特约主编寄语 | “高压电缆及附件关键技术”专栏

主编寄语

      高压电力电缆及附件系统是高压输电线路中的关键装备，具有低碳环保和安全可靠的优点，适用于环境敏感区域及城市电网的电缆化增容改造，增强电网抵抗自然灾害的能力。在高压电缆及附件的设计制造、敷设安装、试验运行中，电、热、机械等应力对系统绝缘的作用都会影响到电缆系统运行的可靠性。因此，高压电缆及附件的关键技术研究，对于不断提高电缆系统的性能、保障电力能源安全和可持续发展具有十分重要的意义。

      为此，《中国电力》编辑部特别组稿了“高压电缆及附件关键技术”专栏，我们有幸成为该专栏的特约主编，负责相关约稿、组稿和审稿等工作。在此过程中得到了相关领域专家学者的大力支持，在众多投稿中本专栏再次录用了10篇稿件，详细内容介绍如下。

在高压直流电缆方面，西安交通大学李飞等人采用多种测试分析方法，研究了电缆绝缘相态组成结构和直流电气性能的径向不均匀分布特征及其对电缆电场分布特性的影响；华北电力大学徐晓彬等人采用双极性载流子输运模型，研究针板电极下直流电场对交联聚乙烯（XLPE）绝缘中空间电荷注入分布特性及电树枝引发特性的影响；中国电力科学研究院有限公司赵鹏等人对比分析了高压直流电缆国内国际试验标准的差异性，研究了±535 kV电缆系统试验中的关键问题，可作为试验方案制定的参考；中天科技海缆股份有限公司胡明等人综述了高压直流电缆应用中空间电荷及交联副产物的测试分析方法，结合国内外直流电缆工程分析挤包绝缘高压直流电缆的未来研究发展。
在高压交流电缆方面，中国电力科学研究院有限公司欧阳本红等人研究了国产高压交流电缆用XLPE绝缘料性能与进口材料的异同，为国产电缆绝缘料的性能提升提供数据支撑；国网天津市电力公司电力科学研究院孟峥峥等人综述分析了高压XLPE电缆缓冲层故障研究现状，为缓冲层故障防范提供参考；中天科技海缆股份有限公司王文超等人提出一种海底电缆用导体等截面梯形型线阻水结构的理论设计方法，验证了型线结构海底电缆的经济性。
在高压电缆附件方面，西安交通大学贺逸飞等人研究压力对EPDM中电荷迁移的影响，可为电缆接头绝缘结构的设计提供一定的参考；国网北京电力科学研究院徐兴全等人提出一种10 kV配电电缆中间接头定位改进方法；中国电力科学研究院有限公司孙娜等人采用载荷传递的顺序耦合方法，研究了大截面高压电缆金具电磁-结构瞬态动力学特性。
诚然，在高压电缆及附件技术方面仍有诸多关键问题亟待解决，然而受篇幅和体量限制，未能一一呈现，不足之处敬请谅解。衷心感谢众多专家学者的大力支持和《中国电力》编辑部的严谨工作，保证本专栏的高质量出版。希望本专栏的文章能够为相关领域的学者和专业技术人员提供一定的帮助，引发广泛共鸣与积极思考，共同努力推动中国电力设备制造及电缆行业的发展。

特约主编

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。

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。

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01

摘要：直流电缆系统开发过程中材料选型、制造工艺、验证直流电缆系统可靠性的方法等成为国内外关注的焦点问题。在过去10里，高压直流电缆系统的试验方法体系得到全面的发展，已建立的规范或标准包括CIGRE TB 496、GB/T 31489.1和IEC 62895等，均对直流电缆系统在开发过程中的试验鉴定方法做出了明确要求。依据国产化±535kV直流电缆研发试验经验，综述上述3个标准要求制定的背景，着重梳理对比GB/T 31489.1和IEC 62895在条款规定中的差异性，总结研发过程中绝缘材料电性能评价方法和直流电缆系统在低温环境下电性能型式试验经验，提出在标准化工作中的建议，可作为试验方案制定的参考。

