±160kV直流电缆及附件国产化技术研究与应用——国家863计划示范工程直流电缆线路成果

2015-10-21

　　广东电网有限责任公司电力科学研究院牵头完成的“±160kV直流电缆及附件国产化技术研究”项目，是南方电网承接的国家863 计划先进能源技术领域智能电网关键技术研发（一期）重大项目“大型风电场柔性直流输电接入技术研究与开发”的重要子课题。该项目配套的南澳柔性直流输电示范工程建设采用交联直流电缆，当时仅ABB 公司和J-power 公司具备生产能力，但其供货时间、产品价格及服务方式均不满足工程要求。为确保示范工程如期投产，打破国外厂商的技术封锁，示范工程选择了国产化研制的技术路线。

　　通过对直流电缆及附件国产化关键技术的研究，一方面可以为国内电缆制造商的直流电缆的结构设计和优化提供必要技术指导和依据，研发满足工程需要的高压直流电缆及附件，填补国产直流电缆领域的技术空白；另一方面，通过电缆及附件系统试验回路设计、试验方法研究以及相关标准规范的编写，为国内直流输电工程的建设和运维指明方向。

　　一、项目完成情况

　　该项目以国家863计划“大型风电场柔性直流输电接入技术研究与开发”配套示范工程为依托，全面系统研究了高压直流电缆及附件材料性能、结构设计及试验方法，自主研发直流电缆及附件，并建立试验评估体系，打破国外技术垄断，填补相关领域空白，保证了世界首个柔性多端直流输电工程顺利投产。

　　项目获发明专利“一种大爬距直流电缆户外终端，ZL201310362714.2”“一种评估挤塑绝缘直流海底电缆系统长期电气性能的预鉴定试验系统及其测评方法，ZL201310362799.4”等3项，实用新型专利“一种±160kV柔性输电用光电复合直流海底电缆，ZL201310363515.3”“一种评估挤塑绝缘直流海底电缆系统长期电气性能的预鉴定试验系统，ZL201320507395.5”等3项，国标1项，企标5项，论文5篇，直流电缆技术丛书3册（基础知识、产品制造与试验、工程应用），为直流电缆及附件研制、生产、施工、运维提供全面指导。项目通过了中国机械工业联合会组织的鉴定，并荣获广东电网公司2015年度科技进步一等奖。

　　二、关键技术及创新点

　　1．率先提出整套直流电缆结构设计方法，完成世界首例±160kV直流海底电缆及陆地电缆结构设计，并投入工程应用。

　　研究了高压直流电缆绝缘材料和半导电屏蔽材料的空间电荷基本特性、电导温度特性、直流击穿及冲击击穿特性，建立了模型并进行电缆绝缘内部的电场分布计算，首次确定了交联聚乙烯绝缘±160kV直流海底电缆及陆地电缆结构。

　　2．突破高压直流电缆附件制造技术瓶颈，采用纳米改性技术自主研发直流电缆附件绝缘和屏蔽材料，结合仿真完成结构设计，研制出±160kV直流电缆预制式接头和户外终端。

　　自主研发适用于直流电缆附件的绝缘和半导电屏蔽材料，研究橡胶材料的空间电荷、直流击穿、直流冲击叠加性能，结合仿真计算开发直流电缆附件，研制了±160kV直流电缆的预制式中间接头和终端。

　　3．研究确定了评价直流电缆性能的特征参量，搭建了试验平台，完成了型式试验，验证了该项目研发产品性能满足工程要求。

　　该项目完成了柔性直流电缆及附件系统试验回路的设计开发，填补了国内相关领域空白。在此基础上开展了直流电缆及附件的研究实验、型式试验及预鉴定试验，优化了预制式终端、中间接头的结构与工艺，验证了研发产品性能满足工程要求。

　　4．编写了系列标准及专著丛书，建立了涵盖直流电缆系统全生命周期的评价和运维体系。

　　对于直流电缆，目前没有IEC标准和国家及行业标准，该项目以世界首例多端柔性直流输电工程为突破口，讨论通过了±160kV直流陆缆、海缆及附件的采购技术条件书以及各类试验实施方案，制定了《额定电压500kV及以下直流输电用挤包绝缘电力电缆系统第1部分 试验方法和要求》国家标准及系列企标6项，出版《挤包绝缘直流电力电缆技术与应用丛书》3册。

　　三、应用情况

“大型风电场柔性直流输电接入技术研究与开发”示范工程规划建成一个电压等级为±160kV、输送容量为200MW的4端柔性直流输电系统，服务于青澳、牛头岭、云澳和塔屿风电场。目前已在汕头南澳岛建成2个送端换流站（青澳换流站和金牛换流站），在澄海区塑城站近区建设了1个受端换流站（塑城换流站），同期建设直流侧、交流侧的线路以及相关变电站的配套扩建。

　　新建±160kV金牛至塑城直流送电线路自金牛换流站起至塑城换流站止，为电缆-架空-电缆混合线路，包括后宅段陆地电缆线路、后宅段海底电缆线路、架空线路、后江湾段海缆线路和澄海区陆缆线路共5部分，路径长27.6千米，其中直流陆缆线路长8.9千米，直流海缆线路长10.6千米。

　　国家863计划配套南澳±160kV 多端柔性直流输电示范工程2013 年3 月开始施工建设， 2013 年12 月25日正式实现工程投产，成为世界首个多端柔性直流输电工程，站在了世界输电技术的前沿，该示范工程的成功投产也意味着该项目研究成果成功实现了工程应用，目前线路运行状况良好。

　　该项目是国内首次研发的高压交联聚乙烯直流电缆及配套附件，建成的输电线路也是国内首条高压直流海缆。

　　四、经济社会效益

　　1．满足电网建设需求

　　国家863计划配套±160kV南澳柔性直流输电示范工程采用了该项目研发产品，直接降低设备采购和工程施工费用5000万元以上，线路投运后每年新增电费收入预计17961.7万元，并减少设备运维成本。

　　2．填补设备研发和产品制造领域空白

　　上海三原、中天科技和宁波东方在产品研发、生产中应用了项目成果，已带来直接效益近3亿元，有效提升相关行业的设备研发和产品制造水平，带来了重大的经济和社会效益。

　　3．实现直流输电技术突破

　　该示范工程是世界首例投入工程应用的多端柔性直流输电系统，作为其中一项技术难度大、风险多的施工项目，±160kV直流电缆线路的成功建设不仅是直流输电技术上的重大突破，更是我国电气设备国产化进程的标志性成果。该项目解决了柔性直流输电关键设备直流电缆及附件的制造试验难题，可实现远距离跨海输电，满足国家海洋开发战略需求。

　　该项目产品研发、制造及试验技术可应用于其他直流输电工程，具备在整个电力行业进行全面推广的条件，市场应用前景广阔。