我国发展直流海底电力电缆的前景

2012年第3期NO32012电线电缆ELECTRICWIRECABLE2012年6月JUN，2012我国发展直流海底电力电缆的前景应启良上海电缆研究所，上海200093摘要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。关键词直流海底电缆输电直流XLPE海缆BAHDER系数空间电荷抑制空间电荷绝缘料中图分类号TM2479文献标识码A文章编号16726901201203000108THEPROSPECTOFDEVELOPMENTOFDCSUBMARINECABLESINCHINAYINGQILIANGSHANGHAIELECTRICCABLERESEARCHINSTITUTE，SHANGHAI200093，CHINAABSTRACTALISTOFWORLDPROMINENTSUBMARINEPOWERCABLEENGINEERINGISPRESENTED，REVEALINGTHATMOSTOFTHEMAREHVDCSUBMARINECABLELINKSTHEPAPERDESCRIBESTHEFEATURESOFHVDCTRANSMISSIONSYSTEMANDEMPHASISISFOCUSEDONTHESUPERIORITYOFTHEDCPOWERCABLESOVERACPOWERCABLESINRESPECTOFTRANSMISSIONCAPACITY，OPERATINGLOSSESANDMAXIMUMCABLEROUTELENGTHBASEDONTHEDETAILEDDCANDACCURRENTRATINGCALCULATIONTHEPROSPECTOFDEVELOPMENTOFHVDCSUBMARINECABLESISCONFIRMEDANDTHEYWOULDBETHEOPTIMIZEDSELECTIONANDEVENTHEONLYOPTIONFOREXTRALONGSUBMARINECABLEROUTEOWINGTOUNBALANCEDDEVELOPMENTOFDIFFERENTKINDSOFPOWERCABLESINCHINA，ITISPROPOSEDTHATXLPEHVDCCABLEWOULDBETHEFIRSTPRIORITYFORDEVELOPMENTANDTHECONCERNEDBASICRESEARCHANDRDOFXLPECOMPOUNDFORDCCABLESSHOULDBETAKENASTHEKEYTECHNIQUESFORPROMOTIONOFDEVELOPMENTOFHVDCXLPECABLESANDDCSUBMARINECABLEENGINEERINGAPPLICATIONINCHINAKEYWORDSDCSUBMARINECABLETRANSMISSIONDCXLPESUBMARINECABLEBAHDERCOEFFICIENTSPACECHANGEXLPECOMPOUNDWITHPROPERTYOFSUPPRESSIONOFSPACECHARGEACCUMULATIONUNDERDCVOLTAGE收稿日期20111122作者简介应启良1936，男，教授级高工作者地址上海市军工路1000号2000930引言海底电力电缆是海底输电工程中最重要的设备之一。海底电力电缆跨越海峡、江河，连接国际、国内区域电网，以平衡电力供需，进行电力贸易，或用以连接近海岛屿与大陆电网，提高独立岛屿电网运行的可靠性和稳定性。迅速发展的近海风电场输出电力与大陆电网并网亦需要采用海底电缆。国际、国内对海底电缆的需求日益增长。海底电缆是电力电缆中综合电气和机械性能要求最高的产品。海底电力电缆工程亦是最困难和技术要求最高的输电工程。世界各国已经建成数量很大的海底电力电缆工程。其中重要的海底电力电缆工程概要见表1所示。