝缘内温差应不低于△Tmax至少10h，且已承受U0（相应极性）至少10h，保持直流电压，在试验对象上叠加冲击电压，连续10次；随后在同样的温度条件下对试验对象施加相反极性的直流电压U0至少10h，保持直流电压，在试验对象上叠加冲击电压，连续10次，每次冲击的间隔不小于2min，冲击电压波形应符合GB/T3048.13-2007的规定。4.3.9绝缘厚度检查电气试验前，应根据GB/T2951.11-2008规定的方法切取样段，对电缆进行绝缘厚度检查，以检查绝缘厚度是否过多偏离制造商申明值。如果绝缘平均厚度不超过制造商申明值的5%，试验电压按电缆额定电压确定的试验电压进行。如果绝缘平均厚度超过申明值的5%但不超过15%，试验电压调整应考虑系数，以保持绝缘内相同的平均电场。如，绝缘平均厚度增加10%，试验电压应增加10%。（1）=绝缘平均厚度=厂家申明厚度用作电气试验的电缆段的绝缘平均厚度应不超过申明值的15%。例行试验5.1转换接头的挤包电缆侧例行试验中，直流电缆附件必须进行直流耐压试验；当电缆的材料和设计允许时，可采用交流电耐试验作为补充验证项目。转换接头的主绝缘应进行直流耐压试验，试验施加负极性电压UT,保持1h，绝缘应不击穿。需要时，以下附加试验可根据制造商质保程序进行：——交流电压试验：如果可行；——局部放电试验：如果可行；交流耐压试验试验电压、频率和施加时间应由制造商和客户协商确定。局部放电试验按IEC60885-3的规定进行，测试灵敏度为5pC或更优，试验电压应逐级施加至1.75U0并保持10s，再缓慢降至1.5U0。5.2转换接头外壳试验接头外壳应符合GB/T9326.1-2008的试验要求。型式试验6.1一般规定本章规定的各项试验是用以验证转换接头具有符合预期使用要求的满意性能。以下情况可省略型式试验：——型式试验已认可的范围（见6.2）；注1：当不能得到合适的纸绝缘电缆，则型式试验不能进行。因此验证转换接头设计性能的方法取决于供需双方的协议，并考虑相关的试验数据。注2：若纸绝缘电缆或接头内发生故障，且主要原因是纸绝缘电缆的质量问题，则转换接头设计的认可取决于供需双方的协议，并考虑到试验验证的范围和其他相关的试验数据。6.2型式试验认可的范围当某一连接特定导体截面、额定电压、结构电缆的转换接头通过型式试验，如果符合下列全部条件，型式试验对本标准范围内的其他转换接头也认可有效。a）转换接头的设计，材料，制造工艺和运行条件基本相同；b）运行电压U0，Up1，Up2,S与Up2,O（如果是回流电缆，则为URC.AC和URC.DC）不高于已试转换接头；c）机械预处理施加的机械应力不高于已试转换接头；d）两侧导体的温度不高于已试转换接头电缆；e）两侧绝缘层最大温差ΔTmax（不包括半导体屏蔽）不高于已试转换接头电缆；f）导体横截面积不大于已试转换接头电缆；g）用标称尺寸计算得到的电缆导体和绝缘屏蔽处的拉普拉斯电场不大于已试转换接头电缆；h）进行LCC型式试验合格的转换接头，只要按6.4的规定通过了±UP2，S叠加操作冲击电压，认可范围可以覆盖到VSC系统，反之则不适用。由具备资质的监证机构代表签署的型式试验证书，或制造商提供的由合规的认证人员签署的测试报告，或由独立第三方试验室出具的型式试验证书，应认可作为型式试验的证明。6.3型式试验布置转换接头应按6.4的规定进行试验。电气型式试验的典型试验回路包含的试验对象见图2，2个转换接头之间的绕包电缆最少为8m；转换接头两边应保留挤包侧0.5m电缆和绕包侧1m电缆，从没有因安装附件而发生拆卸或拆装的位置处开始测量；试验回路各附件之间的连续电缆长度应不小于5m，试验回路中包括的连续电缆长度应不小于10m。