电力电缆技术综述

本文转自高电压技术
电力电缆技术综述
Harry Orton
1 电力电缆的历史
第一份有关电缆或电线的记录可能是1812年俄罗斯人舒林使用橡胶漆绝缘电线引爆矿物矿石。在130年前的美国，托马斯·阿·爱迪生发明了地下“街道管道”，并在1881年12月27日获得美国专利号251,552。爱迪生的“街道管道”以110伏直流运行，由裹有黄麻的铜棒插入铁管中，并用沥青/蜡混合物填充间隙（图1）。尽管经过了130年，现代电力电缆仍然惊人地相似。
图2比较了纸介质和聚合物绝缘电缆系统的使用增长率，图3显示了欧洲制造商针对超高压电缆所采用的电缆类型的百分比（Europacable 2003制作的宣传册）。
一百多年来，电缆的基本设计一直没有改变，都是由一系列同心圆组成。改进电缆技术的是材料的发展，从复合纸液态系统到聚合物绝缘材料，现在又发展到纳米介电材料。在可能的纳米粒子的本质、尺寸、形状和含量以及纳米介电材料在电缆绝缘方面的可能应用方面都取得了进展。

图1 爱迪生的“街道管道”（图片提供：Michael Purcell，Energex）

图2 电缆最高交流电压等级演变（图片提供：Nigel Hampton博士，NEETRAC）

图3 2003年欧洲制造商用于超高压电缆系统的绝缘体系（Europacable 2003）
2 聚合物中高压电缆 自1960年代引入以来，聚合物绝缘的中压电缆经历了相当大的发展，并在应用方面经历了惊人的增长。电缆设计已经得到改进，但电缆系统中的薄弱点仍然是电缆附件。冷缩接头在15年前就被引入，但必须实施的关键参数包括高性能材料、电气和热参数以及对湿度的抗性。
许多最近的设计发展已经纳入到高压电力电缆中，以提高其可靠性和对周围环境的影响。例如，优化导体和收缩材料的设计、电场和磁场(EMF)减轻的安装设计以及电缆护套粘接的设计等都是一些例子。
3 海底和高压直流电缆 高压海底电缆的持续增加是由于风电连接，HVAC和HVDC装置更深的海底电缆和最近的动态电缆安装。随着电力需求的增加和对可再生能源雄心勃勃的目标的定义，改进海底电缆性能的需求正在增长。
HVDC电缆已经成为许多全球电力系统的重要特征。诸如更长的长度（长达600公里）、最小介电损耗、新材料的演变、异步电源系统之间的可能互连、利用VSC变流器以及现在可用于520千伏电压的电缆等特征，使得这种技术对许多水电站非常有吸引力。
4 电缆测试和诊断 局部放电(PD)仍然是电力电缆诊断的非常重要的方法，商业上可供在线和离线诊断选项。低压(LV)和中压(MV)系统的诊断测试应用主要集中在实用程序上，以进行这些测试、优化维护成本并限制故障后果。局部放电测量的最大困难在于结果的解释。将分布式温度系统(DTS)与局部放电测量设备相结合，提供了一种监测解决方案，用于配电网络。除了局部放电检测之外，工程诊断师还有其他选择。这些包括红外光谱(IR)和声发射(AE)。
IEC 62067是测试电力电缆系统通常条件和操作的国际认可标准。然而，它不提供在紧急运行温度105℃或长时间运行的测试。最近的测试提供了关于电缆设计以及高温操作对电缆系统可靠性的潜在影响的有价值的数据和信息。此外，测试结果为许多设计修改提供了依据，并简化了安装和相关成本节约。
5 未来的电力电缆 地下电力电缆的使用和重要性肯定会增加。随着智能电力电缆的越来越受欢迎，它将具有控制负荷、监测任何热点、限制过载和诊断腐蚀、局部放电和水树生长等退化问题的能力，并具备内置诊断功能。电缆设计已经包括自我诊断，如DTS和局部放电监测器。不用说，将需要对大量数据进行分析和解释。