从表1可见，世界上海底电力电缆线路最长、电压等级最高、输电容量或功率最大的海底电力电缆工程均是直流海底电力电缆。直流海底电力电缆最主要的电缆类型为粘性浸渍纸绝缘电缆、充油电缆和交联聚乙烯XLPE绝缘电缆。1直流海底电缆输电工程特点直流海底电缆输电相比于交流海底电缆输电具有直流输电所有的优点，包括线路电流和功率调节比较容易，可实现不同频率或相同频率交流系统间非同步联线，没有系统稳定问题交流输电有要求沿线安装并联电抗器以补偿电缆线路无功消耗及避免末端或电缆线的中间电压升高的问题，采用直流海底电缆就无此困难。上世纪90年代发展并开始工业性试验和工程应用的柔性直流输电系统具有在潮流反转时，直流电流方向反转而直流电压极性不变的特点1。柔性直流系统用XLPE电缆由于运行时不经受直流电压极性反转，绝缘中空间电荷积聚影响减轻，耐受直流电压和雷电冲击性能提高。电缆可以采用较高设计电场强度，从而减薄绝缘厚度，减小电缆结构尺寸和重量。表1各国重要的海底电缆工程概要序号海底电缆工程完成时间名称电缆绝缘电压输电容量线路长度1NORNEDHVDC2008挪威荷兰高压直流海底电缆粘性浸渍纸绝缘450KV两极700MW580KM电缆两芯平形2270KM单芯2150KM2ESTLINKHVDCLIGHT2006爱沙尼亚芬兰高压直流海底电缆柔性直流XLPE150KV两极350MW274KM海缆231KM陆缆3SKAGERRAKHVDCLINK第1，2极19761977年第3极1993年第4极将于2014年完成挪威丹麦跨SKAGERRAK海峡高压直流工程粘性浸渍纸绝缘直流电压第1，2极250KV常规直流第3极350KV常规直流第4极500KV柔性直流第1极第2极500MW第3极440MW第4极700MW直流海缆线路长度13极127KM第4极140KM选用高压直流输电理由跨海峡长度以及非同步联网4BALTICDABLEHVDC1994瑞典德国波罗的海高压直流海底电缆粘性浸渍纸绝缘直流450KV一极，海水回路600MW海缆450KM5KONTEKHVDC1995丹麦德国高压直流海底电缆扁型充油电缆2010年由粘性浸渍纸绝缘电缆取代400KV一极600MW海缆52KM6SAPEIHVDC2010意大利撒丁岛高压直流海底电缆粘性浸渍纸绝缘500KV两极1000MW海缆2420KM7NORDEON1HVDCLIGHT2009德国近海风电场德国电网高压直流电缆柔性直流XLPE150KV两极400MW海缆2128KM8日本跨纪伊海峡海底电缆工程2005PPLP聚丙烯木纤维纸复合纸充油电缆500KV直流两极2根回线2800MW4489KM海底部分465KM目前世界最高电压及输电功率的直流电缆9VANCOUVERISLANDSUBMARINECABLELINK1984加拿大大陆温哥华海底电缆充油电缆525KV交流1200MVA每回两回309KM共7根电缆，1根备用10中国海南联网海底电缆工程NEXANS公司制造充油电缆500KV交流700MVA431KM4根电缆，1根备用除上述直流系统的特点以外，直流电缆本身相比交流电缆具有明显的优势。在相同的电缆类型、导体截面和敷设安装条件下，直流电缆比交流电缆具有大得多的载流量和输电容量低得多的运行损22012年第3期NO32012电线电缆ELECTRICWIRECABLE2012年6月JUN，2012耗以及允许的线路长度远超过交流电缆。以下以具体设计的电缆进行分析比较。2直流电缆和交流电缆的载流量计算和输电容量比较21直流电缆的载流量计算方法和条件211按热性能计算允许载流量按导体允许最大温度计算直流电缆载流量是其安全运行必须满足的界限值。采用IEC60287第1部分1412计算。212直流电缆负载运行时，绝缘电场强度按绝缘稳态电流场分布考虑绝缘电阻系数随温度和电场强度改变因素，在首先满足热性能限制载流量条件下，由允许电场强度限值，确定实际允许载流量。