500kV超高压电缆设计

摘要随着社会经济的发展和用电需求的不断增长，城市输电系统正在逐步从架空线路向电力电缆方向发展，电力电缆正逐步向更高电压等级、更大传输容量发展，500kV超高压电力电缆的应用将逐渐扩大。但目前国内对超高压电缆及附件的开发能力、长距离500kV电缆的设计、施工和运行等问题的研究还比较薄弱，相应的技术很难跟上发展的速度，500kV超高压电力电缆的设计、选材和生产也面临着重重问题，超高压电力电缆的设计研发经迫在眉睫。本文简述了500kV电缆的研究背景及意义，介绍了国内外的发展现状并着重了解了日本的发展过程。给出了500kV单芯电力电缆的典型结构，对充油电缆和XLPE电缆进行了对比，给出了生产XLPE聚乙烯料应满足的性能需求及挤包的相关问题。概述了超高压电缆的屏蔽层缓冲层的意义，对金属护套的选择和生产工艺进行了详细介绍，叙述了超高压电缆外护层的性能要求和阻水的意义等相关问题，简要介绍了载流量的计算。最后，通过对XLPE电缆和充油电缆的对比可以知道XLPE电缆优势明显，必然成为EHV发展的主要趋势。本文对500kVXLPE的选材结构等进行了较为全面的介绍，希望可以为500kVXLPE电缆的设计和生产提供一些帮助。关键词500kV；XLPE绝缘；超高压；电力电缆:---TheodoreAbstractWiththedevelopmentofsocialeconomyandthegrowingdemandforelectricity,citytransmissionsystemdevelopsgraduallyfromoverheadlinetothepowercable,powercablegraduallycometohavethehighervoltage,largertransmissioncapacity,theapplicationof500kVultra-highvoltagepowercablesgraduallyexpand.ButatpresentthedesignofdomesticEHVcablesandaccessoriescapacity,constructionandoperationofresearchisstillrelativelyweak,thecorrespondingtechnicalisdifficulttokeepupwiththespeedofdevelopment.Thedesignofultra-highvoltagepowercablematerialandproductionisfacedwithmanyproblems,Thedesignandresearchofultra-highvoltagepowercableareattheimminent.Thispaperdescribestheresearchbackgroundandsignificanceof500kVcable,introducingthedevelopmentstatusathomeandabroadandfocusingontheunderstandingleveloftheprocessinJapan.Wealsocomparethetypicalstructureofthe500kVsinglecorecables,theoil-filledcableandXLPEcables,theperformancedemandfortheproductionofXLPEpolyethylenematerialanddescribetheneedswhichmeettherelatedproblems.WeoverviewthesignificanceoftheshieldinglayerofbufferlayerofEHVcableandtheselectionandproductionprocessofmetalsheathindetail,aswellastheproblemsrelatedtoperformancerequirementsofprotectivelayerofEHVcableandthesignificanceofwaterresistance,wealsobrieflyintroducesthecalculatingoftheloadflow.FinallywecanknowtheadvantagesofXLPEcablebycomparingwithoil-filledcable.AndwebelievethatitwillbethetrendforEHVdevelopment.Inthispaperweintroducethematerialselectionandstructureindetails,hopingthatitcanprovidesomehelpfordesignandproductionofXLPEcable.:Keywords500kV；XLPEinsulationcable；EHV；Powercable目录摘要...........................................................IAbstract......................................................II第1章绪论....................................错误!未定义书签。课题背景....................................错误!未定义书签。国内外研究动态..............................错误!未定义书签。国内500kVXLPE绝缘电力电缆及其附件发展状况错误!未定义书签。日本500kVXLPE绝缘电力电缆发展状况.......错误!未定义书签。本文主要研究内容............................