直流海底电缆负荷循环试验温度仿真分析

为了推进高压直流交联聚乙烯海底电缆仿真的发展,促进直流海底电缆仿真的实际应用,在工厂内部对直流海底电缆进行24 h负荷循环试验,记录不同加热时间下电缆内外温度,使用有限元仿真软件建立交联聚乙烯直流海底电缆仿真模型。对比仿真数据与工厂试验数据,并结合实际情况,确保仿真模型的可行性和准确性,同时用理论模型校准试验数据,避免设备问题导致的测量误差。仿真模型的准确建立有利于减少直流海底电缆的研发设计周期,为高压直流海底电缆的结构和性能设计提供一定的理论支持。

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。

基于COMSOL的直流海底电缆热效应仿真分析

海底电缆是海洋能源开发的生命线。以往研究多针对于海底电缆的输电性能,而忽视了其对海洋环境的影响。本文基于有限元计算软件COMSOL Multiphysics进行了电磁与热效应的耦合,计算了海底电缆对周边区域的温度场,定量分析了海底电缆的电流强度与地表温度对电缆周围温度场与单位长度损耗密度的影响。海底电缆热效应的研究对海洋环境的保护具有实际应用价值与工程指导作用。

跨海高压直流海底电缆运检技术分析及建议

随着全球能源互联网概念的提出,大容量远距离电力输送的需求不断增长。由于直流输电技术相比于交流输电在远距离输电方面的优越性,跨海直流海底电缆输电势必成为跨海区域电力能源互联的主要方式。本文在分析高压直流海底电缆系统特点的基础上,对高压直流海底电缆的运检技术研究方向提出建议。

海上风电场大长度直流海底电缆施工敷设与监测方案

我国近海风能资源丰富,随着海上风电项目的不断开发,逐步从近岸海域向深远海方向发展。目前国内规划数量较多的远海海上风电场群,容量大,离岸距离远,需要设置海上换流站,并以高压直流海底电缆登陆,经逆变后与大电网连接。直流输电工程送出海缆路径长,重量大,单根海缆施工对施工船载重量和施工吃水的能力要求高,对直流海缆施工和监测方案进行研究,可为大长度直流海底电缆的敷设和监测提供技术参考。

±160 kV直流XLPE海底电缆载流特性仿真及试验

南澳岛±160 k V多端柔性直流输电工程在我国首次采用了高电压、大长度的挤包绝缘直流电缆系统,而目前在国内尚无此电压等级直流电缆工程的运行及维护经验,因此亟需对交联聚乙烯(XLPE)直流电缆的载流特性展开研究,从而为直流电缆线路运行限值的控制以及在线监测系统的定制提供技术支持。通过研究不同敷设环境下直流电缆的散热原理,采用专业有限元软件COMSOL Multiphysics建立了带保护套管埋地敷设方式下±160 k V直流XLPE海底电缆的温度场模型,用以模拟其温度分布和计算其载流量;通过在试验场地开展静态载流试验,对仿真模型的可靠性进行了验证;对试验结果进行讨论,分析得出了直流海缆的载流特性。

我国发展直流海底电力电缆的前景

例举世界重要的海底电缆工程,表明其中大部分为直流海底电缆工程。叙述直流输电特点,着重以不同类型的直流和交流海缆载流量计算,证明直流海底电缆在输电容量、输电损耗和电缆线路长度限制方面显著优于交流海底电缆。肯定了我国发展直流海底电缆的必要性。有些运行条件下直流海底电缆会是优先的方案,甚至是唯一的选择。提出以发展直流交联聚乙烯(XLPE)海底电缆作为主要目标,并在比较不同类型海缆绝缘中的空间电荷对电场分布和电气绝缘性能影响和深入研究空间电荷积聚、抑制和移去机理基础上,积极研发抑制空间电荷积聚的XLPE绝缘料,作为关键技术突破,用于开发直流XLPE绝缘海底电缆,推进我国直流海底电力电缆的技术发展。

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。

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。

500kV直流XLPE海缆的热场及电场仿真研究

由于交联聚乙烯的电导率受温度和场强的影响,计算高压直流电缆绝缘在实际工况下的电场分布时,需要综合考虑热场与电场。另外,在实际运行中,电缆绝缘不仅需要耐受稳态直流电压,还需要经受连续升压、极性反转及叠加操作冲击等暂态电压的作用。文中采用有限元计算软件Comsol Multi-physics,首先对500 kV直流海缆XLPE绝缘中的稳态温度分布进行计算;然后通过对XLPE绝缘电导率实测数据进行拟合,获得电导率随温度及场强的变化公式,并在此基础上,仿真研究了绝缘中的稳态及暂态电场分布。研究结果表明:绝缘介质发热功率远小于线芯焦耳损耗功率;海底电缆的载流量瓶颈为其登陆段,可能导致线路允许载流量达不到设计要求;XLPE绝缘的稳态场强沿径向近似呈线性分布,且在额定负载下电场分布较为均匀;连续升压下绝缘内侧会产生较高的暂态电场,该值与电压上升速率以及绝缘的松弛时间常数有关;极性反转直流电压下的场强分布可根据叠加原理,采用阻性及容性场强叠加的方式进行估计;在相同的复合电压幅值下,直流叠加异极性操作冲击相比于叠加同极性冲击在绝缘内侧引发的暂态场强幅值更高。