水下电连接器性能鉴定试验研究

2021-01-08赵宏力美钻能源科技上海有限公司上海200941

化工管理 2021年6期

赵宏力(美钻能源科技(上海)有限公司，上海 200941)

0 引言

据资料研究，中国南海70%的石油储量在深水中，南海石油储量占中国石油总量的1/3[1]。水下电连接器(以下简称“电连接器”)是油气开采设备的关键部件，广泛应用在水下采油树SCM对接盘等设备上。国内早有科研机构及企业对电连接器进行研制，但是目前几乎没有比较成熟可靠的产品。究其原因就是电连接器密封技术难度大，以及电连接器性能鉴定技术不成熟。目前电连接器市场被Cameron、FMC等国外公司所垄断。研发中国自主知识产权的电连接器，对促进国内深水油气开采，提升中国深水采油气技术竞争力，保障深水油气安全采油气具有深远意义。电连接器性能试验测试是产品质量保障和质量控制体系中的重要环节。通过电连接器性能鉴定试验，可以验证电连接器机械插拔寿命、产品密封的可靠性、产品设计的合理性等。

目前国内多家科研机构及企业针对水下电连接器的研发已经开展多年[2-3]，但是电连接器性能鉴定试验技术研究较少，亟待深入研究。

1 水下电连接器简介

电连接器由插头、插座组成。电连接器插头和插座后端密封方式相同，都是采用O型密封圈及硅胶组合成的二级密封，前端密封略有不同，插头前端采用传统O型密封圈密封；插座前端则采用O型密封圈及绝缘油两种方式实现二级密封。绝缘油除了密封作用外，还起着电连接器在深水中内外压力平衡的作用。

电连接器的关键核心技术是密封技术，电连接器密封状态有两种：(1)电连接器插头和插座在未插合状态下及已插合状态下的静态密封；(2)电连接器插头和插座在插合过程中的动态密封。二者比较而言，动态密封是密封技术中的核心技术。

2 水下电连接器性能鉴定试验要求

2.1 外观检查(电极针)

外观检查要求：电连接器插头电极针外表涂层光滑致密，涂层无气泡、针孔、麻点、起皮或其他影响涂层质量的缺陷。

外观检查方法：使用30倍放大镜检查。

2.2 摩擦寿命试验

摩擦寿命试验要求：电连接器插拔时，电连接器插头穿过插座的橡胶密封件，要求在200次寿命要求期间，电连接器插头涂层不得脱落及橡胶件密封处无磨损；电连接器插座预安装时，模拟电连接器插拔状态，电极插拔100次。试验后电连接器插头电极针表面涂层没有明显磨损痕迹，涂层无脱落起皮等影响导电与绝缘性能的缺陷及橡胶件密封处无磨损。

寿命试验方法：插座、插头安装在工装上，驱动器驱动插头进行插拔。

2.3 电性能试验

电连接器插头电性能试验要求：涂层绝缘测试不小于20 GΩ@2 500 VDC、耐电压测试常温状态下2 500 V绝缘电阻大于20 GΩ；

试验方法：绝缘电阻按照GJB 1217—1991中3003规定的试验方法对电连接器进行试验，耐电压按照GJB 1217中3001规定的试验方法对电连接器进行试验。

2.4 壳体强度试验

壳体强度试验要求：电连接器需在海水下1 500 m工作，即16.5 MPa环境。要求壳体强度安全系数不小于2。对壳体进行液压强度试验，试验介质为纯净水，试验压力为33 MPa，承压5 min。保压后，壳体(内腔)无冒汗(内腔)、滴漏等现象，试验后壳体无裂纹等缺陷；

试验方法：电连接器安装在模拟试验舱内，试验舱内加注满纯净水并增压33 MPa。

2.5 电缆试验

电缆绝缘电阻、耐电压试验要求：电缆绝缘电阻不小于5 GΩ@2 500 VDC@10M，耐电压1 000 V。

试验方法：绝缘电阻按照GJB 1217—1991中3003规定的试验方法对电连接器进行试验，耐电压按照GJB 1217中3001规定的试验方法对电连接器进行试验。