图2试验回路内试验对象布置试验回路中，转换接头至少应有一个试样进行试验。接头附件应按照制造商安装说明书规定进行组装并采用制造商提供等级和数量的材料，包括润滑剂和绝缘液体（如果有）。对电缆和接头附件都不应以制造商说明书没有规定的方式进行任何可能改变其电性能、热性能或机械性能的处理。进行6.4规定的试验时，被试接头的外保护层宜被安装。但如果能够证明此外保护层不会影响接头绝缘性能，则不必装上此外保护层。6.4电气型式试验前的机械预处理机械预处理的目的是使试验对象承受电缆系统在处置、安装和修理中可能经受的最大机械应力。陆地电缆应不包含现场接头，海底电缆的机械预处理应包含工厂接头和修理接头。6.4.1陆地电缆机械预处理试验陆地用直流电缆转换接头机械预处理为弯曲试验，应符合GB/T314896.4.3.1中试验要求。6.4.2海底电缆的机械预处理试验海底电缆转换接头机械预处理包括卷绕试验和张力弯曲试验两部分，应符合GB/T314896.4.3.2中试验要求。6.5型式试验程序6.5.1试验步骤和要求电气试验前，试验电缆和附件应根据试验要求按照6.4进行机械预处理。试验电缆和附件应按照6.3要求搭建试验回路。电气型式试验应按照以下试验步骤进行：——负荷循环试验——叠加冲击试验——接头外护层试验（陆缆）——接头径向透水试验（海缆）——检查6.5.2试验电压在负荷循环试验和极性反转试验中，挤包和绕包绝缘高压直流电缆试验电压略有不同。为避免绕包绝缘过应力，转换接头的负荷循环试验和极性反转试验试验电压应为1.8U0和1.4U0。6.5.3负荷循环试验6.5.3.1概述负荷循环试验应在符合要求的机械预处理后进行。对陆缆接头，电缆应根据6.4.1规定的方法进行机械预处理。对海缆接头，电缆应根据6.4.2规定的方法进行机械预处理。各循环阶段的热条件见4.3规定。负荷循环试验中挤包侧或绕包侧电缆导体温度达到Tc,max较低者时，此段导体应达到最高温度且绝缘间温差应不低于ΔTmax。此时测量另一侧电缆段Tc,max较高者的温度，以作为转换接头制作的设计要求（需要注意的是其中一根电缆系统实际可能在更高温度下运行，并且接头中热影响很难在试验环境中再现，见附录B）。这意味着在负荷循环试验中，转换接头一侧的电缆可能没有达到最大导体温度或ΔTmax。建议电缆在型式试验前先制作接头区，以确定试验的相关温度条件。型式试验程序是基于单芯电缆，其接头盒布置应考虑两种不同类型电缆的热影响。对于多芯电缆，电缆芯可能需要在转换接头前被拆分，以便控制纵向温度的影响。对于低压回路绝缘的同轴电缆，回路导体可能需要在转换接头前被拆分。6.5.3.2负荷循环试验（LCC运行的电缆系统）试验对象应经受：——负极性UT下，8个24h负荷循环；——正极性UT下，8个24h负荷循环；——8个24h负荷循环，同时UTP1下极性反转；——正极性UT下，3个48h负荷循环。除极性反转试验外，不同极性的负荷循环试验之间电压停顿时间推荐不小于24h，负荷循环不停止。6.5.3.3负荷循环试验（VSC运行的电缆系统）试验对象应经受：——负极性UT下，12个24h负荷循环；——正极性UT下，12个24h负荷循环；——正极性UT下，3个48h负荷循环。不同极性的负荷循环试验之间电压停顿时间推荐不小于24h，负荷循环不停止。6.5.4叠加冲击试验6.5.4.1概述直流叠加冲击电压试验应按4.3.6的要求在已通过负荷循环的试验对象上进行。