摘要
高压海底电力电缆是海上风电场向陆上输电的主要途径，目前海底高压直流输电电缆采用交联聚乙烯（crosslinkedpolyethylene，XLPE）作为绝缘结构的主要材料。直流耐压试验是XLPE直流电缆安装后的试验项目之一，该试验电压高于电缆额定工作电压，因此试验结束后需要对海底电缆进行快速放电，保护电缆绝缘介质不受损坏。此外，在高压海底电缆试验或放电的过程中，海底电缆终端与放电设备之间的引线可能发生脱落，造成海底电缆直接对地面放电，威胁试验现场人员与设备的安全，因此需要根据试验流程和试验场地实际环境制定并优化安全策略。 本文以三峡如东海上风电输电工程为对象，研究多级电阻串联的放电装置对海底电缆的快速放电策略，以及放电过程中试验现场的安全策略问题。 本文的工作包括： 提出海底电缆快速放电策略模型。本文以10级放电电阻串联的放电装置为研究对象，通过海底电缆终端放电回路的一阶RC等效电路，构建放电回路变阻值响应模型，得出放电过程中放电电阻电压、电流和功率的计算方法，并建立放电过程放电电阻的温度计算模型及其数值计算差分格式，同时提出了通过预测放电电阻电压、放电功率与累积温度进行的快速放电优化策略方法。该优化方法以通过预测短接一级电阻后放电电阻温度、功率和电压三个状态量出现的变化，并以其额定值为限制条件，判断各级电阻的短接时刻，从而实现快速放电。放电电阻温度的预测采用集中参数法估算，提高计算效率，以满足快速放电的时效要求。 提出试验现场安全策略优化模型。海底电缆放电的过程中高压引线发生脱落造成的试验现场地面跨步电压分布是主要风险源，试验现场安全策略围绕跨步电压分布展开。本文以海底电缆试验现场为研究对象，建立试验现场地面电势分布计算模型及其数值计算差分格式。试验现场地面电势分布是跨步电压计算的基础，由于跨步电压分布计算需要两点的电势，取点组合繁多，因此本文提出将试验现场划分为若干单元区域，跨步电压计算借助地面电场强度的安全区域划分方法。通过将试验现场划分为若干单元区域，使用电场强度分布求取各单元区域内跨步电压上限值，得出试验现场跨步电压分布特征，从而对安全区域进行划分。该方法避免了跨步电压定义式求解过程中由于计算点数量和位置不同产生的大量取点组合，在保证安全区域划分精度的同时大幅降低了计算复杂度。 最后，本文开展电阻温度及试验场地电势分布计算模型的实验验证。电阻温度和试验场地电势分布计算模型分别是快速放电策略模型和试验现场安全策略优化模型的基础，两者均为数值计算方法。通过开展计算模型的实验验证，并比较实验结果与模型计算结果的一致性，验证了模型的计算准确性，从而保证了快速放电及安全策略优化模型的合理性。
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