1充油电缆和粘性浸渍纸绝缘直流电缆允许载流量计算这两种绝缘油浸渍纸绝缘电缆在直流电压下亦产生空间电荷积聚，但并不明显影响绝缘在直流电压下的运行性能以后讨论，因此仅考虑绝缘的电阻系数随温度和电场强度影响因素，按稳态电流场的电场强度分布确定载流量如下。充油电缆和粘性浸渍纸绝缘电缆的绝缘电阻系数随温度和电场强度变化按式1表示OEBE1式中，为绝缘电阻系数为其温度影响系数1为绝缘温度B为其电场强度影响系数MM/KVE为绝缘电场强度KV/MMO为参考温度和电场强度下的电阻系数。对此两种电缆，取011B003MM/KV。绝缘半径为R处按稳态电流场确定的电场强度按式2计算。此计算式导出见参考文献2。ERUR1RRCKV/MM2式中，U为绝缘施加电压KV由式5计算。绝缘温度分布系数为LNRRC无量纲3式中，为导体与绝缘表面温差。按参考文献2，中间参数为BURRC无量纲41无量纲5式中，R为绝缘半径RC为导体屏蔽半径。计算程序为按311求得的直流电缆热性限定载流量，按此计算绝缘温差，从而确定绝缘表面电场强度稳态电流场下电场强度最大值和导体屏蔽电场强度。如绝缘表面电场强度大于绝缘电场强度限值见313，则逐步降低载流量，由计算机程序按精度要求反复计算，直至不超过电场强度限值，以确定直流电缆有负载时允许载流量。2XLPE绝缘直流电缆允许载流量计算挤包绝缘电缆如XLPE直流电缆，在直流电压下表现出明显的空间电荷积聚现象。呈现空间电荷积聚的XLPE绝缘引起电场强度升高，不适用直流电压下运行。由此设定抑制空间电荷积聚的XLPE电缆的载流量计算可参照直流油浸纸绝缘电缆在负荷运行条件下绝缘电场分布和载流量计算方法确定其载流量。XLPE电缆绝缘的直流电阻系数的温度与电场强度影响系数采取聚乙烯绝缘相应值0151B015MM/KV。按此计算直流XLPE电缆载流量。213直流海底电缆载流量计算条件1电缆于海底下埋深2M海底土壤温度25土层热阻系数10KM/W。2电缆导体运行最高温度XLPE电缆90充油电缆90粘性浸渍纸绝缘电缆木纤维纸50。3直流海底电缆绝缘稳态电流场的电场强度限值XLPE电缆为30KV/MM充油电缆为30KV/MM粘性浸渍纸绝缘电缆木纤维纸为28KV/MM。22交流海底电缆载流量计算方法和条件交流电缆载流量计算采用IEC60287标准。交流海底电缆载流量计算条件与313直流海底电缆载流量计算条件相同。交流海底电缆导体最高运行温度XLPE电缆90充油电缆90。23载流量计算所取电缆的设计参数1电缆绝缘厚度。交流海底电缆绝缘厚度采用相应国家标准规定数值对直流海底电缆，参照各国研发和生产的直流电缆的绝缘厚度，取较厚值，对载流量计算影响不大。2海底电缆铠装结构。交流电缆铠装结构分钢丝铠装和扁铜线铠装直流电缆均为钢丝铠装。24直流海底电缆和交流海底电缆载流量比较按以上载流量计算，得出500KV、200KV、110KV直流海底电缆和交流海底电缆载流量。以500KV直流海底电缆和交流海底电缆载流量为例，32012年第3期NO32012电线电缆ELECTRICWIRECABLE2012年6月JUN，2012如图1、图2所示。图1为500KV直流充油电缆和交流充油电缆载流量比较。图例中，DC表示直流电缆AC1表示交流电缆，钢丝铠装AC2表示交流电缆，扁铜线铠装。图1500KV直流充油电缆和交流充油电缆载流量比较图2为500KV直流XLPE电缆和交流XLPE电缆载流量比较。图例中，DC表示直流电缆A1表示交流电缆，钢丝铠装A2表示交流电缆，扁铜线铠装。25直流海底电缆输电容量功率和交流海底电缆输电容量比较从直流海缆和交流海缆载流量计算，表明直流海底电缆的载流量明显大于交流海底电缆。结合海缆工程，直流海底电缆输电容量功率远大于交流海底电缆输电容量，比较如表2所示。