海上风电场海底高压电缆电磁暂态过程的仿真分析

为了能更好地确定海上风电场海底高压电缆的选型要求,使用PSCAD/EMTDC软件建立相应的海上风电场仿真计算模型。针对海上风电场工频过电压、操作过电压和雷电过电压这3种电磁暂态过程的不同特点,进行仿真,并且考虑了不同的系统条件下上述3种过电压对电缆绝缘的影响。在操作过电压中,重点研究了合闸电阻对过电压的影响;而在雷电过电压中重点研究的是架空线路受雷电侵入波的过电压。仿真结果表明,海底电缆各层的结构参数对海底电缆的电磁暂态有着不同程度的影响,其中导体层、绝缘层、HDPE层对海底电缆的电磁暂态影响尤为明显。另外,海底高压电缆的护套层材料和主绝缘层材料也对电磁暂态有影响。

海上风电场海底高压电缆故障监测方法的研究

海底高压电缆是海上风电场传输电能的重要组成组成部分,因此海底高压电缆的安全运行对海上风电电力系统至关重要。针对分布式光纤传感器在线监测海底高压电缆运行状况的方法,利用有限元软件ANSYS建立XLPE海底高压电缆模型,仿真分析海底高压电缆在不同故障形式下,海底高压电缆内部物理量的变化,为分布式光纤传感器在线监测海底高压电缆运行状态提供参考。最后,根据这些仿真结果提出了一个信息融合的模型,以方便综合利用这些特征量和提高定位精度。

基于弱磁探测技术的高压海底电缆精确定位系统设计

高压海底电缆具有耐腐蚀、抗冲击性能好和电气寿命长等优点,是海上输电系统的重要组成部分,为保证海底输电系统正常运行,设计并开发了基于弱磁探测技术的高压海底电缆精确定位系统;装设海底弱磁探测器作为弱磁探测技术的执行元件,改装高压海底电缆精确定位器;根据高压海底电缆的组成结构、电力学工作原理以及磁场分布特征,构建高压海底电缆及其磁场等效模型;采集高压海底电缆的实时状态数据,利用弱磁探测技术获取高压海底电缆周围的磁信号,通过信号特征匹配与坐标计算,得出高压海底电缆精确定位结果;通过系统测试实验得出结论:与传统定位系统相比,优化设计系统定位静态电缆的平均误差降低约10.82 m,定位动态电缆的平均误差降低了11.37 m,表明了所设计系统在定位精度方面具有明显优势。

基于分布式光纤传感技术的高压海底电缆外力损坏仿真

高压海底电缆的安全稳定运行对于海上能源的开发具有重要的作用,海缆电缆的损坏主要由外力引起,针对分布式光纤传感器在线监测高压海底电缆运行状况的方法,利用有限元软件ANSYS建立XLPE高压海底电缆模型,仿真分析海底电缆受到外力损坏时,内部物理量的变化,为分布式光纤传感器在线监测高压海底电缆运行状态提供参考。

超高压海底电缆护套环流的理论计算新方法

超高压海底电缆泄漏电流显著,传统的电缆护套感应电流计算方法难以直接应用.针对海南联网工程超高压海底电缆的结构特性和护套接地方式,文中提出了一种计及线芯电流轴向空间分布特性的电缆护套环流理论计算新方法.根据电磁场理论和电路定律推导出了护套-铠装层感应电动势的数学表达式.实测数据和PSCAD/EMTDC数值仿真分析结果验证了所提方法的可行性和有效性,为海底电缆理论损耗分析提供了一个实用方法.

高压直流海底电缆三维仿真模型简化等效研究

温度分布和载流量是反映海底电缆运行状态的重要参数。依据南澳直流工程±160 kV高压直流海底电缆,利用COMSOL Multiphysics有限元分析软件,建立了电缆的三维(three-dimensional,3D)仿真模型,提出了电缆暂态模型的简化方法。在整个厚度不变的基础上,将多个薄层与邻接介质作为3个等效层,采用调和平均法计算等效层的导热系数,利用IEC 60287标准计算等效层的比热容和密度,解决了电缆薄层网格剖分过密的问题。通过对比研究仿真模型简化前后不同载流量下的电缆温度分布,验证了简化方法的正确性和有效性。

