考虑电导损耗对高压XLPE海缆低频介电特性的影响

随着海上风电的快速发展,高压XLPE海缆在海洋输电系统中承担着传输电能的重任。为了研究热氧老化对高压XLPE海缆频域介电特性的影响,本文在135℃下对XLPE试样进行加速老化试验,分别对不同老化程度的高压海缆XLPE试样进行频域介电特性测试。在分析实测试样介电特性时,发现有大量电导损耗和极化损耗相互叠加于中低频域内,影响了应用频域介电特性评估高压XLPE海缆绝缘老化状态的准确性。针对这一问题,本文推导出分离介电响应数据中电导损耗和极化损耗的方法。最后探究电导损耗对模型参数辨识精度的影响,并提出表征老化程度的特征参数。结果表明:高压XLPE海缆的频域介电曲线随着老化程度加深而向高频方向移动,且低频段内弥散现象越发明显;将复介电常数虚部中的电导损耗去除后能够提高Havriliak-Negami(H-N)模型参数辨识的精度;提取的特征参数弛豫强度?ε和高频介电常数ε∞能够表征高压海缆XLPE绝缘的老化状态,可实现高压XLPE海缆绝缘老化的评估。

海上风电场高压XLPE绝缘海缆可靠性评估的方法

海上风电场需要对所使用的高压XLPE绝缘海缆方案的稳定性能以及故障损失风险进行评估,但目前国内外尚无应用在此领域中可靠性评估的实用方法。结合近海风电场海底电缆传输系统多种故障状态的特点,建立海底电缆的故障树模型和马尔可夫可修系统可靠性评估模型。最后,以国内某海上风电项目为案例进行分析,计算结果显示：三种方案的稳态无故障状态概率分别为97.5%、96.7%、97.4%;年传输容量期望计算值分别为1.9496×10^2、1.9673×10^2、1.9496×10^2MW;年故障损失成本期望值分别为2.51×10^3、1.77×10^3、2.61×10^3万元。根据计算结果可知,方案1无故障状态概率最大,但是三方案中,年传输容量和故障损失成本期望计算值对比分析,方案2（2回110 k V三芯高压XLPE绝缘交流钢丝铠装海缆）较优。实例表明,近海风电场高压XLPE绝缘海底电缆传输系统的可靠性评估需考虑其不同的故障状态,马尔可夫可修系统模型能够根据海缆传输系统不同的故障状态,从传输容量和故障损失成本的角度优化海缆的设计方案。

提高XLPE高压直流海缆经济性的研究展望

结合我国高压直流海缆工程直流海缆选型、电压等级和输送容量的关系,以单位输送容量所需直流海缆原材料投入作为典型经济性指标,发现随着单回路直流海缆电压等级和载流量升高,直流海缆经济性呈上升趋势。通过对比不同路线提高电压等级和载流量后直流海缆耗材的变化,可知分别通过提高直流海缆绝缘电气水平和导体最高允许运行温度的方式实现电压等级和载流量提升对提高直流海缆经济性更为有效。此外选取导体最高运行温度为70℃的±525 kV直流海缆为典型规格,利用有限元仿真分析外加电压提高至972 kV和导体运行温度提高至90℃后直流海缆绝缘场强分布的变化,结果表明电压等级和导体运行温度的提高均会造成绝缘场强翻转后靠近绝缘屏蔽处的场强进一步升高,且二者存在协同作用,在此基础上,设定绝缘屏蔽与绝缘界面存在向绝缘内尺寸为0.125 mm的半圆形突起,有限元仿真结果表明该点的场强对比无突起情况增大了35.8%。