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一種不等徑海纜導(dǎo)體連接質(zhì)量的判斷方法與流程

文檔序號(hào):42300675發(fā)布日期:2025-06-27 18:42閱讀:14來源:國知局

本發(fā)明涉及海纜檢測(cè)領(lǐng)域,尤其涉及一種不等徑海纜導(dǎo)體連接質(zhì)量的判斷方法。


背景技術(shù):

1、近年來,隨著海上風(fēng)電及海島供電工程的快速發(fā)展,海底電纜(以下簡稱“海纜”)作為電能傳輸?shù)暮诵妮d體,其建設(shè)規(guī)模顯著擴(kuò)大。典型海纜線路長度可達(dá)數(shù)十公里,主要由海中段與登陸段構(gòu)成:海中段長期浸沒于海水或埋設(shè)于海床下,環(huán)境溫度相對(duì)穩(wěn)定且散熱條件優(yōu)良;而登陸段自海岸線延伸至陸地,涵蓋潮間帶(周期性淹沒與裸露)及岸上區(qū)域,面臨復(fù)雜的環(huán)境挑戰(zhàn)。實(shí)測(cè)研究表明,登陸段受空氣與海水溫度雙重波動(dòng)影響,環(huán)境溫度顯著高于海中段,加之散熱條件受限(如土壤熱阻、潮汐沖刷導(dǎo)致的覆蓋層變化等),導(dǎo)致該段成為整條線路載流量的瓶頸區(qū)域。據(jù)統(tǒng)計(jì),同等截面下登陸段海纜的穩(wěn)態(tài)溫升較海中段高,直接制約線路整體輸送能力。

2、目前行業(yè)普遍采用“短板匹配”設(shè)計(jì)原則,即根據(jù)登陸段的載流量極限確定整條海纜的導(dǎo)體截面。此方法雖能保障安全運(yùn)行,卻造成數(shù)十公里海中段導(dǎo)體載流能力冗余,導(dǎo)致材料成本增加,嚴(yán)重降低工程經(jīng)濟(jì)性?,F(xiàn)有改進(jìn)方案聚焦于優(yōu)化登陸段散熱條件,例如去除岸上段鎧裝層以增強(qiáng)對(duì)流散熱,但實(shí)際載流量提升效果不足,且可能犧牲機(jī)械防護(hù)性能。與此同時(shí),隨著敷設(shè)技術(shù)的突破(如船載500kv軟接頭工藝),不等徑連接技術(shù)逐步應(yīng)用于登陸段,通過差異化設(shè)計(jì)海中段與登陸段導(dǎo)體截面,實(shí)現(xiàn)載流能力的精準(zhǔn)匹配。然而,該技術(shù)面臨兩大核心難題:

3、現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)僅針對(duì)等徑導(dǎo)體連接制定電阻與溫升測(cè)試方法,無法有效評(píng)估不等徑連接處的界面電阻穩(wěn)定性及截面過渡區(qū)的熱-電耦合效應(yīng);不等徑連接處因材料異質(zhì)性與幾何突變,在負(fù)荷波動(dòng)及環(huán)境溫度變化下易產(chǎn)生局部過熱,現(xiàn)有靜態(tài)電阻檢測(cè)手段難以捕捉此類時(shí)變特性。

4、因此,亟需建立一套涵蓋多物理場(chǎng)耦合分析的不等徑連接質(zhì)量評(píng)價(jià)方法,以解決截面差限值判定、動(dòng)態(tài)電阻特性表征及空間熱分布驗(yàn)證等關(guān)鍵技術(shù)問題,為海纜線路的精細(xì)化設(shè)計(jì)與安全運(yùn)行提供理論支撐。


技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題和提出的技術(shù)任務(wù)是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)方案進(jìn)行完善與改進(jìn),提供一種不等徑海纜導(dǎo)體連接質(zhì)量的判斷方法,以實(shí)現(xiàn)對(duì)不等徑海纜導(dǎo)體連接的限值及其可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)目的。為此,本發(fā)明采取以下技術(shù)方案。

2、一種不等徑海纜導(dǎo)體連接質(zhì)量的判斷方法,包括以下步驟:

3、1)制備三個(gè)平直的等長導(dǎo)體樣品,包括不等徑海纜導(dǎo)體樣品、大截面導(dǎo)體樣品和小截面導(dǎo)體樣品;不等徑海纜導(dǎo)體樣品具有位于樣品中間位置的不等徑段,不等徑段兩端分別連接與大截面導(dǎo)體樣品等徑的大截面段和與小截面導(dǎo)體樣品等徑的小截面段;測(cè)量不等徑段長度;

4、2)在室溫環(huán)境下分別測(cè)量三個(gè)樣品的初始狀態(tài)電阻值a1、b1、c1,并換算成標(biāo)準(zhǔn)溫度下的電阻值a1、b1、c1;

