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21世纪能源开发中的电力电缆

2018-03-08 10:27:38本网

  水利水电快报EWRHI 21世纪能源开发中的电力电缆R.D.罗斯居尔的因素。

  主题词:输配电系统;电力电缆;设备;监测系统地下电缆是任何交流输配电系统中的重要组成部分。海底电缆也用于远距离或不同电网之间用高压直流输送大量电力。

  安装远距离超高压(EHV)直流电缆的技术在过去10a中已经得到证实。结合海底直流电缆(实心分层型)的500kV输电系统现在正在运行。压力辅助分层绝缘电压达525kV的海底交流电缆也已应用。配电电压范围最高为100kV的中压(MV)挤压绝缘海底电缆也在使用中。

  在陆上应用中压范围内,无压纸绝缘和挤压绝缘电缆都在运行,而对更高配电电压和输电则应用常规压力辅助分层绝缘和挤压绝缘。

  这些技术在20世纪已取得巨大进展。展望21世纪,无疑某些外部力量将产生影响。这些因素包括:环境方面(美观的考虑,电场和电磁场影响,对环境的污染和破坏,安全,对社会的破坏等)工业结构的改变(私有化,自由市场贸易)。来自其他能源的竞争;1高压直流(HVDC)输电由于需要将更加经济的和可再生能源与负荷中心以及它们的相关地理位置连接起来,因此对输电系统的设计有影响。更加经济的交流/直流转换,无疑将促进海底直流线路更广泛的应用。在可预见的未来,这些电缆技术将继续以纸和聚丙烯纸分层(PPL)绝缘为基础,在更长的时期,预计可引入挤压电介质。未来的发展需要重点关注更长的长度,更深的水深和加强对机械损伤的保护。

  可以预见,直流输电的经济性也可促进直流在陆上的应用。对建设架空线的继续关注及其困难也导致更广泛地采用HVDC陆上电缆。

  采用半导体电力设备将HVDC降至较低电压,存在可能将直流向下扩展到配电电压的经济理由,从而取消昂贵而笨重的交流变压。

  2交流配电电缆中压(MV)和高压(HV)配电陆上电缆的设计世界各国在历史上有所不同,主要区别在于不同配电网络的结构设计不同(例如,短路水平)。设计基本上可分为两类:一类用于英国和欧洲,另一类用于北美。但是,这些区别正在变得不太明显。

  础的绝缘系统;水利水电快报EWRHI树状阻滞绝缘和/或径向防潮包扎带XLPE);更大的导体尺寸以减少电网损耗;简单而安全的附件技术。

  将在安装技术方面下大气力。显然,安装成本是一个关键因素。安装新方法,包括进一步发展直接钻进和其他无沟技术将不仅降低成本而且提供了更容易接受的方法。总体来说,降低对社会的破坏和不便,以及减少常规沟道安装或电缆安装过程对环境的影响。

  电力公司将来以最少的费用和最少的破坏拆除和更换电缆,将是一个重要因素。水下配电用的水下交流电缆已成功应用(跨河、湖、近海岛屿和近海石油钻井平台)进一步的应用可能是拓宽其技术领域,如更长的长度、更高的电压、更深的水深和抗机械损伤的防护。

  3交流输电电缆对更高的配电级电缆(高于100kV)和输电级电缆,有继续采用挤压绝缘的趋势。这些无液体电缆需要的维护较少,环境改善将加速业已存在的变化。以工厂制作和元件试验为基础的附件技术,对最大限度地提高可靠性是必需的。

  XLPE已经成为超过EPR(乙丙橡胶)、LDPE(低密度聚乙烯)和HDPE(高密度聚乙烯)的更好的电介质。具有某种降低绝缘厚度的余地。利用同步进行的改善电介质强度的开发,可使这种机会最大。

  超高压XLPE的长期可靠性还有待改进。

  对地下交流电缆系统绝缘配合的评价,可为降低交流电缆系统的性能要求,以及用电网中实际可能发生的预期过电压条件来匹配提供某些机会。计算机模型会增加这种机会。一项与HVDC水下电缆连接的类似工作已由Cig进行,导致过电压要求被重新定义。已经使直流电缆的运行电压大大提高。

  鉴于降低网络损失的要求,趋向于不鼓励降低绝缘厚度,因为绝缘厚度的减小,会使电容增加,介质损耗更高,需要更多的无功补偿。较大的导体尺寸将降低网络的总损耗。

  更多的关心是从整体上使惯用的电缆敷设对交通和社区的破坏作用降至最低。尤其在城市中,较大的电缆最好放在隧洞中。在最近10a中,隧洞技术有了重大进步,目前已有了一种在人口稠密的市区提供电缆走线的有吸引力的解决办法。

  这种办法已在几个大城市采用,可进一步降低成本,并通过供应和安装更长的电缆长度减少接头数而最大限度地提高可靠性。这种方法还存在某些安全风险,需要将在同一隧洞中的其他部门和人身的风险降至最小(即火灾、爆炸、机械损伤、水淹等)。