例如500KV充油电缆，按相同系统标称电压，导体截面10003000MM2三根直流充油海底电缆组成系统如为两根两极，一根单极运行的传输容量功率约为三根交流充油海缆输电容量按输电容量较大的扁铜线铠装电缆比较的248倍导体截面1000MM2367倍导体截面3000M2。图2500KV直流XLPE电缆和交流XLPE电缆载流量比较表2500KV直流海缆输电功率与交流海缆输电容量比较标称电压/KV电缆型式电力系统电缆铠装导体截面/MM2载流量/A直流电缆每极功率/MW/交流电缆三相容量/MVA相同系统标称电压情况，直流电缆输电功率与交流电缆输电容量比直流二根电缆与交流三根电缆三相输电容量比直流三根电缆与交流三根电缆三相输电容量比实际运行电压下，直流电缆输电功率与交流电缆输电容量比直流二根电缆与交流三根电缆三相输电容量比直流三根电缆与交流三根电缆三相输电容量比500500XLPE充油电缆直流交流直流交流钢丝铠装钢丝铠装扁铜线铠装钢丝铠装钢丝铠装扁铜线铠装10002000300010002000300010002000300010002000300010002000300010002000300015122265287290710451129113013931554139520772642774876928953114312497561133143678590497797712051344680103913216707588038249891080192251294155188214203274329165210245289376441232282321304411493248315367111145170089109124120158190095121142167217255134163186176238285143182212我国500KV海南联网交流充油海底电缆NEXANS公司设计制造，扁铜线铠装，导体截面800MM2，三相传输容量为700MVA。改为直流输电的输电容量的设计评估，三根电缆改为直流运行如两根电缆双极，1根电缆单极运行的输电功率为1719MW，相应直流电缆输电功率与交流电缆输电容量比为246倍，与表2评估值相一致。表明直流海底电缆的输电能力远超交流海底电缆。42012年第3期NO32012电线电缆ELECTRICWIRECABLE2012年6月JUN，20123直流海缆与交流海缆输电损耗比较直流海底电缆无任何交变电磁场引起导体、金属套和铠装损耗，亦不存在绝缘的介质损耗，因而运行损耗远低于交流海底电缆损耗。现以500KV海底电缆为例比较直流电缆和交流电缆运行时的输电损耗见表3。表3直流海缆与交流海缆输电损耗比较标称电压/KV电力系统电缆型式电缆铠装导体/MM2载流量/A输电损耗W/M换算到交流电缆相同电流的输电损耗/W/M钢丝铠装扁铜线铠装直流海缆与交流海缆输电损耗比/钢丝铠装扁铜线铠装500交流直流交流直流XLPEXLPE充油电缆充油电缆钢丝铠装扁铜线铠装钢丝铠装钢丝铠装钢丝铠装100020003000100020003000100020003000100020003000100020003000907104511291130139315541512226528727748769281395207726426997828265906747335035646056917577944164463501181120931288262240213177207140112261511191178413224352115由表3可见，相同传输电流条件下，500KV直流充油电缆的输电损耗约为交流钢丝铠装充油电缆的7819，为交流扁铜线铠装充油电缆的1535500KV直流XLPE电缆的输电损耗约为钢丝铠装XLPE电缆的1126，直流XLPE电缆的输电损耗为交流扁铜线铠装XLPE电缆的2441。由于海底电缆一般为大长度电缆，电缆输电损耗与长度成正比。