前沿|柔直海底电缆在我国超高压跨海电力工程中的应用

远东复合技术 2021-02-21 11:25:09

近年来,我国跨海输电工程不断实现突破。跨海输电工程中采用电缆—架空混合线路连接,不失为一种经济的选择。基于电压源换流器的高压直流输电,也就是我们所说的柔性直流,非常适用于向海岛供电、城市负荷中心增容、风电并网等,多采用直流电缆线路连接两端或者多端换流站。




▍柔直电缆应用于跨海输电


当前,全球海洋经济进入全面发展新时期,海洋科技创新将带来巨大的市场机遇。2017年5月,国家发展和改革委员会、国家海洋局对外公布了《全国海洋经济发展“十三五”规划》,规划提出要树立海洋经济全球布局观,主动适应并引领海洋经济发展新常态,提升海洋产业结构和层次,提高海洋科技创新能力。加之云计算、物联网、移动互联网等技术的快速发展,全球连接需求不断提升,海底光电缆成为ICT战略与能源互联网建设的发展基础,正在被视为重要的战略资产进行规划和建设。


据专家介绍,两端直流输电系统或者多端直流输电系统中,换流站之间的电能传输,可采用架空线路、电缆线路和架空—电缆混合线路这三种线路类型。我国基于晶闸管的相控换流器高压直流输电多用于大容量、长距离、点对点输电,两端换流站均远离城市中心,电压等级均在500千伏及以上,两端都采用架空线路连接。


目前,直流电缆已经较多的应用在跨海输电工程中,如舟山多端柔性直流输电示范工程总共敷设4段8条直流海缆,其中直流电缆输电线路141千米,交流220千伏输电线路22.5千米,交流110千伏输,电线路15.2千米。


从直流电缆制造工艺来分类,主要有绕包绝缘电缆和挤包绝缘电缆两类:

绕包绝缘电缆是采用专门的电缆纸带绕包在导体及其屏蔽外面,再使用绝缘油浸渍纸绝缘,消除纸带之间的空气隙。这种电缆又分黏性浸渍纸绝缘和充油纸绝缘两种类型电缆。黏性浸渍纸绝缘电缆可以制造中压、高压直流电缆,超高压、特高压要采用充油电缆的结构形式。


挤包绝缘电缆是采用塑料或橡皮,使用橡塑挤出机,将高分子材料挤包在导体及其屏蔽外面。塑料采用最多的是交联聚乙烯,可以用来制造低压、中压、高压、超高压电缆;橡皮主要是采用乙丙橡胶,制造低压直流电缆,用于轨道交通机车内等弯曲半径较小的地方。


▍柔直电缆需解决空间电荷问题


在当今世界范围内,中压、高压和超高压柔直挤包绝缘电缆均采用高聚物XLPE作为绝缘材料。国网电力科学研究院专家 表示,空间电荷问题是柔性直流电缆绝缘急需解决的难题,电缆绝缘空间电荷测量装置的研制及空间电荷陷阱能量分布的测量均有助于空间电荷问题的研究。


最近十几年发展起来的柔直输电中几乎都是采用挤包绝缘电缆。据了解,这种柔直电缆最先由ABB所属的电缆厂研发,并在20多个工程中运用。世界上知名的电缆公司以及日本、韩国的企业都在研发这种技术和产品。随着我国大连和厦门±320千伏两端柔直工程、舟山±200千伏五端柔直工程和南澳土160千伏三端柔直工程的驱动,已经有五家国内电缆公司正在研发这种柔直电缆。


然而,目前全球供应柔直电缆绝缘料的企业屈指可数,而且工作温度只有70摄氏度。与运行温度为90摄氏度的绝缘料相比,使用此柔直电流绝缘料制造的电缆,其输送容量较低。此外,电缆结构尺寸的设计理论缺乏,消除绝缘中空间电荷积累的制造工艺技术还需要研究;电缆连接件的材料和设计理论都急待解决;电缆系统的试验验证技术,比如试验终端等迫切需要解决。



▍柔直海底电缆不断取长补短


同时,国产柔直电缆现状是几乎均采用铜导体,这就造成造价高、重量重、铝套 容易电化腐蚀,所以外面涂沥青防腐层,外护套外面涂石墨导电层,以便进行外护套直流耐压,但沥青和石墨在电缆制造和使用中均易污染环境。海底电缆的金属套多采用铅套,铅是重金属,也会污染环境。


针对现有柔直电缆弊端,相关电缆企业及研究机构纷纷对柔直电缆重新进行设计。开发成本低、绿色环保的±320千伏和±200千伏新型柔直陆地和海底电缆。我国柔直电缆系统采用进口绝缘料的研究尚处于起步阶段,±160千伏柔直陆地和海底电缆已经定标两家国内电缆公司生产。


向遥远的海岛供电及海上风电并网时,会大量采用柔直海底电缆。柔直海底电缆未来的发展方向:将两根极线放在一起,一次性敷设完成,甚至还可以将光缆与两根极线放在一起同时完成敷设。不断开发高载流90摄氏度工作温度绝缘料,并设计出绿色环保的高压、超高压陆地和海底电缆结构,仍是未来柔直海底电缆的发展方向。


来源:中国电力报

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