多端柔性直流输电系统中±160kV XLPE绝缘电缆系统设计与选型

因地理条件限制,南澳±160 kV多端柔性直流输电示范工程(简称南澳柔直工程)中多个换流站之间无法采用传统全电缆线路实施连接。针对这一问题,制订了XLPE绝缘电缆和架空线相结合的直流输电线路设计选型方案,提出电缆系统的避雷器配置方案,并通过PSCAD/EMTDC软件仿真计算了直流电缆系统可能承受的操作冲击和架空线雷电侵入过电压水平。结果表明:混合线路中±160 kV直流电缆系统的绝缘设计主要受同极性操作冲击过电压和反极性雷电侵入过电压控制,最大过电压水平分别为285.6 kV和336.7 kV。基于换流站直流主设备绝缘配合的统筹考虑,提出保护用避雷器的操作和雷电保护水平分别为295 kV和325 kV,进而确定±160 kV直流电缆系统的同极性叠加操作冲击和反极性叠加雷电冲击耐受电压值分别为450 kV和390 kV。研究结果被成功应用于南澳柔直工程,并用于指导更高电压等级的柔性直流输电用电力电缆的研发。     

±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。     

320kV交联聚乙烯直流电缆用国产基料选型研究

目前,320 kV交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)直流电缆是已投运的最高电压等级的柔性直流电缆。XLPE高压直流电缆是柔性直流输电系统的核心设备,将XLPE高压直流电缆绝缘基料国产化具有重要意义。该文测量与评估了多种国内知名厂家生产的绝缘基料的直流击穿电场强度、空间电荷特性与直流电导率,对比国外超净基料、绝缘材料(超净基料+2%交联剂)对应电性能指标,优选出了两种国产基料,确定了320kV XLPE直流电缆绝缘料用基料国产化的可行性。最后,详细研究了国产基料直流电导率参数,确定了适合于国产基料的电导率拟合函数。     

长距离大容量750kV高压直流输电的研究动态

1总体比较高压直流非常适用于长距离大容量输电。目前世界上直流输电采用的最高电压等级是±600kV,如巴西的伊泰普直流输电工程,至今还没有电压等级高于800kV交流和±600kV直流的输电线路投入商业运行。国际大电网委员会(CEGRE)与美国电气工程师学会(IEEE)展开了关于800、1000kV和1200kV等更高电压等级高压直流输电的全面研究。IEEE提出一个关于直流800kV的观点,这种电压等级的输电方案是可行的,但是还需要进一步的研发工作,以便设备得以优化使用。ABB正在对这些计划开展研发和长期测试工作。     

适用于柔性直流电网的500 kV级直流电缆与架空线路并联运行控制及保护策略

高压直流电缆是跨海长距离输电和新能源并网的重要装备,高电压等级、高通流能力的直流电缆还处于研发阶段。为推进高压直流电缆研发,考验长期运行性能,依托国内某±500 kV柔性直流电网工程建立了直流电缆综合试验站。该柔性直流工程线路主要采用架空线,试验站位于其中一个换流站单极出线处,采用直流电缆与架空线路并联运行方式,其运行控制和保护配合复杂、可靠性要求极高,尚无工程经验可循。针对500 kV级直流电缆试验段与架空线路并联切换运行的接线方式,提出了试验站直流电缆监视和投入退出控制策略、故障保护策略以及过负荷运行控制保护策略。仿真试验结果证明,所提策略可保证直流电缆接入柔性直流电网后可靠运行。     

柔性直流电缆及附件系统型式试验设计方法

为满足国内柔性直流输电工程对于电缆及附件产品试验评估的要求,以XLPE电缆在直流电场中的极性反转、长时间效应及不同外施电场下的畸变情况等相关研究为基础,建立了完善的高压直流电缆及附件的评估方法和试验系统,为此,结合±160 kV南澳柔性直流输电工程的要求完成电缆及附件产品型式试验的项目设计,搭建试验回路并选取参数进行型式试验,最终验证相应直流电缆及附件产品质量满足工程需求。     

柔性直流输电系统用直流交联聚乙烯绝缘电缆导体最高温度提高到90℃的可行性

以实际直流交联聚乙烯(DC XLPE)电缆工程设计示例,表明将柔性直流输电(VSC)系统用DC XLPE电缆的导体的最高运行温度提高到90℃,其技术经济效果显著。按DC XLPE电缆抑制空间电荷要求,阐明DC XLPE电缆绝缘的直流恒定电流电场中空间电荷密度与绝缘温度梯度和XLPE绝缘的体积电阻率的温度系数成正比而与导体最高温度不直接相关。通过合理的DC XLPE电缆工程设计和正确选用DC XLPE电缆,可以在提高DC XLPE电缆传输功率和减小绝缘温差抑制空间电荷方面取得优化结果。320 kV及以下XLPE电缆在导体最高温度90℃下运行,绝缘损耗远低于导体损耗,DC XLPE电缆发生热不稳定的可能性很低。对VSC系统用DC XLPE电缆导体运行温度提高到90℃的可行性表示肯定的意见,对实现目标提出具体的措施建议。     

