【专栏推荐】高压电缆及附件关键技术专栏

编者按：高压电缆在长距离海底输电和新能源规模化利用方面有着广阔的应用前景，是电网新型柔性输电技术中不可或缺的一环，也是实现能源互联的核心装备。随着新能源发电尤其是海上风电的大规模开发利用，高压电缆的作用愈发凸显。国内外均对高压电缆开展了大量研究工作，涵盖了电缆与附件材料的研制、设计和制造安装技术，电缆系统仿真和材料测试分析技术，电缆系统型式试验技术和电缆敷设施工等。为了展示高压电缆及附件技术研究领域的最新进展和发展趋势，共享最新学术和技术成果，《中国电力》编辑部特邀请西安交通大学钟力生教授、全球能源互联网研究院有限公司 电工新材料研究所陈新所长作为特约主编，主持“高压电缆及附件关键技术”专栏。专栏于2020年9期刊出，共计6篇文章。本期公众号将专栏文章进行汇编，以飨读者！

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01

作者：赵莉华, 杨兰, 李巍巍, 吴惟庆, 任俊文

单位：四川大学 电气工程学院；国网四川省电力公司 电力科学研究院

摘要：为研究交联聚乙烯（cross-linked polyethylene，XLPE）绝缘材料的热分解活化能、电气特性和力学特性随热老化程度变化的规律，对交流电力电缆绝缘用XLPE材料在110 ℃下开展加速热老化实验。采用热失重（thermogravimtric analyzer, TGA）测试手段，对XLPE在20~600 ℃的热分解行为进行研究；采用交流击穿测试、宽频介电谱测试及体积电阻率测试，研究老化后XLPE试样的电气特性；采用拉伸实验测试，研究老化后XLPE试样的力学特性。结果表明：热老化使得XLPE的交联结构和结晶状态被破坏，XLPE活化能呈减小趋势。由于氧化反应快速进行，使得XLPE分子链发生断裂，交联结构变弱，导致XLPE绝缘材料严重劣化，其活化能、击穿强度、体积电阻率、弹性模量和断裂伸长率随老化时间增长呈下降趋势，而介电常数、介电损耗和电导率呈增加趋势。

作者：边浩然, 杨丽君, 马志鹏, 丁志文, 李仲轩

单位：输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学)

摘要：交联聚乙烯（XLPE）的反幂函数电寿命模型（IPM）表征了XLPE电缆绝缘的长期耐压特性，包括电压耐受指数（VEC）在内的IPM模型参数是电缆绝缘设计和预鉴定试验电压选取的重要依据。步进应力试验具有耗时短、效率高的优点，适用于求取电缆样品的电寿命模型参数。然而，步进应力试验参数的选择尚无规程可参考，目前主要依靠经验和主观确定，严重影响了试验结果的有效性和可比性。将固体绝缘材料累积损伤“D-t曲线”作为判断绝缘失效机理的主要依据，分析不同试验参数下步进应力与恒定应力试验的等效性，提出适合工程应用的步进应力试验参数选取及现场试验方案。通过该方法设计绝缘厚度分别为2.8 mm和3.5 mm的2种模型电缆的步进应力试验，并获取2种模型电缆的IPM电寿命模型参数，验证该方法的可行性。

作者：梁正波, 李丽君, 彭超, 徐明忠, 赵维佳, 王蕾

单位：中国电力科学研究院有限公司；中油电能供电公司电力检测技术中心；先进输电技术国家重点实验室（全球能源互联网研究院有限公司）

摘要：高压直流（HVDC）交联聚乙烯（XLPE）绝缘海底电缆是实现长距离和大容量电能输送的重要设备。HVDC海底电缆负荷影响温度分布，而温度对HVDC XLPE绝缘电导率和电场强度分布特性有重要影响。相对于稳态负荷条件，暂态负荷条件下HVDC海底电缆热传递过程更加复杂。为研究暂态负荷下HVDC海底电缆热传递过程，建立热学有限元模型，仿真分析HVDC海底电缆由零负荷向满负荷再向零负荷转变过程的热传递过程，并组建试验平台开展对比研究。研究结果表明：仿真计算结果和试验测试结果吻合度高，仿真模型适用于描述暂态负荷下HVDC海底电缆热传递过程；通过构建导体温度暂态分量和稳态分量，可以实现良好的导体温度热传递过程趋势拟合，拟合方法有利于指导HVDC海底电缆温度趋势预测和现场运行维护工作。

作者：张洪亮, 尹毅, 肖晋宇, 侯金鸣, 闫志雨, 谢书鸿, 胡明

单位：上海交通大学 电子信息与电气工程学院；电力传输与功率变换控制教育部重点实验室；全球能源互联网发展合作组织；中天科技海缆有限公司

摘要：为研究高压直流电缆皱纹铝套受力变形对电缆绝缘结构造成的损伤，以及在运行过程中对电气性能的影响，针对500 kV直流电缆开展绝缘线芯热膨胀测试和皱纹铝套压扁试验，确定皱纹铝套变形在绝缘线芯表面造成的缺陷情况。建立有限元模型，分析绝缘场强分布随温差变化情况，以及皱纹铝套变形导致绝缘线芯表面缺陷后的场强分布情况。仿真结果表明：电缆在负载过程中绝缘场强随着绝缘温差的变化而变化，此外绝缘表面存在缺陷会进一步导致场强畸变，且畸变程度与外加电压和绝缘温差有关。

