淺析10kV直流電力電纜的發(fā)展概況

摘要：大電網(wǎng)的邊際效應(yīng)將逐步遞減，電網(wǎng)的發(fā)展將逐步轉(zhuǎn)向配電網(wǎng)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，智能化、數(shù)據(jù)化、綠色化等元素日益影響著我們的生活。配電網(wǎng)近幾年克服諸多困難，為此邁出了新的一步，整個(gè)電力網(wǎng)架增加了直流的元素。可以大膽展望，未來(lái)直流應(yīng)用將與我們的生活密不可分。

關(guān)鍵詞：直流;直流電纜結(jié)構(gòu);絕緣料;接地方式;電纜敷設(shè)

一、直流電纜概述

目前直流電纜未普遍推廣，主要是設(shè)備元器件生產(chǎn)還停留在起步階段，國(guó)內(nèi)設(shè)備材料的供應(yīng)商匱乏，產(chǎn)品的成熟度不夠，性能無(wú)法提供可靠保障。經(jīng)與多家設(shè)備廠家調(diào)研，目前換流裝置的晶閘管元件成品率不高，個(gè)別電子元件國(guó)內(nèi)沒(méi)有生產(chǎn)能力，直流設(shè)備缺少相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、缺少工程實(shí)踐應(yīng)用案例，直流設(shè)備需要經(jīng)過(guò)不斷研發(fā)、反復(fù)驗(yàn)證才能確?？煽啃?，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程會(huì)額外增加一筆較多的費(fèi)用，因此直流網(wǎng)架建設(shè)費(fèi)用目前會(huì)整體偏高，且直流設(shè)備存在諧波問(wèn)題暫未有良好的解決方案。隨著工業(yè)不斷發(fā)展與進(jìn)步，用戶和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)負(fù)荷日益劇增，迫切需要大容量的電源接入，目前常規(guī)交流配電網(wǎng)網(wǎng)架已接近飽和，且輸送距離有限，而直流配電由于線損很小，因此同樣的電壓等級(jí)相應(yīng)的傳輸距離、容量都會(huì)有明顯提高;尤其在地塊擁擠地段，相同的變電站出線直流電纜數(shù)量會(huì)比交流電纜數(shù)量減少約1/3，因此直流配電能有效節(jié)約走廊空間。在不考慮直流設(shè)備問(wèn)題的情況，直流電纜的優(yōu)勢(shì)還是很明顯，能有效解決當(dāng)下配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中存在的諸多問(wèn)題，合理介入直流系統(tǒng)或交直流混供，可能會(huì)在未來(lái)幾年成為直流系統(tǒng)的過(guò)渡期。

二、10kV直流電纜結(jié)構(gòu)分析

直流配電系統(tǒng)包括正、負(fù)、零三極，一般由正、負(fù)或者正、零或者負(fù)、零構(gòu)成一個(gè)回路，因此直流電纜一般采用單芯或兩芯結(jié)構(gòu)。

當(dāng)采用單芯電纜結(jié)構(gòu)時(shí)，需要考慮電纜的金屬屏蔽層產(chǎn)生的環(huán)流會(huì)影響電纜的載流量，但在長(zhǎng)線路工程可減免單芯電纜線路接頭的配置，從而提高供電可靠性，降低項(xiàng)目成本和減少施工工期，提高有效載流量電壓等級(jí)越高，其效果越明顯。此外，還會(huì)促使我國(guó)生產(chǎn)廠家增大電纜制造長(zhǎng)度，隨之更有助于上述積極意義的體現(xiàn)?？傊?，在我經(jīng)濟(jì)形勢(shì)持續(xù)高漲下，高壓、超高壓的大截面單芯電纜線路工程建設(shè)，將不斷發(fā)展，提升。又基于超高壓電纜的接頭造價(jià)昂貴，且接頭數(shù)量若多，不僅安裝工作量大、工期長(zhǎng)，且將影響運(yùn)行可靠性降低。

兩芯電纜對(duì)安裝空間要求比單芯電纜要求低，同樣的安裝空間，可以敷設(shè)更多回路電纜。根據(jù)電力電纜設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定兩芯電纜的轉(zhuǎn)彎半徑為15D，單芯電纜的轉(zhuǎn)彎半徑為20D，由此可知兩芯電纜的抗彎曲性更強(qiáng)。

因此，采用單芯或者兩芯電纜需根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景、項(xiàng)目需求慎重選擇。

