浅析10kV直流电力电缆的发展概况

摘要：大电网的边际效应将逐步递减，电网的发展将逐步转向配电网。随着社会经济的不断发展与进步，智能化、数据化、绿色化等元素日益影响着我们的生活。配电网近几年克服诸多困难，为此迈出了新的一步，整个电力网架增加了直流的元素。可以大胆展望，未来直流应用将与我们的生活密不可分。

关键词：直流;直流电缆结构;绝缘料;接地方式;电缆敷设

一、直流电缆概述

目前直流电缆未普遍推广，主要是设备元器件生产还停留在起步阶段，国内设备材料的供应商匮乏，产品的成熟度不够，性能无法提供可靠保障。经与多家设备厂家调研，目前换流装置的晶闸管元件成品率不高，个别电子元件国内没有生产能力，直流设备缺少相关标准规范、缺少工程实践应用案例，直流设备需要经过不断研发、反复验证才能确保可靠性，整个生产过程会额外增加一笔较多的费用，因此直流网架建设费用目前会整体偏高，且直流设备存在谐波问题暂未有良好的解决方案。随着工业不断发展与进步，用户和互联网数据负荷日益剧增，迫切需要大容量的电源接入，目前常规交流配电网网架已接近饱和，且输送距离有限，而直流配电由于线损很小，因此同样的电压等级相应的传输距离、容量都会有明显提高;尤其在地块拥挤地段，相同的变电站出线直流电缆数量会比交流电缆数量减少约1/3，因此直流配电能有效节约走廊空间。在不考虑直流设备问题的情况，直流电缆的优势还是很明显，能有效解决当下配电网结构中存在的诸多问题，合理介入直流系统或交直流混供，可能会在未来几年成为直流系统的过渡期。

二、10kV直流电缆结构分析

直流配电系统包括正、负、零三极，一般由正、负或者正、零或者负、零构成一个回路，因此直流电缆一般采用单芯或两芯结构。

当采用单芯电缆结构时，需要考虑电缆的金属屏蔽层产生的环流会影响电缆的载流量，但在长线路工程可减免单芯电缆线路接头的配置，从而提高供电可靠性，降低项目成本和减少施工工期，提高有效载流量电压等级越高，其效果越明显。此外，还会促使我国生产厂家增大电缆制造长度，随之更有助于上述积极意义的体现。总之，在我经济形势持续高涨下，高压、超高压的大截面单芯电缆线路工程建设，将不断发展，提升。又基于超高压电缆的接头造价昂贵，且接头数量若多，不仅安装工作量大、工期长，且将影响运行可靠性降低。

两芯电缆对安装空间要求比单芯电缆要求低，同样的安装空间，可以敷设更多回路电缆。根据电力电缆设计标准规定两芯电缆的转弯半径为15D，单芯电缆的转弯半径为20D，由此可知兩芯电缆的抗弯曲性更强。

因此，采用单芯或者两芯电缆需根据实际应用场景、项目需求慎重选择。

三、10kV直流电缆绝缘料选择

直流电缆最大场强的部位随负荷大小改变，故绝缘特性与交流电缆有显著不同。若使用现行交流XLPE电缆，其交联残渣因素，在高温时影响电荷积聚会形成局部高场强，从而导致绝缘击穿强度降低。现行交流系统采用的普通XLPE电缆不适合直流输电，因直流电场下交联残渣影响杂电荷的产生，当温度较高时空间电荷积聚易形成局部高场强，这将会导致绝缘击穿强度降低，且其直流击穿强度还具有随温度升高而降低的特性。

中压直流电缆采用直流专用交联聚乙烯绝缘料，可有效抑制空间电荷积聚，且成缆采用扇形填充条，电缆圆整度高且可满足敷设弯曲半径要求;铠装采用非磁性不锈钢带，避免产生涡流损耗，使产品整体达到预定的设计使用功能。经过电缆性能的测算和模拟，电缆场强随着温度影响较大，甚至会出现电场反转情况，从电缆长期运行角度考虑，选择专用直流电缆绝缘材料是十分必要的。

四、10kV直流电缆接地方式

理论上直流电缆自身不存在感应电压，所以两端直接地后无须考虑感应电流，但由于实际工程中，交流配电网网架已成熟，电缆通道内均有交流电缆，在考虑交直流电缆共用通道的情况，必须考虑交流电缆对直流电缆产生的感应电压。当临近交流电缆线路对直流电缆的感应电压值较小时或直流电缆线路较短时，也可采用两端直接接地。当线路较长或者临近交流电缆线路对直流电缆的感应电压值较大时，需要考虑感应电压所产生的感应电流，这时可采用分段式两端直接接地较为合理。

五、10kV直流电缆与交流电缆共沟敷设

在土地资源日益紧缺的前提下，很难再给直流电缆新建专用通道，一般情况下考虑和交流电缆共沟、共管道敷设。交直流电缆共沟敷设时需要考虑交流电缆对直流产生的感应电压，根据感应电压大小选择相适应的接地方式。感应电压的数值大小主要由交直流电缆敷设方式、电缆间的耦合距离、电缆长度、电缆金属屏蔽层厚度、接地方式等决定。在共沟敷设的环境下可采用一定的施工工艺措施避免交流电缆带来的影响，譬如：（a）共沟的情况下，交直流电缆分在两侧敷设;（b）共沟的情况下，直流电缆采用金属保护槽盒;（c）共管道的情况下，可用金属隔板进行分区。

六、结论

综上所述，直流电力电缆目前还存在不少问题有待解决，需要经过工程的实践与沉淀。交流电缆发展为直流电缆是未来电缆发展不可缺少的一步，直流电力电缆的成熟应用将在未来改变我们的衣、实、住、行。

参考文献

[1]陈铮铮，赵鹏，胡凯，郑新龙，乐健.交直流电缆混合敷设的基频电磁感应特性计算与分析[J/OL].高电压技术，2018.

作者简介：张钧，（1988.04—），男，汉，江苏泰州人，本科，助理工程师，目前从事电气工程及其自动化方面的研究。