02

摘要：三元乙丙橡胶（EPDM）作为一种高质量的绝缘材料，被广泛用于电缆接头的附件中，但其在电缆实际运行中承受较大的压力，这可能会影响绝缘性能。通过计算不同压力下EPDM中电荷输运的关键参数，如载流子迁移率的变化，研究压力对EPDM中电荷迁移的影响。通过设计单极载流子阻挡实验，并结合改进的电声脉冲法（PEA）测量设备，计算0.6~1.2 MPa（间隔0.2 MPa）范围内6种压力下EPDM中电子的迁移率。另外，通过跳跃电导模型对迁移率数据进行深入分析，发现在不同压力下EPDM中的迁移率没有显著变化，并且电子跃迁所需的能量和电子的跃迁距离也没有太大变化。结果表明：在电缆正常运行的工作环境下，压力不会影响EPDM的电气性能。

03

摘要：为解决现阶段采用离散傅里叶变换（discrete Fourier transform，DFT）分析电缆首端输入阻抗谱时存在频谱泄露和栅栏效应的问题，提出一种基于Nuttall自卷积窗的10kV配电电缆中间接头定位改进方法。首先，应用含有中间接头的电力电缆传输线模型、电缆输入阻抗谱、中间接头定位原理、加窗傅里叶变换（windowed Fourier transform，WFT）简要说明本文所提方法原理。接着，选取窗函数（Hamming窗、Blackman窗、四项三阶Nuttall窗、二阶Nuttall自卷积窗），详细分析窗函数性能。然后，通过对中间接头的定位仿真，分析比较4种窗函数的WFT算法对接头的识别定位效果。最后，对实验室500 m长的10 kV交联聚乙烯电缆（cross-linked polyethylene，XLPE）进行测试来检验所提方法的测试效果。仿真和实验结果表明：相比于Hamming窗、Blackman窗、四项三阶Nuttall窗，二阶Nuttall自卷积窗抑制频谱泄露和栅栏效应的效果最佳，能更高灵敏度地识别和定位中间接头，且定位误差小于0.024%。

04

摘要：在分析缓冲层材料特性的基础上，论述国内外有关缓冲层故障的研究现状，并为未来研究提供改进建议。综述性研究表明：放电是引起缓冲层烧蚀故障的直接原因，而电缆受潮是此类故障发生的必要条件。长期受潮会加速白粉的形成，并导致缓冲层电阻率升高。当铝护套与绝缘屏蔽层间存在气隙时，缓冲层电阻率升高、白粉的形成与过电压的冲击会使气隙内局部场强超过击穿场强，最终导致放电烧蚀。全文综述结果总结缓冲层故障成因，并在此基础上提出相应的调整建议，可以为缓冲层故障防范提供参考。

05

摘要：挤包绝缘高压直流电缆已成为远距离、大容量输电线路建设的主要装备之一，现阶段广泛应用的挤包绝缘直流电缆以交联聚乙烯(XLPE)绝缘为主。针对XLPE绝缘高压直流电缆研发和应用中的绝缘空间电荷特性、副产物脱气等主要问题进行全面综述，指出在工业化生产方式下，超纯净体系XLPE绝缘材料是目前用来缓解空间电荷问题和实现电缆批量化生产更为可行的技术方案，对于副产物脱气问题的研究需结合小样测试结果，向长距离批量化电缆生产的脱气工艺控制进行扩展。结合现有国内外已投运和正在规划的挤包绝缘高压直流电缆典型工程，指出未来应侧重于在提高绝缘材料电气绝缘水平的基础上，使挤包绝缘直流电缆向更高电压等级发展，并同时通过提高电缆最高允许运行温度实现更大的传输容量。此外，从提高生产效率和利于回收利用的角度考虑，可加强热塑性绝缘材料在挤包绝缘高压直流电缆中的应用研究。