6.5.4.2叠加操作冲击电压试验（LCC运行的电缆系统）试验对象应经受：——正极性U0下，叠加负极性操作冲击电压UP2,O连续10次；——负极性U0下，叠加正极性操作冲击电压UP2,O连续10次。6.5.4.3叠加操作冲击电压试验（VSC运行的电缆系统）试验对象应经受：——正极性U0下，叠加正极性操作冲击电压UP2,S连续10次；——正极性U0下，叠加负极性操作冲击电压UP2,O连续10次；——负极性U0下，叠加负极性操作冲击电压UP2,S连续10次；——负极性U0下，叠加正极性操作冲击电压UP2,O连续10次。6.5.4.4叠加雷电冲击电压试验试验对象应经受：——正极性U0下，叠加负极性雷电冲击电压UP1连续10次；——负极性U0下，叠加正极性雷电冲击电压UP1连续10次。若安装的电缆系统不直接或间接暴露在雷击下，则试验对象可不进行本项试验。对于长电缆系统中的转换接头，接头冲击电压确定时可考虑雷电冲击电压从终端到接头处的衰减。6.5.4.5随后的直流电压试验叠加冲击电压试验后，试验对象应在不加热的情况下经受负极性直流耐压试验，试验电压为UT，持续时间为2h。该试验开始前允许有一段停顿时间。6.5.5接头外保护层试验陆地电缆接头外保护层的试验步骤和要求应符合IEC62067中附录D的规定。6.5.6接头径向透水试验6.5.6.1概述该试验仅适用于水下转换接头。6.5.6.2准备接头试样应是经过6.4.2规定的机械试验，并进行至少10次24h负荷循环，24h负荷循环包括至少8h加热和至少16h自然冷却。转换接头中电流加热电缆应达到最低Tc,max侧的最大导体温度，每个循环加热阶段的至少最后2h保持恒定。应对转换接头的承受压力部件进行水压试验，试样应安置在压力容器中，两端应密封。6.5.6.3试验将试样浸入在对应敷设水深的压力水中，持续48h，水温为5°C~35°C。试验结束后，从水中取出试样，接头的阻水隔离结构应无水渗入迹象，且金属护套应无可见的变形。6.6检查转换接头应尽可能拆卸。用正常或矫正视力检查拆卸的转换接头，应无影响电缆系统正常运行的劣化迹象（如电气劣化、泄漏、腐蚀或有害的收缩，特别是在挤包电缆的密封分离处）。6.7合格判据，重新试验与试验中断型式试验结果合格的判据是试验对象在不中断的情况下通过所有电气型式试验，且非电气试验满足要求。由于外部因素引起电气型式试验的中断，试验可以继续。如果中断时间大于30min并不大于24h，当次负荷循环应重新进行。如果中断时间大于24h，该项循环（24h负荷循环试验，24h负荷循环的极性反转试验，48h负荷循环试验）应重新进行。负荷循环试验或叠加冲击电压试验中如果试验参数有偏离，该试验应重新进行。当几个试验对象同时试验时，部分试验对象发生绝缘击穿的情况下，应移去故障对象，其余试验对象按中断处理，故障对象则不满足试验要求。任何故障发生在转换接头延伸范围（挤包侧和绕包侧分别为1m和0.5m）内，则认为仅与该试验对象有关。抽样试验由于单个工程中使用的转换接头较少，抽样试验通常不适用。注：在特殊情况下，供需双方可商定是否进行抽样试验。安装后电气试验新安装的转换接头试验应在所有电缆及其附件安装完毕后进行。如需要，转换接头安装前可根据相关标准对接头两侧电缆分别进行试验。对转换接头两侧护套进行直流电压试验应参照以下进行：——挤出绝缘的新敷电缆段试验电压水平和持续时间应参照IEC60229第5章中规定，施加于金属护套/包带与地之间。——绕包绝缘的已运行电缆段试验电压水平和持续时间应根据现场实际确定。转换接头推荐的试验电压应限制在两侧电缆系统的最低试验电压，如加负极性直流电压1.4U0，试验持续时间为15min。对于已投运的电缆系统，试验参数应根据具体情况进行评估。T/CECXXXXX—201XPAGEPAGE10附录A