直流电压等级序列的经济比较

提出了对±1 000、±800、±660和±500 kV直流输电电压等级的单位到网容量经济指标进行比较研究的方法,分析了不同电压等级直流输电的经济规律,测算了不同电压等级直流输电技术的经济输电距离,结果表明：±500 kV直流输电技术的经济输电距离小于1 100 km,±660 kV直流输电技术的经济输电距离为900~1 700 km,±800 kV直流输电技术的经济输电距离为1 200~2 700 km,±1000 kV直流输电技术的经济输电距离在1 800 km以上。文中的内容对于实现我国远距离大容量直流输电技术的标准化、发挥规模效益、使电网节能降耗等具有重要意义,对类似的研究工作也具有参考价值。     

±320kV直流电缆交联聚乙烯/三元乙丙橡胶附件击穿特性

高压直流电缆接头与终端为电缆系统故障的多发点,其击穿强度为直流输电系统安全稳定运行的重要基础。文中以±320 kV高压直流海底电缆中交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)/三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)附件为研究对象。首先,研究电缆及附件负荷循环耐压试验,发现附件界面为击穿薄弱环节;其次,研究绝缘材料电导率随温度变化特性对电场分布的影响规律,通过有限元仿真模拟电缆空载和满载运行时附件的温度分布与电场分布,发现最大电场出现在电缆绝缘靠近附件应力锥一侧,为29.5 kV/mm,低于附件材料的击穿场强;最后,研究界面在直流电场下空间电荷特性对电场分布规律的影响,通过电声脉冲法测试复合叠层片状样品介质界面的空间电荷及其电场分布,发现场强畸变率约为100%~200%。同材料本征绝缘匹配相比,界面空间电荷积聚对附件内部电场造成的畸变程度更严重,在后续附件提升中应更注重开发抑制空间电荷的绝缘材料。     

大连跨海柔性直流输电科技示范工程综述

详细介绍了目前世界范围内容量最大的柔性直流输电工程——大连跨海柔性直流输电科技示范工程的建设背景、系统接入设计方案及功率输送范围等,并对换流站的系统结构以及柔性直流换流站特有设备的原理进行了阐述。该工程由电压等级±320 kV换流阀及35 km直流海底电缆组成,最高输送容量达1 000 MW,主要用于大连城市地区供电。该工程的建成将增强该地区电力输送能力,提高电网可靠性。     

66 kV抗水树XLPE绝缘轻型海底电缆研制

介绍一种额定电压66 kV抗水树XLPE绝缘轻型海底电缆的研制方法。通过对模型电缆进行工频电压和雷电冲击电压击穿性能测试,按照CIGRE TB 722:2018规范对研制样品进行500 Hz/3000 h、50 Hz/8750 h、50 Hz/17500 h 3种湿式绝缘质量鉴定试验,按照CIGRE TB 490:2012和CIGRE TB 623:2015规范对研制产品进行型式试验,试验结果完全满足设计规范要求。在未来的深远海、大功率海上风机互联阵列海缆选型中,66 kV抗水树XLPE绝缘轻型海底电缆可以完美替代35 kV XLPE绝缘海底电缆。     

国内外海底电缆输电工程综述

综述国内外从20世纪90年代以来区域电网互联海底电缆输电工程建设,分析各国跨海域联网工程发展趋势,为国内跨海联网工程建设输电电压方式的研究,尤其是海南联网二期工程电压方式的选择提供借鉴和参考。讨论了直流输电用于海缆工程的优点与固有缺陷以及柔性直流技术应用于海底电缆输电工程的优势。     

±800 kV特高压直流输电工程直流滤波器设计研究

介绍了直流输电工程采用的直流滤波器的类型与构成,分析了±800 kV特高压直流输电工程换流器在直流侧产生的谐波的特点,并与±500 kV高压直流输电工程做了比较。以实际的±800 kV特高压直流输电工程为例,对换流器在直流线路上产生的等效谐波干扰电流进行了计算,对不同直流滤波器设置方案下的滤波效果进行了比较,并以计算结果为依据提出了较为合理的±800 kV特高压直流输电工程直流滤波器设置方案,为最终确定实际工程直流滤波器方案具有一定的参考作用。     

6kV到15kV交联聚乙烯绝缘耐火电力电缆的研发

随着国民经济快速发展,市场对6 kV到15 kV交联聚乙烯绝缘耐火电力电缆有较大的需求。主要对6kV到15 kV交联聚乙烯绝缘耐火电力电缆结构、耐火机理、耐火性能进行阐述。     

广东—海南500 kV海底电缆输电系统电磁暂态研究

海南联网工程是中国第一个500kV超高压、长距离、较大容量的跨海联网工程,也是继加拿大本土与温哥华岛交流跨海联网工程之后、世界上第二个同类工程。文章研究了广东—海南500 kV海底电缆输电系统的电磁暂态问题,主要包括电缆参数、工频过电压、单相重合闸过程中的潜供电流和恢复电压、工频谐振过电压、操作过电压等,并在此基础上分析了500 kV海底电缆可选择的绝缘水平,为国内500 kV海底电缆输电工程的建设提供了依据。     

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。