垂直洋流下500 kV海缆电热耦合场和载流量研究

发展海上风电是实现“双碳”目标的重要举措。直流海缆是海上风电输电工程的重要装置,而海缆稳态载流量等研究对推动远海风电大规模开发具有重要意义。近年来高压直流海缆稳态载流量的相关研究考虑海洋环境因素较为单一且未充分考虑绝缘层温差的限制。文中建立了500 kV直流海缆与海水系统的电-热-流耦合模型,研究了单根和双极海缆在不同敷设方式下垂直洋流(垂直于海缆长度方向流动的洋流)流速,考虑绝缘层温差限制、双极不同间距等对载流量的影响。结果表明,相较于仅考虑线芯温度70℃限制,综合考虑绝缘层温差20℃限制的载流量更小,且相较于其他敷设方式,直埋敷设时绝缘层温差20℃限制对载流量的影响更小;双极海缆的载流量随双极间距增大而增加,流速为0.1 m/s时涡旋对海缆载流量有较小的提升作用;在绝缘层温差为6℃附近,电场发生翻转。研究结果可为敷设方式的选择以及载流量的预测和评估提供重要指导和参考。

±535 kV直流电缆绝缘厚度理论设计与验证

为确定张北柔性直流工程直流电缆的绝缘厚度,文中提出了一种直流电缆绝缘厚度设计方法;分析了寿命指数、击穿场强换算系数和Bahder系数3个关键因素对绝缘厚度的影响;通过建立方程组计算了±535kV直流电缆绝缘厚度;采用有限元仿真方法计算了不同电导率温度系数、电导率电场系数和绝缘温差下的电场分布和电场畸变率。研究表明,不同电导率温度系数、电导率电场系数和绝缘温差下,±535kV直流电缆绝缘电场畸变率均符合国家标准的要求,设计方法的合理性得到验证。研究结果为直流电缆绝缘厚度设计和验证提供了理论指导,为张北工程的建设提供技术支撑。

±525 kV直流海底电缆绝缘厚度设计与校核

本文以±525 kV柔性直流输电工程中的直流海底电缆为研究对象,开展了直流耐压试验、冲击耐压试验、梯度耐压试验,分析了绝缘材料的击穿场强、老化寿命指数、Bahder系数等关键参数,设计并计算了不同耐压条件下±525 kV直流电缆的绝缘厚度。基于直流电缆的电场分布和温度分布,对绝缘设计厚度进行校核。结果表明:直流电缆中电场分布的畸变程度主要由绝缘层温差决定,绝缘层温差主要由电缆导体通过的电流大小决定。综合考虑研究结果以及电缆长期安全可靠性,建议±525 kV直流电缆绝缘厚度设计按28 mm选取。

10 kV三芯交流电缆不同敷设情况下的直流化改造

交流线路的直流化改造可缓解城市部分线路供电压力过大的问题。为尽可能提高改造后电缆线路的功率传输能力,对改造后的运行参数即载流量和运行电压进行研究。文中以城市配电网常见的10 kV三芯交流电缆为例,对空气、直埋和排管3种敷设情况下的电缆进行直流化改造仿真研究。首先,依据温度场和电场仿真结果,得出3种敷设情况下电缆的直流载流量和合适的运行电压范围。然后,以仿真所得的载流量和运行电压为基础,分析电缆改造前后的最大传输功率。最后,对多回线路敷设时的温度场进行仿真。研究结果表明,3种敷设情况下,交流电缆直流化改造后,功率传输能力均有提升,且直埋敷设的提升效果最为明显。

10 kV交流XLPE电缆改为直流运行的温度场和电场仿真分析

将交流电缆配电线路改造为直流运行后,准确设计电缆的运行参数能在最大程度上利用原有线路的供电能力。为此,以10 kV电压等级交流配电网中广泛使用的典型3芯交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆为例,根据所选电缆的结构和材料参数,使用有限元分析软件ANSYS建立了电缆温度场和电场耦合仿真模型,并在直流运行方式为双极式的条件下对电缆的温度场和电场进行了仿真。研究结果表明:对于所选典型电缆,为避免空间电荷效应的影响,其直流电压等级的取值范围为±10~±20 kV;当电缆在温度为40℃的空气环境中敷设而且导体的长期工作温度为70℃时,其载流量约为440 A;同时,其最大输送功率约为改造前的1.3~2.6倍。所得结论以及所用设计条件、步骤可为相关工程提供一定参考。

