采用架空輸電線路輸電,我國已經實現了世界最高的輸電電壓等級±1100kV,但是采用直流電纜輸電,我國目前才僅僅突破±525kV,距離國際最高的±640kV還有很大的差距。到底是什么原因造成的?是技術的差距?還是材料的差距?

我國直流輸電世界最高±1100kV,直流電纜卻僅±525kV,為何所限?-陜西茂禎電力工程有限公司

直流輸電技術具有長距離、大容量、低損耗的優勢。

#電纜#

直流輸電可以通過架空輸電線路來實現,目前我國已經掌握世界上最先進的直流輸電技術,世界首個±1100千伏特高壓直流輸電工程由我國自主設計建設的昌吉—古泉±1100千伏特高壓工程。

我國直流輸電世界最高±1100kV,直流電纜卻僅±525kV,為何所限?-陜西茂禎電力工程有限公司

直流輸電除了采用架空輸電線路來實現,還可以通過高壓直流電纜來實現,目前采用直流電纜輸電的形式已經廣泛應用于島嶼供電、獨立電網互聯和海上風電場進網。

直流電纜輸電具有諸多優勢。在直流電壓作用下,電纜無電容電流,可實現遠距離送電。

直流電纜輸送容量大,直流場下絕緣材料不易電老化,壽命長。且絕緣介質的直流擊穿場強為交流擊穿場強的2~3 倍以上。

我國直流輸電世界最高±1100kV,直流電纜卻僅±525kV,為何所限?-陜西茂禎電力工程有限公司

高壓直流電纜是直流輸電的關鍵電力設備之一。目前直流電纜運行的工作溫度僅為70 ℃,遠遠低于交流電纜的90 ℃運行溫度。

因此使得直流電纜的載流量相比交流電纜要受到限制,而裸露在空氣中的特高壓直流架空輸電線路則不需要過多地考慮工作溫度的影響。

所以,電纜運行工作溫度限制是制約直流電纜電壓等級提升的因素之一。

我國直流輸電世界最高±1100kV,直流電纜卻僅±525kV,為何所限?-陜西茂禎電力工程有限公司

我國直流電纜制造在國際上處于什么水平?

近年來,伴隨直流電纜絕緣材料和屏蔽材料取得技術突破,世界各國直流電纜的電壓等級都在提升。

我國直流輸電世界最高±1100kV,直流電纜卻僅±525kV,為何所限?-陜西茂禎電力工程有限公司

日本已經研制出了±500kV直流電纜,通過了長期驗證試驗。德國與北歐化工合作開發了±525kV、±640kV直流電纜,通過了型式試驗和預鑒定試驗。意大利已經開發出基于非交聯絕緣技術的±600 kV 直流電纜。

我國高壓直流電纜的發展起步晚,但發展迅猛。2017年7 月底,我國中天科技成功研制了中國第一根±525kV直流電纜,同時也標志著我國高壓直流電纜的制造技術進入世界先進行列。

我國直流輸電世界最高±1100kV,直流電纜卻僅±525kV,為何所限?-陜西茂禎電力工程有限公司

電纜絕緣材料和屏蔽材料是制約我國高壓電纜行業發展的最大因素。

與架空線路不同,電纜是要直接敷設在地下或者水底,因此,電纜需要裝設厚厚的保護層,簡單理解,就是絕緣層和屏蔽層。

同時,對于直流電纜,電纜運行時需要耐受直流電壓和沖擊電壓,電纜絕緣厚度需要根據直流電壓和沖擊電壓分別設計,一般取二者之中的最大值。

我國直流輸電世界最高±1100kV,直流電纜卻僅±525kV,為何所限?-陜西茂禎電力工程有限公司

不同國家設計的直流電纜絕緣厚度有較大差異,日本的電纜公司研制±500kV 直流電纜絕緣厚度為23mm,德國公司研制的±525kV 直流電纜絕緣厚度約為27mm,中國科研機構和電纜公司設計的±525kV 直流電纜絕緣厚度在27~30mm之間。

目前,大部分高壓直流電纜絕緣由交聯聚乙烯構成。

交聯聚乙烯(XLPE)具有電導率低、載流子遷移率小、機械性能和耐溫性能好等諸多優點,廣泛應用于電力電纜絕緣領域,XLPE已經成為高壓直流電纜的核心技術之一,我國高壓XLPE 直流電纜料主要依賴進口。

我國直流輸電世界最高±1100kV,直流電纜卻僅±525kV,為何所限?-陜西茂禎電力工程有限公司

也就是說,在我國高壓直流電纜制造技術快速發展的同時,電纜主絕緣材料和屏蔽層材料長期被國外企業壟斷。

電纜料與屏蔽料的研發面臨的技術壁壘很多,我國尚不能大規模批量生產質量穩定可靠的滿足高電壓等級直流電纜要求的電纜主絕緣材料與屏蔽料。

由于技術保密,國外電纜料企業只公布極其有限的產品信息,常為密度、熔融指數、力學性能(斷裂伸長率、拉伸強度)的下限、介電性能參數(直流電阻率、擊穿、損耗因子、介電常數等)的下限,通過這些參數無法達到區分絕緣性能和指導材料開發的目的。

同時,我國自主研發高壓直流電纜料面臨諸多技術層面的挑戰。

我國直流輸電世界最高±1100kV,直流電纜卻僅±525kV,為何所限?-陜西茂禎電力工程有限公司

缺少了電纜絕緣材料和屏蔽材料研發制造核心技術,直流電纜的電壓等級提升將會受到嚴重制約。

其實直到今年四月,我國首條應用國產絕緣材料高壓電纜才在遼寧省投運。

據了解,全國首條應用國產高壓交聯聚乙烯絕緣及屏蔽材料的220千伏高壓電纜為阜新220千伏新煤線,這也是應用國產絕緣材料的高壓電纜首次在國內掛網運行。此前國內110千伏及以上電纜的絕緣材料基本全部依賴進口。

我國直流輸電世界最高±1100kV,直流電纜卻僅±525kV,為何所限?-陜西茂禎電力工程有限公司

隨著直流輸電技術的廣泛應用,高壓電纜將成為未來能源電力工業發展中重要的電力設備。高壓電纜絕緣料和屏蔽料的國產化意義非凡,因為只有核心技術掌握在自己手里,才有真正的話語權!

我國直流輸電世界最高±1100kV,直流電纜卻僅±525kV,為何所限?-陜西茂禎電力工程有限公司

相信,經過長時間的不懈努力下,定能夠突破高壓電纜絕緣材料研發的核心技術,攻克關鍵技術難題,研制出國產高壓電纜絕緣材料,實現高壓電纜料的國產化,生產出更高電壓等級的高壓電纜,助力我國能源互聯網建設。