随桥敷设高压电缆在海上风电中的应用前景分析

海上风电主要依靠海底高压电缆输送至陆地。而海底电缆存在造价高、实施难度大、占用海域面积大等难点。随着海上风电和跨海、跨河大桥的规划及发展,文章提出利用跨海、跨河大桥敷设高压电缆的方式,统筹考虑电缆敷设的关键技术问题和难点,分析了随桥敷设高压电缆在海上风电中的应用前景,通过数据进行了经济性分析。对比发现,利用随桥敷设可节省工程造价,提高海上风电的经济效益,降低运维风险,对后续海上风电的发展具有较高的参考意义。

随桥敷设高压电缆接头结构层温升与载流特性研究

针对随桥敷设高压电缆的特殊运行工况,开展了高环境温度对中间接头温升与电缆载流量特性影响的研究。建立了220 k V随桥敷设高压电缆中间接头结构层温度场有限元仿真模型,分析了环境温度、电缆接头防水结构、桥梁梁厢空气对流等因素对中间接头结构层温度分布与载流量特性的影响规律。结果表明:环境温度是影响电缆接头温升过程与载流量的最重要原因,当桥梁梁厢环境温度由30℃提升至50℃,电缆流量降低了18.8%。在高环境温度下,提高桥梁梁厢空气流速可以有效抑制中间接头结构层温升,提高电缆载流量。所提出的高环境温度条件下随桥敷设电缆中间接头载流量的安全域,可为全球能源互联网跨海、跨河桥梁高压电缆安全可靠运行奠定理论与实验基础。

基于非线性电导绝缘的随桥敷设高压直流电缆接头电-热场分布及优化设计

针对随桥敷设高压直流电缆接头绝缘电-热场分布问题,开展基于非线性电导增强绝缘的高压直流电缆接头电场优化设计方法研究,探究电-热-机械应力多物理场作用下聚合物绝缘材料的非线性电导率特性对直流电缆接头绝缘电场分布的影响规律,分析高压直流电缆接头增强绝缘优化设计方法。结果表明,碳化硅(Silicon carbide,SiC)掺杂大幅增强了硅橡胶绝缘的非线性电导率,提高了硅橡胶绝缘的非线性系数参数,降低了非线性电导率的阈值电场强度。当桥梁梁箱温度达到40℃时,直流电缆满载运行条件下电缆接头最大场强位于应力锥根部,达到40 kV/mm;非线性电导复合绝缘可显著降低中间接头应力锥三结合点处电场强度,抑制附件增强绝缘的电场畸变。采用非线性电导硅橡胶绝缘作为高压直流电缆接头增强绝缘材料,可弥补电缆接头应力锥无法有效抑制接头绝缘直流电场畸变的不足。研究结果可为随桥敷设高压直流电缆接头绝缘电场调控与设计提供理论与试验基础。

电缆中间接头在桥梁上的结构疲劳特性分析

以舟岱大桥沿桥敷设220 kV高压电缆预制式中间接头为研究对象,建立了实体电缆振动-热老化平台,采用振动台对220 kV电缆中间接头进行加速振动老化试验,并采用振动加速度传感器和界面压力传感器监测振动加速度及界面压力的变化情况,分析了随桥敷设电缆中间接头在机械振动作用下的结构层疲劳特性,发现当电缆接头受外施振动作用影响时,外界环境的振动传递至电缆与中间接头支架,电缆振动频率为外施振动频率,振幅远超电缆负荷引起的振幅。对电缆接头开展720 h的加速振动老化试验,发现机械振动对接头界面结构层应力影响较小;在电缆载流条件下机械振动引起的电缆接头界面疲劳寿命大于电缆设计使用寿命;振幅较大时应采取增加防振垫等措施来降低振幅,避免局部受力而对电缆中间接头产生破坏。