厦门柔直工程±320kV直流电缆绝缘及外护层结构选型与论证

为了验证厦门柔直工程±320 kV直流电缆绝缘结构和外护层设计选型是否合理,对选用的直流电缆绝缘料进行了30、50、70℃下的高场电导特性和室温、70℃下的负极性直流击穿电场强度测试,并利用有限元多场耦合软件分析±320 kV直流电缆在绝缘厚度为26.0 mm时的电场及热场分布情况,最后参照GB/T 18380.35—2008中C类成束燃烧试验方法验证电缆外护层的阻燃特性是否满足工程要求。结果表明,选用的直流电缆绝缘料电导电流在同一电场强度作用下随着温度的升高而逐渐增大,在测试温度下材料的电老化阈值大于允许工作电场强度20 MV/m,室温和70℃下负极性直流击穿电场强度的Weibull分布结果分别为223.38 MV/m和162.81 MV/m。在空载和工程的额定负载下的有限元仿真结果表明,±320 kV直流电缆绝缘层中的最大电场强度均小于绝缘材料的允许工作电场强度,外护套形式为中密度PE+阻燃PE的双层护套电缆与单层阻燃护套电缆的C类成束燃烧试验炭化高度分别为1.4 m和0.8 m。因此±320 kV直流电缆绝缘和外护层结构的选型满足厦门柔直工程要求。

中国首根±525 kV XLPE绝缘直流电缆的设计与试验验证

介绍了中国首根±525 kV交联聚乙烯绝缘直流电缆的研制与试验情况。采用阻水带作为填充材料设计了3 000 mm^2型线阻水铜导体,通过计算导体填充系数可达95.5%,纵向透水试验结果表明,该导体在2 MPa水压作用下10 d后的透水距离为7.2 m,在1 m水柱作用下经受10次热循环后的透水距离为0.9 m。该直流电缆选用铜丝绞合作为金属屏蔽层,在铜丝内同时植入两根光纤单元,满足光纤通信和在线测温的要求;铝塑复合带与聚乙烯护套构成综合防水层,电缆整体外径比同规格皱纹铝套结构减小10%。为了验证±525 kV直流电缆的电气性能,进行了交流525 kV下的耐压和局部放电试验,并送国家电线电缆质量监督检验中心参照CIGRE TB496—2012和GB/T 31489.1—2015进行全性能型式试验,如复合循环、直流耐压、叠加冲击等并全部通过,负荷循环试验过程中导体最高温度大于70℃、绝缘层最大温差大于30℃。

110kV交联聚乙烯电缆的交接试验

探讨了 110 k V交联聚乙烯电缆交流试验有关规程中关于直流耐压试验的规定 ,介绍了苏州供电局交接试验的实施情况。电缆的试验及运行记录表明 ,其交接试验中直流耐压试验不是十分有效的方法 ;在交流耐压试验中采用施加正常系统相对地电压 2 4h的方法是简易可行的 ,必须检测电缆屏蔽层的对地绝缘电阻。

±400kV高压直流电缆绝缘厚度设计与验证

本研究以±400 kV高压直流模型电缆为研究对象,开展了直流耐压试验和冲击耐压试验,获取模型电缆在最高运行温度下的直流击穿电压和冲击击穿电压,求解其在直流击穿电压和冲击击穿电压下的电场分布;基于平均场强法和最大场强法分别设计±400 kV高压直流电缆绝缘厚度,并计算了直流电压和冲击电压下绝缘层电场分布;通过对比±400 kV高压直流电缆和模型电缆的电场分布,最终得出了±400 kV直流电缆绝缘厚度。结果表明:采用平均场强法进行高压直流电缆绝缘厚度设计时,绝缘厚度取决于冲击电压;而采用最大场强法进行绝缘厚度设计时,绝缘厚度取决于直流电压。

110kV智能变电站直流电源系统配置优化研究

针对如何合理选择110kV智能变电站直流电源系统设备的问题,提出对实际直流负荷进行分类统计,并根据计算结果合理选择相应设备参数的方案。通过对通用设计方案中直流负荷进行分类统计和计算,得出蓄电池组、UPS电源、高频充电模块等主要设备的额定容量和额定电流值。详细分析了直流馈线屏馈线电缆截面积和馈线开关的选择原则,并计算得出合理参数值,为其它同等规模变电站的建设提供参考。

电缆夹层在±800kV特高压 换流站控制楼的应用

为了解决特高压换流站主(辅)控制楼内一层电气设备房间采用电缆沟道敷设电缆困难,以及防止换流站在运行多年后,由于地基不均匀沉降导致屏柜及基础发生倾斜的问题,提出在主(辅)控制楼一层电气设备房间设计中采用全地下电缆夹层设计方案,并将电缆夹层与电缆沟道方案进行技术经济比较,得出采用电缆夹层方案比采用电缆沟道方案增加投资35.2×104元。电缆夹层结构型式已经在哈密南、灵州、酒泉±800kV换流站主(辅)控制楼一层得到应用,研究结果表面:主(辅)控制楼采用电缆夹层方案安装操作空间大,敷设电缆方便,提高了电缆敷设的安装进度,节约了施工工期。