三、10kV直流電纜絕緣料選擇

直流電纜最大場(chǎng)強(qiáng)的部位隨負(fù)荷大小改變，故絕緣特性與交流電纜有顯著不同。若使用現(xiàn)行交流XLPE電纜，其交聯(lián)殘?jiān)蛩?，在高溫時(shí)影響電荷積聚會(huì)形成局部高場(chǎng)強(qiáng)，從而導(dǎo)致絕緣擊穿強(qiáng)度降低。現(xiàn)行交流系統(tǒng)采用的普通XLPE電纜不適合直流輸電，因直流電場(chǎng)下交聯(lián)殘?jiān)绊戨s電荷的產(chǎn)生，當(dāng)溫度較高時(shí)空間電荷積聚易形成局部高場(chǎng)強(qiáng)，這將會(huì)導(dǎo)致絕緣擊穿強(qiáng)度降低，且其直流擊穿強(qiáng)度還具有隨溫度升高而降低的特性。

中壓直流電纜采用直流專(zhuān)用交聯(lián)聚乙烯絕緣料，可有效抑制空間電荷積聚，且成纜采用扇形填充條，電纜圓整度高且可滿足敷設(shè)彎曲半徑要求;鎧裝采用非磁性不銹鋼帶，避免產(chǎn)生渦流損耗，使產(chǎn)品整體達(dá)到預(yù)定的設(shè)計(jì)使用功能。經(jīng)過(guò)電纜性能的測(cè)算和模擬，電纜場(chǎng)強(qiáng)隨著溫度影響較大，甚至?xí)霈F(xiàn)電場(chǎng)反轉(zhuǎn)情況，從電纜長(zhǎng)期運(yùn)行角度考慮，選擇專(zhuān)用直流電纜絕緣材料是十分必要的。

四、10kV直流電纜接地方式

理論上直流電纜自身不存在感應(yīng)電壓，所以?xún)啥酥苯拥睾鬅o(wú)須考慮感應(yīng)電流，但由于實(shí)際工程中，交流配電網(wǎng)網(wǎng)架已成熟，電纜通道內(nèi)均有交流電纜，在考慮交直流電纜共用通道的情況，必須考慮交流電纜對(duì)直流電纜產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。當(dāng)臨近交流電纜線路對(duì)直流電纜的感應(yīng)電壓值較小時(shí)或直流電纜線路較短時(shí)，也可采用兩端直接接地。當(dāng)線路較長(zhǎng)或者臨近交流電纜線路對(duì)直流電纜的感應(yīng)電壓值較大時(shí)，需要考慮感應(yīng)電壓所產(chǎn)生的感應(yīng)電流，這時(shí)可采用分段式兩端直接接地較為合理。

五、10kV直流電纜與交流電纜共溝敷設(shè)

在土地資源日益緊缺的前提下，很難再給直流電纜新建專(zhuān)用通道，一般情況下考慮和交流電纜共溝、共管道敷設(shè)。交直流電纜共溝敷設(shè)時(shí)需要考慮交流電纜對(duì)直流產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，根據(jù)感應(yīng)電壓大小選擇相適應(yīng)的接地方式。感應(yīng)電壓的數(shù)值大小主要由交直流電纜敷設(shè)方式、電纜間的耦合距離、電纜長(zhǎng)度、電纜金屬屏蔽層厚度、接地方式等決定。在共溝敷設(shè)的環(huán)境下可采用一定的施工工藝措施避免交流電纜帶來(lái)的影響，譬如：（a）共溝的情況下，交直流電纜分在兩側(cè)敷設(shè);（b）共溝的情況下，直流電纜采用金屬保護(hù)槽盒;（c）共管道的情況下，可用金屬隔板進(jìn)行分區(qū)。

六、結(jié)論

綜上所述，直流電力電纜目前還存在不少問(wèn)題有待解決，需要經(jīng)過(guò)工程的實(shí)踐與沉淀。交流電纜發(fā)展為直流電纜是未來(lái)電纜發(fā)展不可缺少的一步，直流電力電纜的成熟應(yīng)用將在未來(lái)改變我們的衣、實(shí)、住、行。

參考文獻(xiàn)

[1]陳錚錚，趙鵬，胡凱，鄭新龍，樂(lè)健.交直流電纜混合敷設(shè)的基頻電磁感應(yīng)特性計(jì)算與分析[J/OL].高電壓技術(shù)，2018.

作者簡(jiǎn)介：張鈞，（1988.04—），男，漢，江蘇泰州人，本科，助理工程師，目前從事電氣工程及其自動(dòng)化方面的研究。