错误!未定义书签。第2章500kV超高压电力电缆....................错误!未定义书签。500kV超高压电力电缆........................错误!未定义书签。500kVXLPE绝缘电力电缆的结构...............错误!未定义书签。超高压电力电缆各部分结构及选材..............错误!未定义书签。超高压电缆导体的选择......................错误!未定义书签。超高压电缆导体的结构......................错误!未定义书签。超高压电缆的绝缘层........................错误!未定义书签。超高压电缆的屏蔽层........................错误!未定义书签。超高压电缆的缓冲层........................错误!未定义书签。超高压电缆的金属护套挤出工艺..............错误!未定义书签。超高压电缆的护层..........................错误!未定义书签。超高压电缆的阻水..........................错误!未定义书签。本章小结....................................错误!未定义书签。第3章电缆的电气参数计算......................错误!未定义书签。电缆载流量计算的必要性......................错误!未定义书签。载流量计算的基本原理........................错误!未定义书签。稳态载流量的计算原理........................错误!未定义书签。电缆的几种敷设方式........................错误!未定义书签。导体线芯焦耳损耗..........................错误!未定义书签。绝缘介质损耗..............................错误!未定义书签。金属护套损耗..............................错误!未定义书签。电缆的热阻计算............................错误!未定义书签。稳态载流量计算流程........................错误!未定义书签。本章小结....................................错误!未定义书签。结论...........................................错误!未定义书签。致谢...........................................错误!未定义书签。参考文献.......................................错误!未定义书签。附录...........................................错误!未定义书签。第1章绪论1.1课题背景目前，城市电力负荷需求越来越大，电压等级越来越高，为适应都市化负荷密集、城市容貌、网络复杂等状况，从技术和经济考虑，用电缆作引出线己经成为城市供电线路最佳选择。选用高耐电强度与介电系数的电力电缆，具有全封闭、全屏蔽、紧凑型的结构、有一定的可挠性、可穿越水中、地下埋设、免维护和高可靠性等特点，大大地降低了对空间尺寸和环境条件的要求，降低了维护成本，提高了供电可靠性。这些独特的优势，使城市电网的输电已经由架空线路逐步向地下电缆转变，且电力电缆的电压等级也在不断提高[1-2]。近年来，随着我国智能电网的开发、电网容量的扩大和改造以及城镇化进程的加快，对EHV电缆的需求大量增加，随着绝缘耐压水平的提高，高压、超高压电缆的应用也越来越多。新能源电站的兴建、装备制造的发展、轨道交通的推广等又极大扩充了电缆的新型应用领域。客观预测：2020年前我国110kV及以上高压超高压交联电缆的年需求增长率平均为15％，根据行业统计资料和市场分析，500kV超高压电缆2008年为213km，2010年为近400km，2015年将达870km，2020年预计为1700km[3]。但目前国内对超高压电缆及附件的开发能力、长距离500kV电缆的设计、施工和运行等问题的研究还比较薄弱，缺乏已达到共识的国际标准。500kV超高压电缆的开发、设计、安装、运行、维护、推广的研究已迫在眉睫[4]。我国超高压电缆材料目前仍需要进口，国际上的主供应商是陶氏化学和北欧化工两家。110kV电缆代表规格800mm2绝缘料用量为km，220kV代表规格1200mm2绝缘料用量为km，500kV代表规格1600mm2绝缘料用量为km。我国国产高压超高压电缆附件一直落后电缆本体，220kV电缆附件的制造商就已经非常少，在国家电网武汉高压研究院通过型式试验和预鉴定试验的只有青岛汉缆股份有限公司、长沙电缆附件有限公司、沈阳古河电缆有限公司、江苏安靠超高压电缆附件有限公司等为数不多的几家。在220kV、500kV的超高压地下输电线路中，电缆附件的需求量分别为420m一套和400m一套。因此，我国超高压电缆企业和有关科研机构应加大对超高压电缆材料和电缆附件的研发进程，早实现国产化，抢占高压电力电缆的技术制高点，振兴我国线缆民族工业。1.2国内外研究动态近代，500kV及以上电力电缆的开发应用已成为热潮．自第一条500kV电缆1975年在日本问世；上世纪七十年代末，意大利、美国等国家也着手开发750kV及以上电压等级的特高压电缆。1988年由日本研制的500kV交联聚乙烯(XLPE)电缆问世，实现了电缆“无油化”的要求、深受欢迎；1993年后日本开始长距离500kVXLPE电缆的商业应用，即500kV电缆长度由适应于电源网点间连接的百米级长度，扩展到城区网络间的互联，长度则以公里乃至上百公里，如东京湾的新京叶工程和大阪、名古屋的城网工程。在欧洲，继丹麦的哥本哈根环网电缆工程之后，德国柏林的BA