5、3)將三個(gè)樣品串聯(lián)形成回路,持續(xù)施加預(yù)定負(fù)荷電流,當(dāng)所述小截面導(dǎo)體樣品的溫度超過設(shè)定閾值時(shí),同步測(cè)量三個(gè)樣品的溫度及對(duì)應(yīng)的負(fù)荷狀態(tài)電阻值a2、b2、c2,并換算成標(biāo)準(zhǔn)溫度下的電阻值a2、b2、c2;

6、4)待樣品冷卻至室溫后,測(cè)量恢復(fù)狀態(tài)電阻值a3、b3、c3,并換算成標(biāo)準(zhǔn)溫度下的電阻值a3、b3、c3;

7、5)根據(jù)換算成標(biāo)準(zhǔn)溫度下的電阻值計(jì)算初始狀態(tài)、負(fù)荷狀態(tài)和恢復(fù)狀態(tài)下不等徑段的等效電阻值d1、d2和d3;根據(jù)大、小截面導(dǎo)體的標(biāo)準(zhǔn)溫度下電阻最高限值和等效電阻值d1、d2和d3進(jìn)行第二判據(jù)驗(yàn)證;

8、通過判據(jù)結(jié)果判定連接質(zhì)量,當(dāng)滿足判據(jù)時(shí),判定不等徑段連接質(zhì)量合格。

9、本技術(shù)方案通過施加持續(xù)負(fù)荷電流,模擬海纜實(shí)際運(yùn)行中的長期載流工況,捕捉不等徑連接處在熱循環(huán)下的電阻變化,有效評(píng)估熱穩(wěn)定性。冷卻后電阻測(cè)量(a3/b3/c3)驗(yàn)證連接處是否存在不可逆損傷(如塑性變形、氧化層生成),避免隱性缺陷漏檢。將實(shí)測(cè)電阻值統(tǒng)一換算至標(biāo)準(zhǔn)溫度,消除環(huán)境溫度波動(dòng)對(duì)測(cè)試結(jié)果的干擾,確保數(shù)據(jù)可比性。能有效提高精準(zhǔn)性,為海纜線路的智能化升級(jí)與降本增效提供了關(guān)鍵技術(shù)保障。

10、作為優(yōu)選技術(shù)手段:步驟5)還包括:根據(jù)直接測(cè)得的電阻值計(jì)算初始狀態(tài)、負(fù)荷狀態(tài)和恢復(fù)狀態(tài)下不等徑段的等效電阻值d1、d2和d3;根據(jù)大、小截面導(dǎo)體的電阻最高限值和等效電阻值d1、d2和d3進(jìn)行第一判據(jù)驗(yàn)證。

11、第一判據(jù)可以先于第二判據(jù)驗(yàn)證,判斷初始狀態(tài)、負(fù)荷狀態(tài)和恢復(fù)狀態(tài)下的大、不等徑段、小直徑的電阻值分布規(guī)律的相似性,優(yōu)先執(zhí)行第一判據(jù)驗(yàn)證,快速篩選異常樣本,若第一判據(jù)未通過,則可以直接提示不等徑段存在異常,以提高效率。

12、作為優(yōu)選技術(shù)手段:在測(cè)量電阻值時(shí),兩測(cè)量端的間距為1米。

13、1米間距與標(biāo)準(zhǔn)推薦的導(dǎo)體電阻測(cè)量方法一致,確保測(cè)試結(jié)果可比,方便將測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換為單位長度電阻,消除樣品長度差異影響,便于工程設(shè)計(jì)與性能對(duì)標(biāo),1米標(biāo)準(zhǔn)間距適配常規(guī)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備,無需定制夾具,單次測(cè)試成本降低。可以確保每次測(cè)量的條件一致,減少因測(cè)量長度不同而導(dǎo)致的誤差,使得測(cè)量結(jié)果更具可比性和準(zhǔn)確性,能更精確地反映不等徑段的電阻特性。統(tǒng)一的測(cè)量長度標(biāo)準(zhǔn)有利于形成標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)量流程和規(guī)范,方便不同操作人員在不同時(shí)間、不同地點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量時(shí)都能遵循相同的標(biāo)準(zhǔn),提高測(cè)量的可重復(fù)性和可靠性,便于對(duì)不同樣品的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較和分析。1米是電阻測(cè)試儀的標(biāo)準(zhǔn)探針間距,無需定制夾具或調(diào)整設(shè)備,測(cè)試效率提升。

