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。

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。