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浅议XLPE直流海底电缆的开发

北极星输配电网  来源:亨通集团    2015/9/16 9:39:26  我要投稿  

北极星输配电网讯:近年来随着电线电缆生产企业不断向着高端电缆市场坚定的迈进以及直流输电技术的应用,成功的带动了直流电缆的生产,光纤复合XLPE直流海底电缆是直流电缆的一个类别,较普通陆用电缆相比,其设计、制造、施工安装显的相对困难和复杂,光纤复合XLPE直流海底电缆性能、长度、中间接头和使用寿命在内的一些关键技术指标,决定于电缆的设计、材料、制造与安装水平。目前,世界上只有瑞典ABB公司、法国Nexans公司等已经成功研制开发该产品。

真正意义上的高压直流(HVDC)输电技术始于20世纪20年代,直到1954年,连接哥特兰岛与瑞典大陆之间的世界上第一条高压直流输电线路的成功建成,高压直流输电技术才进入到商业化时代。直流输电工程主要应用于风力发电、电力交易、电网互联、海上钻井平台供电等领域。

因受输电容量和电压等级、换流站造价、可关断器件的耐压水平、变换器结构、控制水平限制,直流输电目前在国内输配电系统应用还没有普及。光纤复合XLPE直流海底电缆,因受绝缘、屏蔽材料制约,在国内还处于研究、试制阶段。

一、与传统交流海底电缆对比直流海底电缆具备的优势

海底电缆为长距离大容量电力传输,直流输电导线根数少,电阻的发热损耗也就相对小 (1000km<3%,比交流输电减少损耗30-40%),特别适合可再生能源(如风电和太阳能)、海洋中岛屿、海上平台等电力传输,大大提高了电力传输中的节能效果,对减少二氧化碳的排放也具有实际的经济技术意义;XLPE直流海底电缆在铺设过程中需要的线路走廊窄,能够节约安装成本,减少海缆工程施工量1/3,海缆路由占用海床空间少1/2;以海水做接地极回路时,节省陆地接地极投资;除了登陆地段以外,电缆大多在一定测试的海底,补收风浪等自然环境的破坏和人类生产活动的干扰,所以电缆安全稳定、保密性能好,可连接各地(不同频率、相邻的国家或者区域)电网;可实现隔离海域两端电力系统故障,避免互联电网大面积停电;虽然海缆输送容量大、损耗小,但是海水散热快,因此海缆绝缘热老化损坏程度也就大大降低。

二、亨通高压XLPE直流海底电缆开发的条件和技术创新

1、产品结构设计:导体最高工作温度70°C,短路时(5s)导体允许温度160°C。

电缆设计运行的绝缘内最大温差20°C;绝缘场强限定值20kV/mm(有报道称国外按30kV/mm),基于这些参数进行绝缘厚度的计算及校核,设计安全可靠的绝缘厚度;

2、大截面导体制造:设计一次性绞制和分层绞制两套方案,通过试制最终选择分层绞制工艺完成1000mm2、1600mm2和1800mm2大截面导体的生产,为XLPE直流海底电缆产品试制打通第一道难关。

3、绝缘挤出工艺:由于直流海底电缆绝缘内副产物分布不均匀、内部缺陷(微孔、杂质等)都能引起产品运行中空间电荷的集聚,造成电缆故障。亨通高压稳定的挤出、控制交联温度,设计挤出模具、稳定的挤出压力控制,确保绝缘内部的稳定性,优化设计的去气工艺,保证最大限度去除绝缘内副产物。

4、软接头设计与制作:国内没有可借鉴的经验,直流与交流运行机理的不同,XLPE交流海底电缆软接头的经验不能完全复制,亨通高压建有软接头制作千级洁净操作室,并配备专用工装模具,配置了经验丰富的制作人员,采用模塑工艺,通过与国内权威科研机构的合作,成功设计出XLPE直流海底电缆软接头制作及检测方案,保证接头部分与电缆本体具有相接近的机械性能和电气性能。并且成功完成±160kV、±200kV和±320kV三个电压等级海底电缆软接头制作,通过相关试验。

三、亨通高压在XLPE直流海底电缆研究上阶段性成果及前景展望

目前国内对XLPE直流海底电缆还处于研发、试制、试验阶段,亨通高压在2012年成功试制出型号为DC-HYJQ41-F-160kV 1×1000(含软接头)XLPE光纤复合直流海底电缆,随后于2013年开发了±200kV和±320kV 直流海底电缆。在2013~2014年亨通高压先后研制±160kV、±200kV和±320kV直流交联聚乙烯绝缘海底电缆送国家电线电缆检测中心检测,并全部获得型式试验报告。

随着新能源的不断发展以及我国能源消耗的增长,我国直流输电技术将不断提升,国家会投入大量人力和物力发展直流输电技术。作为亨通高压,也将会抓住机遇,直面挑战,吸引更多有经验的技术型人才,提高自身的创新能力,争取在技术上有更大的突破,抢占直流输电的技术高峰;加强与客户的交流,了解客户及市场的需求及发展动向;与同行业资深企业通力合作,克服生产过程中遇到的难题;加强与设计院的交流,结合自身原有的设备优势,试制出更多的新产品以满足市场的需求,最终提高能源传输效率。

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