06

摘要：空间电荷是影响高压直流电缆绝缘电树枝特性的主要原因之一。基于双极性载流子输运模型，对±20 kV、±22.5 kV和±25 kV直流预压下3 600 s内二维针板电极模型空间电荷分布进行仿真分析，并对比分析空间电荷分布与直流接地电树枝引发特性。结果表明：空间电荷浓度及注入深度随预压幅值及时间的增加而增大；直流接地电树枝引发长度随预压时间及幅值的增加而增加。空间电荷注入深度与电树枝引发长度两者之间高度相似。接地电树枝引发特性存在差异的主要原因是针尖附近空间电荷的分布特性。

07

摘要：挤包绝缘高压直流电缆在直流输电工程中应用广泛，但制造与应用中的梯度效应显著影响其直流电气性能。以500 kV交联聚乙烯直流电缆为研究对象，首先，通过仿真计算理想均匀绝缘电缆中的场强分布；然后，计算交联和脱气过程中绝缘层的温度分布，并对电缆绝缘切片取样，测量不同径向位置绝缘的相态结构和直流电气性能；最后，根据实测电导率对电缆绝缘中场强分布进行仿真。结果显示：电缆绝缘在交联和脱气过程中存在温度梯度，绝缘的相态结构和直流电气性能在径向上分布不均匀，绝缘电导率在径向上的梯度分布导致电缆绝缘中场强均呈现出内低外高的分布规律，且最外侧绝缘的场强大于均匀绝缘中的最高场强。

08

摘要：电缆金具对电缆起着固定和支撑作用，电网短路时，电缆金具将承受巨大的电动力，其机械性能劣化，会对电网的稳定运行构成严重威胁。采用载荷传递的顺序耦合方法，建立电缆金具系统的电磁-结构有限元模型，以虚位移法和麦克斯韦电磁理论为基础，对电缆金具系统进行瞬态电磁场分析，得到其短路电动力和磁场分布情况，将电动力作为激励源对电缆金具进行结构瞬态动力学分析，研究其力学特性。结果表明：电缆所受瞬态电动力呈周期性变化，周期与工频周期有关，随周期增加，每个周期的瞬态电动力峰值逐步衰减；中间相电缆夹具应力水平最大，在夹具底座安装板拐角处出现了塑性变形；相对于电缆支架，电缆夹具的应力水平受静力、动力分析方法影响较小，若只对电缆夹具的应力水平做定性分析，可以采用静力分析方法，若想准确、定量分析电缆夹具的应力水平，建议采用瞬态动力学方法。电缆支架的应力水平受静力、动力分析方法影响较大，当电缆夹具采用水平“一”字形布置时，宜采用瞬态动力学分析方法。

09

摘要：阻水导体的设计制造是海底电缆领域内的关键课题之一。提出一种等截面梯形型线阻水导体结构的理论设计方法，通用性强，可编程性高，适用于50~3 500 mm2阻水导体的设计和生产制造，可解决阻水型线导体设计和制造困难、尺寸不合理等问题，导体填充系数可达到0.96以上；然后，通过阻水、机械、电气性能试验，验证所述理论设计方法和工艺制造的合理性，导体结构对海缆的整体性能无不良影响，且阻水胶型线导体结构优于阻水带结构；最后，根据理论计算，所述方法设计的中压海缆型线导体外径比紧压圆形导体小3.9%~7.0%，最大可降低1.1%的制造成本。导体截面越大，型线导体结构优化越显著，验证了型线结构海缆的经济性。

10

摘要：中国高电压等级交流电缆用交联聚乙烯（XPLE）绝缘料研发较晚，目前国产220 kV电压等级绝缘料暂未获得工程应用。以3种国内外高压电缆XLPE绝缘料为研究对象，对比分析绝缘料热压试样的工频击穿场强、介电常数、介质损耗正切、熔融和结晶性能、拉伸强度、断裂伸长率、微观形貌和交联度等参数。实验测试结果表明：国产XLPE绝缘料的宏观性能参数已经和进口XLPE绝缘料相差不大，甚至国产绝缘料试样的击穿场强和力学性能参数优于进口X1#试样，但同时也能够发现国产绝缘料的不足之处，例如击穿场强的稳定性较差、介质损耗角正切值偏大等。研究结论可为国产电缆绝缘料的研发与性能提升提供数据支撑。

 往期回顾 

编辑：杨彪

审核：方彤

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