  4监测/诊断系统由于下列2个原因,使实时监测系统变得极其重要:对潜在的问题作出早期报警,使电力公司能够根据需要进行维修;能使电力公司最大限度地利用电缆设施。

  这些系统将成为输电系统的组成部分(交流或直流,陆上或水下)。

  已在运行和预计将运行的系统类型有:5多功能电缆可以方便地将输电与通信合在一根电缆中有其优点,已在某些场合如水下电缆系统中得到应用。

  这种趋势还将继续,首先将扩展到连至居室和办公室。

  超出本文的范围,交流还是直流配电和输电系统孰优孰劣仍是一个有争议的有趣问题。但是直流在取消变压器,电网稳定,较低的损耗和其他网络效益方面都有显著优势。

  6超导电缆虽然高温超导(HTS)交流电缆系统仍处于开发和可行性实验阶段,但它将在大容量输电中得到应用。首先,利用HTS材料的特性至少可在相同系统电压下使每条线路的额定容量翻一番。这种功能将使现有电网的更新(更换)或新的大容量电力应用获益。换句话说,使用HTS电缆,可使容量增加到常规SCFF或XLPE电缆系统在更高系统电压下才能达到的容量,从而仍保持较低的系统电压并避免变压。

  目前正在开发温电介质和冷电介质两种HTS电缆。在温电介质设计中,只有主要的相导体在低温下运行,并被制冷器包围,电缆结构的其余部分是常规的。在冷电介质电缆情况下,整个电缆结构均处在制冷器之中。后一种结构潜在的载流能力是常规电缆的5倍,而损耗只有2/3.其寿命期运行费用比温电介质低,但是初期投资高。部分原因是存在外部导体它起了电流回流路径的作用。

  这种设计有独特的优点,由于损耗减少,使输电容量较高,并且电缆外部没有磁场。

  注意到HTS电缆在输电网中广泛应用的潜力,HTS电缆的高输电容量可能在大容量电路中省去升压部分。表示对225kVXLPE常规电缆(1600mm2和2500mm2)和目标容量为每回路1GVA的225kVHTS电缆的回路容量和输电比损耗的理论研究比较成果。图中也表示了2500mm2 400kVXLPE回路的等值额定值和损耗数据。在225kV电压级,可以看到HTS方案可达到的高得多的容量,约为常规电缆的2倍,而输电损耗低于典型的225kV(600mm2)电缆,并可与最大的实际使用的225kV(500mm2)电缆的输电损耗相比。

  但HTS电缆的比损耗要高50%左右。应注意这不包括400kV系统运行所需的相应的升压总损耗。HTS带材性能的提高和制冷技术的进步将使225kVHTS方案的比损耗与400kVXLPE方案的比损耗达到经济平衡。

  kV冷介质HTS系统额定容量和损耗的比较另一个明显的有待开发的HTS电缆应用是在直流配电和输电领域。

  7结语以上简短的评述试图说明和预测今后几十年间影响电缆应用与开发的某些问题。可以预料技术开发的步伐将加快,上述观点可能估计不足。

  但是,这种电缆系统的可靠性仍然是非常重要的,会减慢新技术引入的速度。

  例如,配电和输电网的结构可能改变,更多地采用直流。电缆将是其中重要的因素之一。

  已发现许多问题,需在21世纪初予以注意。这将导致更广泛地使用地下和海底电缆系统。

  马元王廷译自IEEE动力工程述评2000年9月徐劲寒校幼发拉底河一中东渠道将为该地区的和平作出贡献黎巴嫩科学家NabilKhalife是比布鲁斯研究院院长,他提出将土耳其的几条河流引到幼发拉底河,再开渠引水到中东各地区,可持续供水,以助于该纷争不断的地区的和平。

  NabilKhalife称,从来没有人将水引到需要它的国家而获得成功的。他相信从几条土耳其河流可将多余的水引到幼发拉底河,使其流量增加30%~50%.4~5条接近幼发拉底河的河流可考虑作为供水河流。有3条河即乔鲁赫河(63亿m3/s)、耶希尔河(58亿m3)和克希尔河(64.8亿m3)流入黑海塞伊汉河(80.)和杰伊汉河(71.8亿m3)流入地中海。它们的总径流量337 7亿m3,比幼发拉底河的年平均径流量(316亿m3)大。Khalife认为,土耳其有“巨大时‘地表和地下水贮量,引出大量的水不会对其水平衡有影响。他计算出每年调水90~150亿m3在经济上是可行的。土耳其应从GAP工程受益1/3,叙利亚也得1/3,其余1/3由约旦、以色列(各40%)和西岸(20%)分配。

  设想是一回事,做起来又是另一回事。有建造渠道成为防止蒸发建管道中的工程难题,也有财政问题和有关河流容量的水力问题。土耳其应同意将其河流的水与国际社会分享。

  在投资方面,该工程也是雄心勃勃的。1条长7⑴~750km水道将投资50 ~80亿美兀。Khalife声称,这项巨大的工程将可能给该地区带来和平。

  马元3S译自法刊国际水综述>20⑴年7 ~8月刘忆瑛校

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