（资料性附录）

电缆转换接头制作流程1.对挤包和绕包电缆进行锯断、开剥处理，开剥时套上保护铜上的两块压板。2.将两端异径导体各剥削露出约60mm的裸导体。图A.1两段各60mm裸导体3.在两侧裸导体后剥出导体屏蔽层20mm，并将两侧电缆绝缘层各剥削出长度120mm的反应力锥。图A.2剥出导体屏蔽层图A.3反应力锥4.在裸导体上装上铜接管，对称压接、搓平并擦拭。在压接后的导体上绕包一层半导电屏蔽纸带。图A.4绕包半导电屏蔽纸5.在铜接管后直径突变处使用半导电屏蔽纸带绕包，使其直径变化相对平缓。图A.5铜接管后直径突变处绕包半导电屏蔽纸带6.使用聚四氟丙乙烯重叠绕包恢复接头处的绝缘层，绕包时均匀拉伸包带。每层绕包后需涂绝缘油增强绝缘性能。图A.6增强绝缘性能7.在聚四氟丙乙烯绕包层上半重叠绕包一层半导电屏蔽纸带。8.在绕包好的接头上套上铅管，并将铅管端口压到原来电缆铅护套上3-5cm处，用煤气喷枪加热铅锡焊条将铅管与原铅套完全密封。（注意：为避免对电缆造成损伤，用喷枪加热时不能对着电缆加热，只能加热铅锡焊条，然后滴到封口处进行铅封）。图A.7焊接铅护套

附录B

（资料性附录）

连接不同绝缘电缆的转换接头中温度分布转换接头可用于连接工作在不同温度下的交联聚乙烯绝缘（XLPE）电缆和纸绝缘电缆。为计算使高压直流（HVDC）接头两侧电缆温度达到稳定的接头盒长度，构建了一个简化轴对称2D模型。众所周知，热量会沿着均匀材料属性的传导棒从高温点传到低温点。IEC60287中已介绍了电缆额定电流的计算，但转换接头额定值没有包含在内，更复杂的是接头段更高的径向热阻导致此位置温度更高。下图表示一个带有两个相同电缆极的HVDC转换接头托架。图B.1HVDC接头盒布局表B.1图B.1中的区域假设电缆系统A点工作在比C点温度高状态因此温度随空间而调整，使得当电缆处于B点时，温度等于C点温度加上由于接头绝缘TR引起的温差。B点温度应该已经和C点一致由于第二条电缆可以通过温度叠加重构，因此可以去除相互加热元件使构造进一步简化。电缆之间的距离对工作温度有直接影响。型式试验必须复制最高温度条件，现场的电缆必须符合这些条件，或者增加间距使条件限制在规范范围内。例如，位置A处的XLPE电缆系统可能工作在90ºC下，而B处的MI电缆系统的最高工作温度为50ºC。纵向热流如何影响温度分布以及在何种距离上是不确定的。使用有限元软件运行一系列模型，根据导体产生的体积热量来评估纵向热流量，并调整与电缆的最大工作温度相匹配。图B.2单独高压直流电缆和接头的有限元（FEA）模型该模型的其他关键参数如下：—模拟转换接头在1000mm深度和@1K.m/W海底环境；—剥离铠装；—接头本体含有环氧树脂；—模型长度为10m；—导体1000mm2Cu与1600mm2Cu连接；—最大限度接近电缆温度（但由于间距增加而降低）；—接头连接点在5米处。按以下情景建模：表B.2有限元分析参数第一部分(1000mm2)第二部分(1600mm2)XLPE(70ºC)MI(50ºC)XLPE(90ºC)MI(50ºC)PPLMI(85ºC)XLPE(70ºC)图B.3表示从XLPE电缆到MI电缆转换接头应用场景。接头区以外的XLPE电缆几乎工作在最大导体温度下，就如在图B.1的A点。温度随着两相之间间距的