采用直流海底电缆对于减少输电损耗，降低CO2排放，具有实际技术经济意义。4直流海底电缆和交流海底电缆线路长度交流海底电缆由于电容电流按电缆长度正比增大，在电缆允许载流量限制下电缆线路长度受限。实际交流海缆系统为提高传输电流和减少线路的无功功率，抑制线路中间和末端电压过分升高，在线路末端和中间如有可能，如两段海缆的中间岛屿需装置并联电抗器补偿。海底电缆线路长度还受电缆制造长度和工厂软接头是否开发应用的限制。对充油海底电缆线路长度还受到供油距离的限制。对于必须采取线路中间无功补偿，而无法安装并联补偿的海底电缆线路就只有采用直流海底电缆输电。从表1可见，目前世界各国500KV交流海底电缆线路长度最长为30KM左右。交流充油海底电缆最高电压等级为500KV。交流XLPE海底电缆目前已经运行的最高电压等级为420KV，敷设用于挪威西海岸的天然气生产平台与大陆电网的连接海缆，线路长度24KM，但无工厂软接头。日本已研制275KV交流XLPE电缆软接头。大长度超高压交流海底电缆发展的关键是工厂软接头的开发和实际应用。一般110220KV交流海底电缆最大长度为70KM。直流海底电缆没有如交流海缆因电容电流限制线路长度和由于无功功率过大引起线路末端和中间电压过分升高因而必须采用无功补偿的限制的问题。如表1所示，直流粘性浸渍纸绝缘海底电缆线路长度已达580KM。500600KV粘性浸渍纸绝缘海缆和充油电缆软接头已不是技术障碍。目前柔性直流输电适用的直流XLPE电缆电压已达350KV等级，其相应电缆线路长度可以达到与粘性纸绝缘海底电缆相当的长度，没有长度限制。直流充油电线的长度仍受供油区段长度限制，与交流充油电缆线路允许长度相近。5我国发展直流海底电力电缆的前景51发展前景我国海域辽阔，海岸线长，沿海岛屿需要采用海底电力电缆与大陆主网连网，以保证电力供应，提高电网运行稳定性。我国近海大陆架油田和天然气开52012年第3期NO32012电线电缆ELECTRICWIRECABLE2012年6月JUN，2012发以及近海风电场建设对采用海底电缆与大陆电网并网需求趋势强劲。从以上分析可见，采用直流海底电缆相比交流海底电缆输电优势显著。随着电力电子技术和直流输电技术的发展，直流输电所需换流器成本高、损耗大等主要发展障碍将会逐步克服，并取得实质性进展。我国发展直流电缆输电的必要性是肯定的。在有些运行条件下，如超大长度海底输电线路，直流电缆输电会是优先方案，甚至成为唯一的选择。但是我国电力电缆技术的发展很不平衡。上世纪80年代起，由于城市电网改造需要110KV和220KVXLPE电缆和附件，我国开始不断引进国外先进的XLPE电缆生产线，大批量生产110KV、220KVXLPE电缆。随之，我国国产充油电缆和粘性浸渍纸绝缘电缆的生产和发展因为市场需求减少而不断萎缩。至今我国110220KVXLPE电缆生产能力已达3万KM以上，远超过市场需求。直流XLPE电缆研发生产所需工艺和制造装备基本同交流XLPE电缆。我国应充分发挥引进先进的XLPE电缆生产线的优势技术和充裕的生产能力以及研发生产交流XLPE海底电缆的经验积累和成果，以直流XLPE电缆作为直流海底电缆发展的主要产品，暂时不考虑发展直流充油电缆和直流粘性浸渍纸绝缘电缆。52直流XLPE电缆的关键技术521XLPE绝缘空间电荷积聚、移去和抑制机理的研究直流电缆在直流电压系统下运行引起空间电荷积聚致使绝缘耐受电压下降并非XLPE电缆特有性状。直流充油电缆和粘性浸渍纸绝缘电缆亦产生空间电荷积聚。1972年BAHDER等研究高压直流电缆绝缘配合特性。研究结果表明，充油电缆和粘性浸渍电缆试样，在经直流电压预压后，反极性雷电冲击击穿电压下降，并明确指出这是因空间电荷积聚而引起电场升高，导致绝缘的反极性的雷电冲击时耐受电压相比未经直流预压试样下降。