计及沉积物渗透性的捆绑式高压直流海底电缆载流量评估模型

准确评估捆绑式敷设海底电缆的温度场与载流量,对于保障其安全稳定运行,同时提高运行效率、降低建设成本非常有价值。采用现有的解析法计算捆绑式海底电缆载流量忽略了诸多影响因素。为此,该文分析直流电缆结构和海底运行环境,在研究多孔介质固相和液相散热机理的基础上,提出一种计及海底沉积物渗透性的海底电缆电磁–热–流多物理耦合计算模型,提高对电缆温度场和载流量评估的准确性。对捆绑式敷设的±160k V双极直流海底电缆进行算例分析,考虑埋设和铺设2种情况,通过云图可视化展示了多场耦合后的散热机制;在典型沉积物渗透率的取值范围内计算了电缆的温度场和载流量,当渗透率大于10d后,渗流问题对于埋设的电缆载流量计算不可忽略。传统的热传导模型和IEC解析法是目前工程上常用的海缆载流量评估方法,在所提模型中代入不同的海底沉积物渗透性参数可与之对应,所得结果的最大相对误差不超过4%,验证了该模型的有效性。该模型可以设置任意渗透性参数来模拟实际海底沉积物的情况,因此在不同应用环境中对载流量的评估更为准确。

TSS350在琼州海峡跨海高压输电系统500 kV海底电缆带电检测项目中的应用

介绍了改造后的TSS350在琼州海峡跨海高压输电系统500kV海底电缆带电检测项目中的应用,阐述了海底电缆带电探测的重要意义,分析了TSS350的工作原理,明确了常规TSS350与改造后的TSS350的区别。

高压海底电缆电-热耦合仿真分析和电压极性反转的影响研究

高电压、温度的耦合作用以及运行电压极性反转,均会严重影响海底电缆的运行稳定性。为此,针对高压直流海缆电热耦合模型进行仿真计算;基于海缆载流导体和主绝缘材料电导率和温度、电场的定量依赖关系,构建海缆电热耦合的仿真模型,分别仿真研究运行稳态和暂态时载流导体电流对海缆温度和电场分布特性的影响规律;设置不同的极性反转时间,研究电压极性反转对海缆温度和电场分布的影响。稳态分析结果表明:稳态时海缆的温度分布、绝缘层温差和电场分布随载流导体电流的增大而增大;绝缘层电场分布随着电流的增大逐渐变平缓,电流大于900 A时出现电场翻转现象。暂态分析结果表明:电场的稳定时间小于温度场;极性反转会造成绝缘层最大电场突变,引发过电压;随着极性反转时间的增加,过渡过程中的电压变化率增大。

典型敷设环境下超高压交流XLPE海底电缆载流量分析

超高压海底电缆线路跨度大,运行环境复杂多变,不同敷设环境下海底电缆的输送容量也不尽相同,有必要对典型敷设环境下超高压海缆输送载流量进行具体分析。文中基于IEC 60287建立考虑外界敷设环境影响下的500 kV交流交联聚乙烯(XLPE)超高压海底电缆稳态热路模型,分析不同敷设段、不同敷设方式、不同环境温度以及不同埋设深度对海缆载流量的影响规律进行分析,并建立超高压海底电缆磁-热-流多物理场耦合有限元仿真模型对稳态热路模型计算结果进行验证。结果表明:海缆登陆段为整条线路的载流量瓶颈段,当登陆段海缆采用管道敷设时,其载流量要比采用土壤直埋敷设时的载流量降低约150 A,海缆载流量随着外界温度的升高以及土壤埋设深度的增加而逐渐降低。有限元仿真结果验证了文中所建立的热路模型计算结果的准确性。

近海风电高压海底电缆交流耐压试验重要性

海底电缆作为海上风电场唯一的电能输出通道,应具有稳定的传输性能和环境适应结构,因此正式投运前的外损伤预防及性能检测对其能否安全投产具有十分重要的意义。对某海上风电项目海底电缆线路B相在交流耐压交接试验过程中发生的击穿事故进行分析,在将海上升压站220 kV GIS电缆仓解体后发现该相电缆终端应力锥内部击穿,实验室分析得出本次故障是由施工不当所造成的。为确保高压海底电缆通道的安全性,各相关单位应严格控制海底电缆耐压试验的质量。

高压海底电缆锚害事故风险评估

[目的]锚害事故导致电缆受损断电将会造成较为严重的经济损失和社会影响,为降低海底电缆面临的锚害事故风险,提出了一种高压海底电缆锚害事故风险评估方法。[方法]根据事故发生的原因,将锚害事故分为抛锚事故和拖锚事故两种情况分别进行建模计算,并在单根电缆锚害风险研究的基础上,研究了多根电缆的锚害风险。[结果]根据模型计算结果,分析得出锚害事故的重要影响因子为电缆根数、警示距离、船舶速度,同时随着电缆根数减少、警示距离增加、船舶速度增大,高压海底电缆锚害事故风险将会有效降低。[结论]所提模型可有效评估高压海底电缆锚害事故风险,可以为海底电缆的防护及优化设计工作提供理论指导。

