李世强;何旭涛;闫循平;郑新龙
【摘 要】Zhoushan multi-terminal flexible DC demonstration project is the first five-terminal flexible DC pro-ject in the world. In the engineering design, cable type selection, crossover with other pipelines and laying protection are different from those of conventional DC power transmission projects. By taking Dinghai-Daishan section of the project as an example and through detailed analysis and calculation , the paper proposes rele-vant technical principle and scheme , which turned out to be successful in engineering practice.%舟山多端柔性直流输电示范工程是世界首个五端柔性直流工程，在工程设计中存在着电缆选型复杂、与其他管线的交越、敷设保护等与常规直流输电工程不同的技术问题。以本工程定海-岱山段为例，通过详细分析、计算，提出了相关技术原则和方案，并获得工程应用。 【期刊名称】《浙江电力》
【年(卷),期】2013(000)010
改性材料
【总页数】4页(P12-15)
【关键词】柔性;直流输电;电缆选型;敷设保护
【作 者】李世强;何旭涛;闫循平;郑新龙
【作者单位】舟山电力局，浙江 舟山 316000;舟山电力局，浙江 舟山 316000;舟山电力局，浙江 舟山 316000;舟山电力局，浙江 舟山 316000
【正文语种】中 文
【中图分类】TM752空气雾化喷头
舟山多端柔性直流输电示范工程是世界首个五端柔性直流工程，跨越舟山5个岛的海域，线路总长140.4 km，电压等级±200 kV。其中定海-岱山段的海缆长度达52 km，且海域状况十分复杂，涉及众多航线、港口、捕捞区，海域已有的管线也较多，海底地质复杂，设计难度很大。
该工程的设计中存在诸多难题，主要体现在高压直流海缆的选型、直流海缆对金属管线的
电磁影响、海缆与管线交越及不良地质处的保护性措施等方面。解决好上述难题，是该工程最终能成功投运的基础。
1.1 高压直流海缆绝缘选型分析
传统的电缆绝缘类型主要分为粘性浸渍纸绝缘电缆、纸绝缘充油电缆和交联聚乙烯绝缘挤包高压直流电缆。
自20世纪80年代起，交联聚乙烯绝缘的质量显著改善，击穿耐受电压大为提高，成为了海底电缆绝缘材料的首选。目前世界上最先进的交联聚乙烯绝缘挤包直流电缆技术是采用新型的三层聚合材料挤压的单极性电缆，是将导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层3层同时挤压成绝缘层，中间导体一般为铝材单芯导体，具有高强度、环保和方便掩埋等特点，适合用于深海等恶劣环境。
粘性浸渍纸绝缘电缆适用于高直流电压等级的海底大功率传输。粘性浸渍纸绝缘电缆最高适用于直流500 kV。目前，世界上最长的海缆工程就是采用这一型式的电缆，海缆长580 km（NorNed工程，2008年投产），但这种型式的电缆国内尚未有厂家生产。
充油电缆利用补充浸渍剂消除绝缘材料中形成的气隙以提高电缆工作场强，电气性能可靠，机械性能良好。但充油电缆尺寸大、单位长度的质量较重，用作直流海底电缆时其敷设落差受到油压的限制，传输功率密度小，安装维护复杂，并且存在漏油的可能，对海底环境影响极大，在当前国际社会对环境问题极其关注的情况下，充油海底电缆的发展空间必然会受到限制。
与充油直流海底电缆相比，交联直流海底电缆的尺寸小、质量轻，对敷设环境落差要求不高，传输功率密度大，安装维护方便，并且对环境影响较小，非常环保。相关研究表明，挤包型交联聚乙烯绝缘直流海底电缆具有安装快速、容易拼接等特点，非常适合柔性直流输电工程。综上分析，本工程的直流陆缆和海缆推荐采用铜导体交联聚乙烯绝缘电力电缆。
