近年來，我國跨海輸電工程不斷實(shí)現(xiàn)突破，隨著瓊州海峽海底電纜工程正式開工，我國第一個(gè)超高壓、長距離、較大容量的跨海電力聯(lián)網(wǎng)工程正式啟動(dòng)。基于電壓源換流器的高壓直流輸電，也就是我們所說的柔性直流，非常適用于向海島供電、城市負(fù)荷中心增容、風(fēng)電并網(wǎng)等，多采用直流電纜線路連接兩端或者多端換流站。

在跨海輸電工程中采用電纜—架空混合線路連接，不失為一種經(jīng)濟(jì)的選擇。同時(shí)，柔性直流電纜線路也是城市直流配電系統(tǒng)的發(fā)展必不可少的設(shè)備。

柔直電纜應(yīng)用于跨海輸電

當(dāng)前，全球海洋經(jīng)濟(jì)進(jìn)入全面發(fā)展新時(shí)期，海洋科技創(chuàng)新將帶來巨大的市場機(jī)遇。2017年5月，國家發(fā)展和改革委員會(huì)、國家海洋局對外公布了《全國海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，規(guī)劃提出要樹立海洋經(jīng)濟(jì)全球布局觀，主動(dòng)適應(yīng)并引領(lǐng)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展新常態(tài)，提升海洋產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和層次，提高海洋科技創(chuàng)新能力。加之云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展，全球連接需求不斷提升，海底光電纜成為ICT戰(zhàn)略與能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展基礎(chǔ)，正在被視為重要的戰(zhàn)略資產(chǎn)進(jìn)行規(guī)劃和建設(shè)。

據(jù)專家介紹，兩端直流輸電系統(tǒng)或者多端直流輸電系統(tǒng)中，換流站之間的電能傳輸，可采用架空線路、電纜線路和架空—電纜混合線路這三種線路類型。我國基于晶閘管的相控?fù)Q流器高壓直流輸電多用于大容量、長距離、點(diǎn)對點(diǎn)輸電，兩端換流站均遠(yuǎn)離城市中心，電壓等級均在500千伏及以上，兩端都采用架空線路連接。

目前，直流電纜已經(jīng)較多的應(yīng)用在跨海輸電工程中，如舟山多端柔性直流輸電示范工程總共敷設(shè)4段8條直流海纜，其中直流電纜輸電線路141千米，交流220千伏輸電線路22.5千米，交流110千伏輸 電線路15.2千米。北京天成瑞源電纜有限公司(簡稱“天成瑞源”)相關(guān)負(fù)責(zé)人向中國電力報(bào)記者介紹說，直流電纜及其連接件的電壓范圍分類，按照絕緣厚度、參照交流擠出絕緣電纜的IEC標(biāo)準(zhǔn)口，可以分為低壓、中壓、高壓、超高壓和特高壓。

“從直流電纜制造工藝來分類，主要有繞包絕緣電纜和擠包絕緣電纜兩類。繞包絕緣電纜是采用專門的電纜紙帶繞包在導(dǎo)體及其屏蔽外面，再使用絕緣油浸漬紙絕緣，消除紙帶之間的空氣隙。這種電纜又分黏性浸漬紙絕緣和充油紙絕緣兩種類型電纜。黏性浸漬紙絕緣電纜可以制造中壓、高壓直流電纜，超高壓、特高壓要采用充油電纜的結(jié)構(gòu)形式。”天成瑞源相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹說。

擠包絕緣電纜是采用塑料或橡皮，使用橡塑擠出機(jī)，將高分子材料擠包在導(dǎo)體及其屏蔽外面。塑料采用最多的是交聯(lián)聚乙烯，可以用來制造低壓、中壓、高壓、超高壓電纜;橡皮主要是采用乙丙橡膠，制造低壓直流電纜，用于軌道交通機(jī)車內(nèi)等彎曲半徑較小的地方。

柔直電纜需解決空間電荷問題

在當(dāng)今世界范圍內(nèi)，中壓、高壓和超高壓柔直擠包絕緣電纜均采用高聚物XLPE作為絕緣材料。國網(wǎng)電力科學(xué)研究院專家 表示，空間電荷問題是柔性直流電纜絕緣急需解決的難題，電纜絕緣空間電荷測量裝置的研制及空間電荷陷阱能量分布的測量均有助于空間電荷問題的研究。

最近十幾年發(fā)展起來的柔直輸電中幾乎都是采用擠包絕緣電纜。據(jù)了解，這種柔直電纜最先由ABB所屬的電纜廠研發(fā)，并在20多個(gè)工程中運(yùn)用。世界上知名的電纜公司以及日本、韓國的企業(yè)都在研發(fā)這種技術(shù)和產(chǎn)品。隨著我國大連和廈門±320千伏兩端柔直工程、舟山±200千伏五端柔直工程和南澳土160千伏三端柔直工程的驅(qū)動(dòng)，已經(jīng)有五家國內(nèi)電纜公司正在研發(fā)這種柔直電纜。

然而，目前全球供應(yīng)柔直電纜絕緣料的企業(yè)屈指可數(shù)，而且工作溫度只有70攝氏度。與運(yùn)行溫度為90攝氏度的絕緣料相比，使用此柔直電流絕緣料制造的電纜，其輸送容量較低。此外，電纜結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)理論缺乏，消除絕緣中空間電荷積累的制造工藝技術(shù)還需要研究;電纜連接件的材料和設(shè)計(jì)理論都急待解決;電纜系統(tǒng)的試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)，比如試驗(yàn)終端等迫切需要解決。

柔直海底電纜不斷取長補(bǔ)短

同時(shí)，國產(chǎn)柔直電纜現(xiàn)狀是幾乎均采用銅導(dǎo)體，這就造成造價(jià)高、重量重、鋁套 容易電化腐蝕，所以外面涂瀝青防腐層，外護(hù)套外面涂石墨導(dǎo)電層，以便進(jìn)行外護(hù)套直流耐壓，但瀝青和石墨在電纜制造和使用中均易污染環(huán)境。海底電纜的金屬套多采用鉛套，鉛是重金屬，也會(huì)污染環(huán)境。

針對現(xiàn)有柔直電纜弊端，相關(guān)電纜企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)紛紛對柔直電纜重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。開發(fā)成本低、綠色環(huán)保的±320千伏和±200千伏新型柔直陸地和海底電纜。我國柔直電纜系統(tǒng)采用進(jìn)口絕緣料的研究尚處于起步階段，±160千伏柔直陸地和海底電纜已經(jīng)定標(biāo)兩家國內(nèi)電纜公司生產(chǎn)。

向遙遠(yuǎn)的海島供電及海上風(fēng)電并網(wǎng)時(shí)，會(huì)大量采用柔直海底電纜。柔直海底電纜未來的發(fā)展方向是將兩根極線放在一起，一次性敷設(shè)完成，甚至還可以將光纜與兩根極線放在一起同時(shí)完成敷設(shè)。不斷開發(fā)高載流90攝氏度工作溫度絕緣料，并設(shè)計(jì)出綠色環(huán)保的高壓、超高壓陸地和海底電纜結(jié)構(gòu)，仍是未來柔直海底電纜的發(fā)展方向。