超短基线定位系统在500kV跨海输电系统海底电缆检测中的应用

介绍了水下机器人声学定位系统在琼州海峡跨海高压输电系统500kV海底电缆检测项目上的应用,具体介绍了超短基线定位系统构成、设备特性、作用原理、安装过程、校正参考因素。

混凝土联锁排应用于海底电缆防护稳定性研究

海底电缆穿越底质坚硬海床时,覆盖混凝土联锁排可以有效保护海缆。根据国网舟山500 kV海底输电电缆所在海域实测水文数据,采用力学平衡公式和数值模拟两种计算方法,研究混凝土块在极端水流作用下的在位稳定性。基于推导出的力学平衡公式,对其进行函数分析后发现,当混凝土块底边固定时,存在一个极值高度,此时铺设在海床的混凝土块最为稳定,可以抵挡的水流流速最大。通过数值模拟,研究了混凝土联锁排在水流作用下的三维流态特征,对不同形状混凝土块的受力情况进行比较后发现,当混凝土块边缘为圆角时,可以改变边缘周边的水流结构,总体上加强混凝土块的稳定性。经计算,尽管国网舟山500 kV海底输电电缆所在的灰鳖洋海域潮流流速较大,但常规长、宽、高为0.4 m×0.4 m×0.3 m的块体组成的混凝土联锁排可以抵抗水流的冲击,保护海底电缆。

高压直流海缆工程应用现状及展望

近年来国际上大力发展电网区域互联和海上风能,而高压直流海缆工程是实现跨海输电的主要通道,因此对高压直流海缆的发展历程、应用现状和发展趋势进行综述性研究非常必要。首先回顾了绕包型绝缘和挤包型绝缘两种高压直流海缆的发展历程,对比了两种海缆的技术特点、应用场合及发展趋势;然后介绍了国内外主要高压直流海缆工程的应用现状,对当前国内外典型直流海缆工程的电压等级、输送容量和输电距离等关键指标进行了对比研究;展望了高压直流海缆工程的发展趋势和未来规划,分析了其面临的主要技术挑战,包括海缆绝缘材料的电气性能和热力学性能、海缆结构设计、附件可靠性和故障定位技术等。该研究将有助于解决电网区域互联和海上能源开发中的关键问题。

高压直流海底电缆异形单线圆形紧压导体的设计

介绍了500kV直流海底电缆铜导体的设计过程。通过理论计算、CAD画图模拟设计,提出了5种异形单线圆形紧压导体设计方案。在比较异形单线宽高比和截面积后,发现采用127盘框绞机生产6层结构异形单线圆形紧压导体优于采用91盘框绞机生产5层结构异形单线圆形紧压导体;在比较生产效率和阻水效果后,发现中心线采用直径6.0mm实心铜棒结构优于中心线采用圆形紧压导体结构。最终选择了生产难度较低、生产效率较高的中心线采用直径6.0mm实心铜棒6层异形单线圆形紧压非正规绞合结构的导体设计方案。对于该方案,后期还需要通过设备参数调整,在生产试制过程中继续优化。当异形单线模具倒角半径为0.30mm,完全能满足填充系数要求,考虑到实际生产过程中的一些不确定因素,导体结构和倒角半径可做进一步调整。

渤海油田岸电工程方案设计及关键技术——以秦皇岛32-6、曹妃甸11-1油田群岸电工程为例

秦皇岛32-6、曹妃甸11-1岸电工程是中国首个海上油田群岸电应用项目,也是目前世界上海上油田交流输电电压等级最高的已投产岸电项目。基于该岸电工程设计面临的海洋环境条件复杂、海上油田位置分散、海上油田用电可靠性要求高等诸多挑战,根据海上油田供电原则、海上电力动力平台位置优选及供电方案与区域互联方案设计的研究结果,确定了该油田群岸电工程总体设计方案,并重点介绍了远距离大容量海缆过电压和无功补偿、稳定控制技术、高压海缆交流腐蚀干扰分析及智能化等关键技术。基于上述技术,秦皇岛32-6、曹妃甸11-1岸电工程已于2021年9月建成并顺利投入运行,标志着中国海洋石油工业向绿色开发、高效开发、智能开发迈出了历史性变革的一步,同时也为后续岸电工程项目提供了借鉴。