淺析10kV直流電力電纜的發展概況

摘要：大電網的邊際效應將逐步遞減，電網的發展將逐步轉向配電網。隨著社會經濟的不斷發展與進步，智能化、數據化、綠色化等元素日益影響著我們的生活。配電網近幾年克服諸多困難，為此邁出了新的一步，整個電力網架增加了直流的元素。可以大膽展望，未來直流應用將與我們的生活密不可分。

關鍵詞：直流;直流電纜結構;絕緣料;接地方式;電纜敷設

一、直流電纜概述

目前直流電纜未普遍推廣，主要是設備元器件生產還停留在起步階段，國內設備材料的供應商匱乏，產品的成熟度不夠，性能無法提供可靠保障。經與多家設備廠家調研，目前換流裝置的晶閘管元件成品率不高，個別電子元件國內沒有生產能力，直流設備缺少相關標準規范、缺少工程實踐應用案例，直流設備需要經過不斷研發、反復驗證才能確保可靠性，整個生產過程會額外增加一筆較多的費用，因此直流網架建設費用目前會整體偏高，且直流設備存在諧波問題暫未有良好的解決方案。隨著工業不斷發展與進步，用戶和互聯網數據負荷日益劇增，迫切需要大容量的電源接入，目前常規交流配電網網架已接近飽和，且輸送距離有限，而直流配電由于線損很小，因此同樣的電壓等級相應的傳輸距離、容量都會有明顯提高;尤其在地塊擁擠地段，相同的變電站出線直流電纜數量會比交流電纜數量減少約1/3，因此直流配電能有效節約走廊空間。在不考慮直流設備問題的情況，直流電纜的優勢還是很明顯，能有效解決當下配電網結構中存在的諸多問題，合理介入直流系統或交直流混供，可能會在未來幾年成為直流系統的過渡期。

二、10kV直流電纜結構分析

直流配電系統包括正、負、零三極，一般由正、負或者正、零或者負、零構成一個回路，因此直流電纜一般采用單芯或兩芯結構。

當采用單芯電纜結構時，需要考慮電纜的金屬屏蔽層產生的環流會影響電纜的載流量，但在長線路工程可減免單芯電纜線路接頭的配置，從而提高供電可靠性，降低項目成本和減少施工工期，提高有效載流量電壓等級越高，其效果越明顯。此外，還會促使我國生產廠家增大電纜制造長度，隨之更有助于上述積極意義的體現。總之，在我經濟形勢持續高漲下，高壓、超高壓的大截面單芯電纜線路工程建設，將不斷發展，提升。又基于超高壓電纜的接頭造價昂貴，且接頭數量若多，不僅安裝工作量大、工期長，且將影響運行可靠性降低。

兩芯電纜對安裝空間要求比單芯電纜要求低，同樣的安裝空間，可以敷設更多回路電纜。根據電力電纜設計標準規定兩芯電纜的轉彎半徑為15D，單芯電纜的轉彎半徑為20D，由此可知兩芯電纜的抗彎曲性更強。

因此，采用單芯或者兩芯電纜需根據實際應用場景、項目需求慎重選擇。

三、10kV直流電纜絕緣料選擇

直流電纜最大場強的部位隨負荷大小改變，故絕緣特性與交流電纜有顯著不同。若使用現行交流XLPE電纜，其交聯殘渣因素，在高溫時影響電荷積聚會形成局部高場強，從而導致絕緣擊穿強度降低。現行交流系統采用的普通XLPE電纜不適合直流輸電，因直流電場下交聯殘渣影響雜電荷的產生，當溫度較高時空間電荷積聚易形成局部高場強，這將會導致絕緣擊穿強度降低，且其直流擊穿強度還具有隨溫度升高而降低的特性。

中壓直流電纜采用直流專用交聯聚乙烯絕緣料，可有效抑制空間電荷積聚，且成纜采用扇形填充條，電纜圓整度高且可滿足敷設彎曲半徑要求;鎧裝采用非磁性不銹鋼帶，避免產生渦流損耗，使產品整體達到預定的設計使用功能。經過電纜性能的測算和模擬，電纜場強隨著溫度影響較大，甚至會出現電場反轉情況，從電纜長期運行角度考慮，選擇專用直流電纜絕緣材料是十分必要的。

四、10kV直流電纜接地方式

理論上直流電纜自身不存在感應電壓，所以兩端直接地后無須考慮感應電流，但由于實際工程中，交流配電網網架已成熟，電纜通道內均有交流電纜，在考慮交直流電纜共用通道的情況，必須考慮交流電纜對直流電纜產生的感應電壓。當臨近交流電纜線路對直流電纜的感應電壓值較小時或直流電纜線路較短時，也可采用兩端直接接地。當線路較長或者臨近交流電纜線路對直流電纜的感應電壓值較大時，需要考慮感應電壓所產生的感應電流，這時可采用分段式兩端直接接地較為合理。

五、10kV直流電纜與交流電纜共溝敷設

在土地資源日益緊缺的前提下，很難再給直流電纜新建專用通道，一般情況下考慮和交流電纜共溝、共管道敷設。交直流電纜共溝敷設時需要考慮交流電纜對直流產生的感應電壓，根據感應電壓大小選擇相適應的接地方式。感應電壓的數值大小主要由交直流電纜敷設方式、電纜間的耦合距離、電纜長度、電纜金屬屏蔽層厚度、接地方式等決定。在共溝敷設的環境下可采用一定的施工工藝措施避免交流電纜帶來的影響，譬如：（a）共溝的情況下，交直流電纜分在兩側敷設;（b）共溝的情況下，直流電纜采用金屬保護槽盒;（c）共管道的情況下，可用金屬隔板進行分區。

六、結論

綜上所述，直流電力電纜目前還存在不少問題有待解決，需要經過工程的實踐與沉淀。交流電纜發展為直流電纜是未來電纜發展不可缺少的一步，直流電力電纜的成熟應用將在未來改變我們的衣、實、住、行。

參考文獻

[1]陳錚錚，趙鵬，胡凱，鄭新龍，樂健.交直流電纜混合敷設的基頻電磁感應特性計算與分析[J/OL].高電壓技術，2018.

作者簡介：張鈞，（1988.04—），男，漢，江蘇泰州人，本科，助理工程師，目前從事電氣工程及其自動化方面的研究。