1.2 高压直流海缆截面的选择分析
1.2.1 高压直流海缆的运行条件
水过滤芯系统额定电压；系统短期最高工作电压；雷电冲击耐受电压（峰值）550 kV；系统频率0
Hz；系统接地方式为两端接地系统；额定输送容量400 MW；最大短路电流15 kA，持续时间3 s；电缆导体的额定运行温度70℃；电缆线路设计使用年限不小于30年；电缆弯曲半径安装时不小于20倍电缆外径，安装后不小于15倍电缆外径。
t型槽尺寸1.2.2 高压直流海缆的截面的选择
本工程直流海缆从定海换流站出线采用直流陆缆方式敷设至入海口，敷设地形有山地、公路、海塘及场地等，电缆沟采用直埋、排管及混凝土电缆沟3种形式。为此要对每种电缆构筑物的电缆载流能力进行详细计算。舟山地质多为火山岩，表层土壤为风化后形成，土层较薄，一般约为1 m，土壤热阻系数多在2.0 K·m/W以上，不能满足本工程的载流量需要，因此工程设计考虑改善山地敷设环境，采用局部换土方式将土壤热阻保持在1.5 K·m/W及以下。
本工程直流电缆最大输送容量为400 MW，计算可得本工程电缆载流量需达到1 000 A。
从海底电缆的生产技术、运行、维护等角度考虑，本工程拟采用±200 kV交联聚乙烯绝缘单芯海底电缆。
经计算，1×1 000 mm2的单芯铜导体交联聚乙烯直流海缆与陆上电缆可满足输送容量要求。因此，本工程海缆选用单芯铜导体、截面1 000 mm2、交联聚乙烯绝缘、铅护套、半导电聚乙烯护套、单层钢丝铠装、聚丙烯绳外披覆海底电力电缆。陆上电缆选用单芯铜导体、截面1 000 mm2、交联聚乙烯绝缘、铅合金套、聚乙烯外护套电力电缆，并复合2×12芯光纤单元，光纤单元两侧采用铝合金丝护条。
本工程直流海缆将与海底军用通信电缆及海底电信通信电缆交越。海底电缆为金属铠装屏蔽电缆，电缆外层的金属层和铠装层可有效屏蔽电缆导体芯线周围所产生的直流电场。直流电缆正常运行时无交变磁场产生，因此不会对外在的金属产生感应电动势。只有在直流电缆发生故障的状态下对其有所影响。
考虑海缆与通信电缆平行与交叉2种情况建立计算模型，并进行相关分析。
2.1 直流海缆与通信电缆平行敷设
并行情况下，计算模型如图1所示。
计算条件如下：
直流线路工作电压±200 kV；海缆对海面深度20 m；布置方式为直流海缆位于通信电缆上方，上下间距1 m。
计算时考虑最恶劣的情况，最大电流取正常工作电流的15倍。
由图2可以看出，考虑最严重的情况，通信电缆位置恰好处于故障海缆正下方，在通信电缆上由磁耦合感应出的电压最大值接近9 kV，随着通信电缆距离海缆的距离增加，磁感应电压急剧减小，当距离增加到13.5 m的时候，磁感应电压减小到640.5 V，参照GB 6830-86《电信线路遭受强电线路危险影响的容许值》给出的650 V限值，此时可以满足要求。
对直流谐波正常运行时对通信电缆的电磁影响进行计算，以12脉动直流系统为例，直流侧为12，24，36次谐波电流。并行长度1 000 m，通信电缆在不同位置的谐波感应电流产生的纵向电动势如图3所示，谐波所造成的影响较小，可不做为主要考察对象。
以上分析结果表明，正常运行条件下直流谐波对通信电缆的影响远远低于安全限值。
2.2 直流海缆与通信电缆交叉敷设
弹簧线考虑交叉角度影响，交叉角度θ为0°～90°。图4给出了通信电缆与电力电缆交叉情况下的计算模型。
考虑计算条件与并行时类似，以400 MVA海缆52 km并行计算得到的最小安全间距13.5 m为间距进行计算，单极短路故障时通信电缆在不同交叉角度时的感应电动势如图5所示。
由图5可以看出，单极短路故障时，通信电缆在不同交叉角度时的暂态感应电动势随着交叉角度的增大急剧减小，超过10°后，暂态感应电动势下降为0。
通过计算，最终得到舟山-岱山段金属管线交越的感应过电压及安全间距如表1所示，海缆与通信电缆最小安全间距为13.5 m。
舟山多端柔性直流输电示范工程舟山岛-岱山岛直流海缆路由勘测报告指出：本段海缆与输水管道及光缆都有交越，且海缆在岱山段登陆前沿区域有基岩，根据业主要求，需重点考虑采用何种措施规避不利风险。联动报警
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