柔性直流电缆的附件选择

1.概论

由于直流输电可以远距离大功率输电、易于电网非同步互联以及长距离输电经济性优于交联输电，因而在世界范围内获得广泛的发展。另外，随着风能和太阳能等新能源发电的兴起，加上现代城市对空中走廊的限制，柔性直流输电技术也越来越受到关注。柔性直流输电均采用塑料绝缘电力电缆。

2.终端的结构型式

与普通交流终端类似，直流终端按使用场合可分为户内终端及户外终端，如图14-3-13所示。外绝缘可根据使用条件选用瓷套管或复合套管，爬电比距至少选择45mm/kV以上。

3.直流接头

（1）工厂接头 工厂接头用来连接不同生产长度的电缆，主要是海底电缆。工厂接头应在一个清洁的密闭环境中制作，以减少污染的可能。工厂接头的主绝缘恢复有两种工艺：一种采用绕包工艺，然后加热硫化；另一种采用挤出工艺。具体工艺根据企业的技术特点进行选择。

（2）绕包接头 采用自粘性乙丙橡胶带按设计要求绕包制作，由于接头性能的工艺分散性较大，操作时间长，因此陆地电缆的连接一般不采用该型号接头。

（3）预制接头 采用乙丙橡胶制作的橡胶预制件，该接头工厂预制，可以进行出厂试验保证产品质量，而且施工方便，是直流陆缆接头及海底维修接头的首选产品。

接头结构均类似于交流接头，不同点在于材料配方的变化。

4.直流终端与接头的设计 直流附件的工作电压为直流电，因此直流附件必须根据直流电压的分配特点进行附件设计。但是直流电缆附件同样需要承受操作冲击电压及雷电冲击电压，这两种电压可以看成是高频交流电压。因此直流电缆附件必须具备同时承受这三种电压的能力，因此直流附件的设计较交流附件复杂得多。

（1）直流电缆附件设计要点

1）需承受三种不同电压的共同作用；

2）直流电压（场强）分布与材料的电导率成反比；

3）电导率是温度及电场的函数；

4）带负荷电缆绝缘中的温度梯度分布造成电场反转，如图14-3-14所示；

5）温度升高，材料电导率增大，产生更多热量，易导致热击穿；

6）界面及材料内部空间电荷导致局部场强严重畸变，导致聚合物材料分子降解，加速电树的生长；

7）其他共性设计，如导体连接、热机械性能等方面问题见交流电缆附件设计。

（2）抑制空间电荷的方法

1）选择介电参数匹配的绝缘材料。优先选择三元乙丙橡胶，调整配方，使得在工作场强和温度范围内，电缆主绝缘与附件绝缘的电导率之比接近介电常数之比，即

图14-3-13 直流户内终端及户外终端

a）户内终端 b）户外终端

图14-3-14 电缆绝缘层电场分布的仿真结果

2）采用纳米材料改性橡胶配方，降低空间电荷及电场畸变量，控制材料电导率。

3）采用非线性材料（ABB专利技术），控制界面电压分布。

4）电缆绝缘表面氟化处理，氟原子取代氢原子形成碳氟键，增大介电常数。(www.xing528.com)

5.直流电缆附件安装要点

在安装方面，直流电缆附件与交流电缆附件类似，必须严格控制安装质量，主要是安装环境温度、湿度、洁净度等方面的控制，以及电缆绝缘表面的抛光处理。由于直流电缆附件在绝缘界面的缺陷更容易导致空间电荷的积聚，因此直流附件的安装应比交流附件更加小心细致。

6.直流电缆附件标准及试验

（1）直流电缆附件标准 直流电缆附件的国家标准正在起草中，国家电线电缆质量监督检验中心在2012年发布了技术规范：TICW 7-2012《额定电压500kV及以下直流输电用挤包绝缘电力电缆系统技术规范》。

国际大电网组织CIGRE WG 21-01在2003年发布了如下推荐规范：CIGRE：219《Recommenda-tion for Testing DC Extruded Cable Systems for Power Transmission at a Rated Voltage up to 250kV》。在2012年CIGRE WG B1.32又发布了新的推荐规范：CIGRE：496《Recommendation for Testing DC Extru-ded Cable Systems for Power Transmission at a Rated Voltage up to 500kV》（直流500kV及以下聚合物绝缘推荐测试规范）。

目前未见国际电工委员会（IEC）相关标准。

（2）直流电缆附件试验

1）附件的电气型式试验（VSC运行的电缆系统）：

a）负荷循环试验；

b）叠加操作冲击电压试验；

c）叠加雷电冲击电压试验；

d）直流电压试验。

2）附件预鉴定试验（VSC运行的电缆系统）：预鉴定试验应包括约100m的电缆和完整附件（每种类型至少一件），其绝缘设计适用于实际应用。在进行预鉴定试验前，适当时考虑机械预处理。

基本试验程序如下：

a）长期直流电压试验；

b）叠加冲击电压试验；

c）检查。

3）例行试验：

a）预制接头和终端：预制接头通常用于直流陆地电缆之间的连接，终端则用于直流陆地电缆和直流海底电缆的连接。对预制附件的主绝缘应进行相关标准规定的直流电压试验。

需要时，也可进行交流电压试验和局部放电试验作为附加试验。交流电压试验应在环境温度下进行，试验电压逐渐升到0.8U₀，保持30min，应不击穿。局部放电试验按照GB/T 3048.12的规定进行，测试灵敏度为5pC或更优，在0.6U₀下应无超过申明灵敏度的可检出的放电。

b）海底电缆的工厂接头：工厂接头通常用于大长度的海底电缆，至少有四种方式检查工厂接头绝缘的质量：

①直流电压试验：带工厂接头的海底电缆应经受负极性电压U_T，持续60min，绝缘不击穿。

②交流电压试验：推荐的交流试验电压为0.8U₀，保持30min，绝缘不击穿；也可根据制造商的质保程序进行。

③局部放电试验：局部放电试验按照GB/T3048.12的规定进行，测试灵敏度为5pC或更优，推荐在0.6U₀下应无超过申明灵敏度的可检出的放电；也可根据制造商的质保程序进行。

④X射线检查：应无有害杂质和气孔。

c）海底电缆的修理接头：对于预制型海底电缆修理接头，例行试验按相关标准的规定进行；对于模塑型海底电缆修理接头，不能进行例行试验，应按相关标准的规定进行抽样试验以控制接头的质量水平。

4）抽样试验：本试验仅适用于海底电缆工厂接头的抽样试验。

5）竣工试验：安装后的高压电缆系统应经受负极性直流电压（1.45U₀），试验持续时间为60min，不击穿。