05

作者：杨卓然, 杜伯学, 李忠磊, 韩冲, 张程

单位：国网南京供电公司；天津大学 电气与自动化工程学院；国网江苏省电力有限公司 检修分公司

摘要：直流电缆附件是直流输电系统的薄弱环节，为研究非线性电导对极性反转电压下电缆附件硅橡胶绝缘电荷积聚特性的影响，通过添加SiC颗粒制备具有非线性电导的硅橡胶复合材料试样，利用三电极法和表面电位测量系统获得试样的电导率和表面电荷特性。实验结果表明：由于试样中SiC晶粒的晶格振动引起载流子晶格散射，高温会造成试样电导率降低；试样表面电荷平面分布特性表明，电晕电压极性反转后，平板试样内部残留的原极性电荷与表面的异极性电荷提高了局部电场强度，使试样的电导率升高，加速了表面电荷向试样内部迁移和异极性电荷中和过程，抑制了表面电荷的积聚。

06

作者：刘英, 赵明伟, 陈嘉威

单位：西安交通大学 电气工程学院

摘要：由于电缆接头结构复杂并含有多个复合界面，对其进行直流电场分析通常需要借助数值仿真软件、采用电-热耦合方法进行迭代计算，耗时费力。为了满足工程中仅对中低压直流XLPE电缆用中间接头最大场强进行校核的需求，利用传热学与电磁学相关理论，建立接头热场分布的简化分析模型，推导出计算应力锥根部场强的解析式，仅需输入少量必要参数，即可确定接头中的最大场强。通过以10 kV和35 kV XLPE电缆用硅橡胶和乙丙橡胶接头为例，分别在不同直流电压及接头内外温差下进行解析计算，并与相应的有限元仿真结果对比，验证所提方法的计算精度及适用性，为工程人员进行中低压直流预制接头的设计及校核提供强有力工具。

引文信息

赵莉华, 杨兰, 李巍巍, 等. 交联聚乙烯热老化与绝缘性能的关联关系[J]. 中国电力, 2020, 53(9): 118-124.

ZHAO Lihua, YANG Lan, LI Weiwei, et al. Relationship between thermal aging and insulation properties of xlpe[J]. Electric Power, 2020, 53(9): 118-124.

边浩然, 杨丽君, 马志鹏, 等. 基于累积损伤曲线的电寿命模型步进应力试验方法及在XLPE电缆中的应用[J]. 中国电力, 2020, 53(9): 125-132.

BIAN Haoran, YANG Lijun, MA Zhipeng, et al. Step-stress test method for electrical life model based on cumulative damage curve and its application in xlpe cable[J]. Electric Power, 2020, 53(9): 125-132.

梁正波, 李丽君, 彭超, 等. 暂态负荷下高压直流海底电缆热传递过程[J]. 中国电力, 2020, 53(9): 133-140.

LIANG Zhengbo, LI Lijun, PENG Chao, et al. Heat transfer process of hvdc submarine cables under transient load[J]. Electric Power, 2020, 53(9): 133-140.

张洪亮, 尹毅, 肖晋宇, 等. 皱纹铝套变形对挤包绝缘直流电缆电场分布的影响[J]. 中国电力, 2020, 53(9): 141-149.

ZHANG Hongliang, YIN Yi, XIAO Jinyu, et al. Influence of deformed corrugated aluminum sheath on the electric field of extruded insulation dc cable[J]. Electric Power, 2020, 53(9): 141-149.

杨卓然, 杜伯学, 李忠磊, 等. 极性反转电压下非线性电导硅橡胶复合材料电荷积聚特性[J]. 中国电力, 2020, 53(9): 150-156, 165.

YANG Zhuoran, DU Boxue, LI Zhonglei, et al. Charge accumulation characteristics of nonlinear conductive sir composites under polarity reversal voltage[J]. Electric Power, 2020, 53(9): 150-156, 165. 

刘英, 赵明伟, 陈嘉威. 直流XLPE电缆用预制接头最大场强解析算法[J]. 中国电力, 2020, 53(9): 157-165.

LIU Ying, ZHAO Mingwei, CHEN Jiawei. An analytical solution for maximum field strength at the pre-fabricated joints of dc xlpe cables[J]. Electric Power, 2020, 53(9): 157-165. 

专栏特约主编简介——钟力生

钟力生，工学博士，西安交通大学教授、博士生导师。长期从事电介质与电气绝缘技术的科研和教学。曾任国际大电网会议绝缘电缆研究委员会委员（CIGRE B1 Member），CIGRE Distinguished Member。现任CIGRE中国国家委员会技术委员会委员，CIGRE绝缘电缆中国专业委员会主任委员，中国电工技术学会工程电介质专业委员会秘书长，中国机械工业教育协会高电压与绝缘技术分委员会主任委员，电力行业电力电缆标准化技术委员会副主任委员，IEEE ICPADM国际顾问委员会委员，JICABLE国际科学与技术委员会副主席。国家重点研发计划“±500kV直流电缆关键技术”项目负责人。发表论文100多篇，著作6部，授权发明专利10余项。

专栏特约主编简介——陈新

陈新，工学博士，教授级高级工程师。现任全球能源互联网研究院有限公司电工新材料研究所所长，国家电网公司电工新材料技术联合实验室主任，中电联输变电工程材料团体标准化委员会秘书长，《中国电力》期刊编委，长期从事电工装备材料配方及制备工艺研究工作。负责和参与国家973计划、863计划、重点研发计划及国家电网公司项目二十余项，作为牵头单位负责人主持“500kV直流电缆关键技术”国家重点研发计划项目及220kV、320kV、500kV电缆及附件研制等多项国家电网公司专项。获授权和受理发明专利30余项；发表SCI/EI论文20余篇，出版专著3部；牵头和参与制定国家、行业标准20余项。

 往期回顾 

编辑：杨彪

审核：方彤

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