直接电缆的设计特点主要体现在以下几个方面:
目前直流电缆还主要使用油纸绝缘,大多采用充油电缆。由于在直
流电压下,场强和电导率 Y成反比,故绝缘中的气隙等弱点承受的场强较 小,电场分布合理。基本消除了局部放电,所以击穿强度大大高于交流下 的击穿强度。充油电缆的击穿场强可保持在 100kV/mm 左右,最大工作场 强可选取 30 ~ 45kV/mm。
具体场强可详见表 24 - 1。
表 24 - 1 直流电缆绝缘材料击穿强度
电 缆 种 类 项 目 |
粘性浸渍纸绝缘电缆 |
充油电缆 |
聚乙烯及交联 聚乙电缆 |
||
新电缆 |
旧电缆 (浸渍剂流失) |
||||
直流击穿强度 (MV/m) |
常温 |
100 ~ 110 |
35 ~ 40 |
110 ~ 120 |
80 ~ 100 |
60C |
35 ~ 90 |
- |
- |
- |
|
80C |
- |
100 ~ 100 |
- |
||
交流击穿强度 (MV/m) |
短时间 |
40 |
- |
- |
- |
长时间 |
18 ~ 20 |
- |
45 ~ 50 |
30 ~ 40 |
|
脉冲击穿强度 (MV/m) |
常温 |
100 ~ 110 |
45 |
100 ~ 110 |
70 ~ 130 |
80C |
90 ~ 100 |
- |
90 ~ 100 |
50 ~ 80 |
|
在直流电缆运行过程中,有时为了改变能量传递方向,需改变电缆的 极性。在电缆带有负载的情况下,改变电缆的极性可能使电缆内部场强 增加 50% ~ 70% 。国际大电网会议建议极性转换试验在 1 .5 倍工作电压 下进行,这相当于电缆缓慢加上 2 .5 倍工作电压,也就是说,电缆工作场强
应低于绝缘材料击穿强度的
。
对大气过电压和内部过电压,可用下式确定其脉冲水平：
BIL ≥m( Up + kU0 ) (24 - 20)
式中,Up 为系统保护水平；U0 为额定工作电压；k 为常数,取(0 .4 ~ 0 .99)； m 为完全系数。
在设计充油电缆时,由于采用工作场强较高,应对内外过电压进行核 算,以保证在内外过电压下有足够的安全裕度。
直流电缆的结构和交流电缆基本相同。对于附件,亦应考虑温度对 场强分布的影响。
目前世界上已有十多个国家和地区都已有了直流输电工程,总容量 为 1400 万千瓦左右,我国 目前也正在建设葛洲坝—上海的 土 500kV 的直 流输电工程,预计随着我国一些大型水电中心和跨海输电工程的建设,直 流输电还会有较大的发展。
在英国,随着供电负荷的不断增长,1972 年在伦敦完成了全部地下电
缆线路的直流输电工程。在大城市选择地下大功率直流输电的依据是：
(1)距离为 30 ~ 40 km 的直流电缆线路的造价已低廉很多,它能抵偿 价值高昂的换流站设备的造价；
(2)受端系统的短路电流不再增大,无需用更大的断路器去代替现有 的断路器；
(3)具有交流系统运行方式的改变不影响传输功率调节的优越性,这 就提高了系统的稳定性和用户供电的可靠性。
图 24 - 10 为英国肯格斯纳特—伦敦的直流输电线路示意图。肯格斯 纳特(泰晤士河出口)新热电站的电能将沿此线进行传输。它通过在城区 相距 22 km 的两个逆变站向地方交流电网输送 640 MW 的补充功率。
该线路采用的是直流充油电缆。电缆的护层采用铅护套和塑料组成 的组合护层。高压电缆相线的冲击绝缘强度在波 1/50 us 时为 800kV,零 线电缆为 150 kV。
肯格斯特—伦敦输电是第一个将 400 kV 与 132 kV 电网相连,进行大 功率直流输电。它表明,用直流输电加强高压交流电网是有着广阔前途 的。
图 24 - 10 具有电缆线路( 土 266kV)的肯格斯纳特—伦敦直流输电结线 1—发电机变压器组/500MW 2— 自耦变压器,400/132kV,700MV·A 3—变压器,190MV·A 4—交流滤波器,其次数为 n = 5、7、11、13 和更高频/120MV·A 5— 同上,55MV·A 6— 阀桥/ 133kV,160MW7—旁路阀,汞弧四阳极 8—旁路装置 9—线路电抗器/0 .55H
10— 电缆/ 土 266kV,1200A 11—零线电缆/1200A
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