BAHDER定义因直流预压引起雷电冲击击穿电压下降值与预压直流电压之比为直流预压贡献系数3，以后为各国普遍认同，并将此系数称为BAHDER系数。BAHDER等人发布的充油电缆和粘性浸渍纸绝缘电缆在直流电压预压后施加反极性雷电冲击击穿试验结果及相应的BAHDER系数如表4所示。从表4试验结果可见，粘性浸渍纸绝缘电缆和充油电缆经直流预压处理后，反极性雷电冲击击穿电压均有不同程度下降以BAHDER系数表征。BAHDER系数越小，表明空间电荷影响越少反之越明显。以上结果表明，油纸绝缘电缆同样存在因直流电压预压后引起空间电荷积聚，而使绝缘耐受雷电冲击击穿电压下降。表4粘性浸渍纸电缆和充油电缆经直流预压后施加反极性雷电冲击击穿电压试验试样型式绝缘温差/T1T2直流预压电压VD/KV反极性雷电冲击击穿电压VR/KV未经直流预压雷电冲击击穿电压/KVBAHDER系数电缆409085409060450300300396313224603548515另试样041069099电缆4141120262342，310另试样043电缆8665180342508另试样074电缆804460010901600另试样085粘性浸渍纸绝缘电缆包括聚丙烯复合木纤维纸PPLP绝缘粘性浸渍电缆和充油电缆均是公认可以在交流和直流输电系统运行的电力电缆。如表1所示，其适用的系统输电电压和线路长度均达到直流电缆的最高值。油纸电缆绝缘在直流预压后产生空间电荷积聚，使反极性雷电冲击击穿电压下降，影响其直流电压下可靠运行性能。对此进行研究分析，不仅具有理论价值，而且对借鉴研发直流XLPE电缆具有积极意义。各国已经对XLPE绝缘直流电缆和抑制空间电荷XLPE绝缘料的研究开发进行了大量试验研究。文献4引用直流XLPE等挤包绝缘电缆经直流预压后雷电冲击击穿电压改变，得出的BAHDER系数如表5所示。表5文献4引用直流XLPE等挤包绝缘电缆的BAHDER系数绝缘厚度/MM绝缘温差/直流预压/KV平均电场强度/KV/MMBAHDER系数直流XLPE直流预压3H导体90259131020100500600400556462063033088直流挤包绝缘直流预压1H，906635000100200100167333286085106直流挤包绝缘直流预压1H444480145182330023021比较表4和表5，可见粘性浸渍纸绝缘电缆和充油电缆的BAHDER系数并不显著大于当时XLPE挤包绝缘直流电缆，表明直流预压对粘性浸渍纸绝缘电缆和充油电缆的反极性雷电冲击击穿电压下降影响程度与当时XLPE挤包绝缘直流电缆相当。62012年第3期NO32012电线电缆ELECTRICWIRECABLE2012年6月JUN，2012522直流XLPE电缆用XLPE料的研发日本开发500KV直流XLPE电缆所采用抑制空间电荷积聚的XLPE料的主要技术方案有导电无机填料XLPE料、极化无机填料XLPE料、具极性基团的XLPE料以及极性基团聚乙烯料5。这些材料均要求具有高的体积电阻系数和直流电压下低的空间电荷积聚性能。模型电缆试验表明其BAHDER系数不大于05。已按此研究开发500KV直流XLPE电缆以及相应的工厂软接头。500KV直流XLPE电缆和工厂软接头已经通过国际大电网会议推荐试验规范，海底电缆机械试验ELECTRA171和电气试验规范ELECTRA189。近期日本试验在低密度聚乙烯LDPE中加入纳米MGO，此LDPE/纳米MGO复合材料呈现优良的抑制空间电荷特性6。电场作用下绝缘中形成的电离电荷或注入电荷能被吸引进入浅陷阱，但浅陷阱中电荷在电场和温度作用下容易脱离陷阱。而绝缘含有强极化的纳米MGO形成深陷阱，会牢固吸引电荷使其无法脱陷。此为另一可能开发直流XLPE电缆适用的抑制空间电荷积聚的XLPE绝缘料的技术路线。我国相关单位已经开展上述直流XLPE材料的研究开发工作。正确选择技术路线，加快直流XLPE料的研究开发，是我国发展直流挤包绝缘电缆包括XLPE电缆的首要工作。