2.6 密封性能试验

密封性能测试要求：外加氦气压力16.5 MPa，指标要求不大于1.0×10-6Pa·m3/s；

试验方法：使用氦质谱捡漏仪进行漏率检验。

2.7 插合力测试试验

插合力试验要求：插合力不大于600 N；

试验方法：按照GJB 1217—1997中的2013试验方法进行。

2.8 电性能试验

电连接器插座电性能测试要求：接触电阻不大于5毫欧姆；各相与外壳的绝缘电阻不小于2 GΩ@2 500 VDC；各相之间的绝缘电阻不小于5 GΩ@2 500 VDC；耐压不小于1 000 VDC；

试验方法：绝缘电阻按照GJB 1217—1991中3003规定的试验方法对电连接器进行试验，耐电压按照GJB 1217中3001规定的试验方法对电连接器进行试验。

2.9 高低温试验

零件及组件高低温试验。

高低温试验要求：高温+55 ℃试验1 h恢复常温后测试性能满足要求；低温-18 ℃，1 h恢复常温后测试性能满足要求；

试验方法：高温按照GJB 150.3—1986试验方法进行；低温按照GJB 150.3—1986试验方法进行。

高低温箱设备信息如下：

试验设备：THERMOTRON高低温循环箱；型号：HPS-16、SMPLUS-18C；最大设定值：100 ℃；波动值：±0.3 ℃；偏差值：2.7 ℃。

2.10 电连接器插头组件试验

2.10.1 密封性测试

密封性测试要求：漏率不大于1×10-7Pa·m3/s；试验方法：使用气压16.5 MPa，使用氦质谱捡漏仪进行漏率检验。

2.10.2 电能测试

电连接器插头组件电性能测试要求：各相与外壳的绝缘电阻不小于15 GΩ@2500 VDC耐压不小于1 000 VDC；试验方法：绝缘电阻按照GJB 1217—1991中3003条规定的试验方法对电连接器进行试验，耐电压按照GJB 1217中3001条规定的试验方法对电连接器进行试验。

2.10.3 高低温试验

连接器插头组件高低温测试要求：高温+55 ℃测试1 h、低温-18 ℃测试1 h组件无破损、形变等异常；试验方法：高温按照GJB 150.3—1986试验方法进行；低温按照GJB 150.3—1986试验方法进行。

2.11 电连接器插座组件带电缆测试

电连接器插座组件带电缆测试要求：绝缘电阻不小于10 GΩ@2 500 VDC；水下绝缘电阻不小于10 GΩ@2 500 VDC；测试方法：绝缘电阻按照GJB 1217—1991中规定的试验方法进行试验。

2.12 电连接器插头组件带电缆测试

电连接器插头组件带电缆测试要求：绝缘电阻不小于10 GΩ@2 500 VDC；水下绝缘电阻不小于10 GΩ@2 500 VDC；测试方法：绝缘电阻按照GJB 1217—1991中3003条规定的试验方法进行试验。

2.13 试验件性能测试

在电连接器插座组件和电连接器插头组件完成规定测试项目后，进行总装。产品完成总装后进行试验测试。

2.13.1 干插拔绝缘电阻测试

干插拔绝缘电阻测试要求：4芯插座、插头干插合状态下绝缘电阻不小于10 GΩ@2 500 VDC；测试方法：绝缘电阻按照GJB 1217—1991中3003条规定的试验方法进行试验。

2.13.2 湿插拔试验(寿命试验)

将产品安装于水下模拟试验装置，并加满水。分别增压至10 MPa，保持5 min后增压至16.5 MPa，对电连接器进行了绝缘测试，要求与未增压数据一致。

2.13.3 寿命试验

寿命试验要求：根据电连接器性能指标要求，在1 500 m水下插拔50次，绝缘性能不降低。试验方法：按照GJB 1217—1997中3003条试验方法进行试验。

2.13.4 承压试验

承压试验要求：根据技术协议的要求，在1 500 m水下进行500 h的承压试验，电连接器无泄漏、变形、破坏。插合及拔出状态分别测试绝缘电阻不小于10 GΩ@1 500 VDC；试验方法：试验时将产品安装于水下模拟试验装置内，注满水并增压致16.5 MPa，试验过程中保持这个压力。为了保证试验的连续性，湿插拔试验、寿命试验和承压试验是同时交叉进行的，试验一共进行21天(500 h)。电连接器性能测试试验就我国而言没有完善的试验程序，急需完善以促进电连接器的研发。