14、兩測(cè)量端的間距為1米,因此樣品長度可以為1.2-2.0米。保證不等徑段的代表性、實(shí)驗(yàn)室操作的可行性、測(cè)量精度、成本效益、與測(cè)量設(shè)備的兼容性。限定樣品長度為1.2-2.0米,在電磁特性仿真精度、實(shí)驗(yàn)成本、缺陷檢測(cè)靈敏度之間實(shí)現(xiàn)帕累托最優(yōu),為不等徑連接質(zhì)量評(píng)價(jià)提供了高性價(jià)比的標(biāo)準(zhǔn)化解決方案。

15、作為優(yōu)選技術(shù)手段:在步驟5)中,初始狀態(tài)、負(fù)荷狀態(tài)、恢復(fù)狀態(tài)下的不等徑段等效電阻值d1、d2、d3的計(jì)算公式為:,式中,n=1,2,3,對(duì)應(yīng)不同測(cè)試階段;為兩測(cè)量端間的小截面段長度,為兩測(cè)量端間的大截面段長度;為不等徑段長度。

16、通過公式:,將總電阻an分解為大截面段()、小截面段()和不等徑段()的貢獻(xiàn),精準(zhǔn)隔離連接處的等效電阻特性,通過分離各段的電阻,可以更精確地評(píng)估連接處的質(zhì)量。針對(duì)初始、負(fù)荷、恢復(fù)三狀態(tài)(n=1,2,3),分別計(jì)算dn,反映不等徑段在熱循環(huán)下的電阻變化規(guī)律(如可逆膨脹、不可逆氧化)。有利于提升缺陷檢出率與經(jīng)濟(jì)性。

17、作為優(yōu)選技術(shù)手段:在步驟5)中,標(biāo)準(zhǔn)溫度下的不等徑段等效電阻d1、d2和d3的計(jì)算公式為:。將各狀態(tài)電阻值統(tǒng)一換算至標(biāo)準(zhǔn)溫度,消除環(huán)境溫度波動(dòng)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響,使不同時(shí)間、地點(diǎn)測(cè)得的數(shù)據(jù)具有直接可比性。通過計(jì)算大、小截面段的標(biāo)準(zhǔn)化電阻貢獻(xiàn),精確扣除其影響后,剩余電阻完全表征不等徑段的真實(shí)特性,避免傳統(tǒng)整體測(cè)量法的“信號(hào)淹沒”問題,為海纜工程提供了高靈敏度、低成本、標(biāo)準(zhǔn)化的質(zhì)量管控工具。

18、作為優(yōu)選技術(shù)手段:步驟5)還包括:對(duì)不等徑海纜導(dǎo)體樣品在長度方向?qū)嵤┒帱c(diǎn)電阻測(cè)量,通過多點(diǎn)電阻測(cè)量值計(jì)算得到不等徑段的平均等效電阻值y,通過等效電阻值d1、d2和d3計(jì)算平均電阻值d,根據(jù)平均電阻值y和平均電阻值d進(jìn)行第三判據(jù)驗(yàn)證。

19、通過不等徑段不同位置(如近大截面端、中間、近小截面端)的電阻測(cè)量,有利于識(shí)別局部接觸不良、材料夾雜或幾何變形等空間分布缺陷。多點(diǎn)測(cè)量的均值有效抑制隨機(jī)誤差。

20、d為基于動(dòng)態(tài)負(fù)荷實(shí)驗(yàn)(初始、負(fù)荷、恢復(fù)三狀態(tài))的等效電阻平均值,反映不等徑段在熱循環(huán)下的綜合性能;y為常溫下多點(diǎn)測(cè)量的空間等效電阻均值,反映靜態(tài)分布特性;y和d做比較可以體現(xiàn)動(dòng)態(tài)與靜態(tài)的差別,防止因熱損傷(如氧化、蠕變)或工藝波動(dòng)導(dǎo)致的性能偏離,實(shí)現(xiàn)了對(duì)不等徑連接質(zhì)量的全維度驗(yàn)證,為海纜安全運(yùn)行與全生命周期管理提供了關(guān)鍵支撐。

21、作為優(yōu)選技術(shù)手段:平均等效電阻值y的計(jì)算公式為:,式中:為在第i位置時(shí)的不等徑段等效電阻值,m為位置總數(shù);,式中:第位置測(cè)得的電阻值并換算成標(biāo)準(zhǔn)溫度下的總電阻值;為第位置時(shí)的兩測(cè)量端間的小截面段長度;為第位置時(shí)的兩測(cè)量端間的大截面段長度。