应加强基础研究，充分考虑油纸绝缘电缆直流运行下的空间电荷积聚以及消除其影响的机理，深入研究挤包绝缘如XLPE绝缘空间电荷积聚和抑制空间电荷有效措施，加快抑制空间电荷的直流XLPE绝缘料的研究开发和相应的高压直流XLPE电缆研制和工程应用的步伐。523直流XLPE海底电力电缆附件的研发1工厂软接头。大长度海底直流电缆关键附件是工厂软接头。目前ABB公司已开发320KV三元乙丙EPDM橡胶预制绝缘工厂软接头，以具非线性介电性能电场控制层和应力锥作电场控制元件，连同电缆，参照国际大电网会议推荐试验规范技术手册TB219，通过相应的型式试验和负荷循环试验。我国已经自主开发挤塑模塑型交流110KV交流XLPE绝缘海底电缆工厂软接头。在具备抑制空间电荷XLPE料研制直流XLPE电缆的同时，应研究开发直流XLPE海底电缆工厂软接头。抑制空间电荷积聚、改善电场分布，是研制直流挤包绝缘电缆工厂软接头的关键技术问题。2户外终端。对直流XLPE海底电缆户外终端，提高外绝缘耐受雷电冲击电压水平和污秽环境下直流放电性能将是突出的问题。500KV直流高压设备外绝缘的爬电距离将高达22000MM瓷套高度6300MM，爬电比距达44MM/KV。远超过交流输变电设备外绝缘污秽最高等级的爬电比距，31MM/KV。采用类似交流系统使用的电容锥结构，但以电导均压的内绝缘，控制外绝缘表面电场均匀分布设计，以提高直流海底电缆户外终端的外绝缘耐受雷电冲击电压和耐受直流电压污秽闪络放电性能。524直流XLPE电缆制造关键工艺和制造装备的改进研究表明，XLPE电缆交联后经长时间高温和真空处理，可清除交联工艺过程产生的不耐热的残留物，同时XLPE绝缘的结晶相和无定形相界面会减少，绝缘中空间电荷会减少或消失7。直流XLPE电缆的制造工艺研究和现有交联电缆制造装备CCV和VCV生产线的相应改进和交联后处理工艺和设备改进同样至关重要。6结论海底电缆是海底输电工程最重要的装备之一。由于海底电缆线路长，价格昂贵，提高运行性能，特别是其输电容量，是海底电缆研究开发重要的目标之一。直流海底电缆在相同导体截面、相同电缆型式和相近敷设环境条件下，其输电容量功率远超过交流海底电缆，并且运行损耗低和允许线路长度较长。直流输电技术运行调节比较灵活，柔性直流输电系统适用于连接分散的小型发电系统且具有运行时不发生直流电压极性反转的特点，我国发展直流海底电缆和直流海底电缆输电工程的必要性是肯定的。在有些运行条件下，例如超大长度海底电缆线路，采用直流海底电缆会是优先方案，甚至是唯一的选择。直流海底电缆输电工程的换流站和无功补偿装置价格昂贵和功率消耗较大的问题，将随着电力电子技术发展和新技术应用逐步改进，直流海底电缆工程的技术经济性会不断提高。根据我国电力电缆技术开发和制造能力不平衡的实际情况，首先发展直流XLPE电缆，推进直流电缆输电工程应用是合理的选择。应集中开发研究的优势力量，通过对不同绝缘电缆空间电荷积聚、抑制和消除的机理的深入研究和对比分析，加快直流XLPE绝缘料和相应技术的研究开发，推进直流XLPE电缆技术发展和工程应用。下转第10页72012年第3期NO32012电线电缆ELECTRICWIRECABLE2012年6月JUN，2012图2电缆结构示意图3综合护套生产工艺综合护套电缆的屏蔽性能与缆芯内部结构包括芯数、排列、结构等无关，故主要对综合护层工序生产工艺进行研究。综合护层的生产是集铝塑复合带的包覆与PE垫层挤包为一体的生产工艺，在一台生产设备上同时完成。该设备主要由放线装置、纵包装置、挤塑机、冷却水槽、牵引装置、收线装置等六部分组成。综合护套生产线示意图见图3。图3综合护层生产线示意图31工艺参数的合理配置在护层结构的设计中，为了满足屏蔽性能的要求，我们对铝塑复合带的厚度进行了调整，相应的工艺参数也要进行调整。1铝塑复合带宽度的选择W