22、多點(diǎn)空間平均,提升數(shù)據(jù)穩(wěn)定性與可靠性,通過計(jì)算多個(gè)測(cè)量點(diǎn)等效電阻值的平均值,顯著抑制局部隨機(jī)誤差(如接觸不良、材料微觀不均勻性),將數(shù)據(jù)離散度降低,確保整體評(píng)估結(jié)果更接近真實(shí)值。所有均換算至標(biāo)準(zhǔn)溫度,消除環(huán)境溫度波動(dòng)對(duì)電阻值的干擾,使得不同時(shí)間、地點(diǎn)、季節(jié)的測(cè)試結(jié)果可直接對(duì)比。通過除以不等徑段長度l3,將總電阻值轉(zhuǎn)換為單位長度電阻(ω/m),使不同尺寸樣品的測(cè)試結(jié)果具備直接可比性。本方案通過多點(diǎn)空間平均、動(dòng)態(tài)參數(shù)解耦和溫度-長度雙歸一化,實(shí)現(xiàn)了對(duì)不等徑連接質(zhì)量的高精度、全維度評(píng)估。

23、作為優(yōu)選技術(shù)手段:在步驟5)中,依據(jù)執(zhí)行三個(gè)判據(jù)判斷不等徑段連接質(zhì)量是否合格:

24、第一判據(jù):各dn值不超過對(duì)應(yīng)bn與cn最大值的1.1倍;

25、第二判據(jù):各dn值不超過對(duì)應(yīng)bn與cn最大值的1.05倍;

26、第三判據(jù):|y-d|≤5%;

27、當(dāng)且僅當(dāng)同時(shí)滿足三個(gè)判據(jù)時(shí),判定不等徑段連接質(zhì)量合格。

28、由于采用l總長為1米,所以在計(jì)算時(shí),可以直接采用bn、cn進(jìn)行計(jì)算,不必再除以l。通過判據(jù)dn≤1.1×max(bn,cn),強(qiáng)制要求不等徑段在初始態(tài)、負(fù)荷態(tài)、恢復(fù)態(tài)下的等效電阻不超過大、小截面導(dǎo)體電阻的1.1倍,確保連接處在熱循環(huán)沖擊下保持穩(wěn)定,避免過載導(dǎo)致的溫升失控(如海纜登陸段常見的熱瓶頸問題)。dn≤1.05×max(bn,cn),基于標(biāo)準(zhǔn)溫度下的電阻值,消除環(huán)境溫度波動(dòng)干擾,精準(zhǔn)評(píng)估連接處的固有電阻特性。較動(dòng)態(tài)判據(jù)(1.1倍)更嚴(yán)格(1.05倍),確保導(dǎo)體材料在熱脹冷縮后仍符合設(shè)計(jì)要求。∣y-d∣≤5%,可以識(shí)別局部缺陷或工藝不均。通過動(dòng)態(tài)性能驗(yàn)證、溫度標(biāo)準(zhǔn)化控制及空間分布校驗(yàn)的三判據(jù)聯(lián)合機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了對(duì)不等徑連接質(zhì)量的全生命周期、多物理場(chǎng)耦合評(píng)估。三重防線攔截?zé)釗p傷、材料缺陷與局部異常,有效提升海纜工程可靠性、降低全周期成本。

29、作為優(yōu)選技術(shù)手段:標(biāo)準(zhǔn)溫度為20℃。

30、直接使用可避免二次換算誤差。另外,20℃接近常規(guī)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度,無需額外溫控設(shè)備即可保持測(cè)量條件穩(wěn)定,降低測(cè)試成本。

31、作為優(yōu)選技術(shù)手段:在步驟3)中,持續(xù)施加預(yù)定負(fù)荷電流24小時(shí)后,再進(jìn)行后續(xù)的溫度測(cè)量。

32、持續(xù)24小時(shí)的負(fù)荷電流模擬了海纜在長期運(yùn)行中的實(shí)際工況,使導(dǎo)體內(nèi)部溫度分布達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在此穩(wěn)態(tài)下測(cè)量溫度,能夠準(zhǔn)確反映導(dǎo)體在持續(xù)高負(fù)載下的熱特性,避免瞬態(tài)溫度波動(dòng)導(dǎo)致的測(cè)量誤差。持續(xù)負(fù)荷有助于暴露潛在缺陷,這些缺陷可能在短期測(cè)試中未被發(fā)現(xiàn),但對(duì)長期運(yùn)行危害極大。通過模擬長時(shí)間運(yùn)行,有利于提前發(fā)現(xiàn)連接處的設(shè)計(jì)或工藝缺陷,避免實(shí)際應(yīng)用中因熱失效導(dǎo)致的海纜故障,降低運(yùn)維成本。

33、有益效果:本技術(shù)方案針對(duì)不等徑導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出了基于比較分析的不等徑導(dǎo)體電阻測(cè)量評(píng)價(jià)方法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)不等徑連接處熱穩(wěn)定性、界面電阻特性等的全維度評(píng)估,有效提高精準(zhǔn)性,解決對(duì)于不等徑海纜導(dǎo)體直流電阻測(cè)量難的問題,可用于指導(dǎo)相關(guān)測(cè)量分析工作;為海纜線路的智能化升級(jí)與降本增效提供了關(guān)鍵技術(shù)保障。

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