摘要：文章从高压直流电力的发展情况出发，介绍了高压直流电缆现状以及其在实际中的应用。文章对我国高压直流电力电缆的发展中存在的关键性问题和技术难题进行分析，指出问题可能的原因，并对高压直流电力电缆的未来发展进行展望，分析当前形势下大力发展高压直流电力电缆的必要性。
关键词：高压直流电缆；技术难题；未来发展
1直流测量系统的构成及原理
1.1直流电流测量系统的构成及工作原理
如图1所示，直流电子式电流互感器采样回路主要由5部分组成：一次传感器、电阻盒、远端模块、光纤绝缘子和合并单元。
图1 直流电子式电流互感器信号传输回路示意图
当直流电流通过光CT的直流分流器时，依据电流通过电阻产生压降的原理，在分流器两端产生一个与电流大小成正比的毫伏级直流电压（额定电流时为75mV），通过连接电缆送至电阻盒的输入端。电阻盒将此电压信号分成多路大小相等的直流电压信号，并送至远端模块的输入端。远端模块通过内部的滤波、模数转换、信号处理及电光转换后，利用光纤送至控制保护室的合并单元NR1125板卡。合并单元将多个直流电流测点的电流量合并后，通过NR1122板卡及光纤送至各控制保护主机，同时以激光的形式将能量送至远端模块，然后远端模块将光能转换为电能供给内部电路。当远端模块检测到激光功率不足或内部需要更大激光功率时，远端模块将通过数据光纤调大合并单元激光器的驱动电流，使合并单元发出更大的激光功率。
1.2直流电压测量系统的构成及工作原理
直流电子式电压互感器采样回路主要由一次传感器、电阻盒、远端模块、光纤绝缘子和合并单元组成。直流光PT利用基于等电位屏蔽技术的精密电阻分压器将一次高电压信号转换为低电压信号（二次额定输出50V）。然后，由电阻盒（分压板）将分压器输出的低压信号转换为多路信号，并分给多个相互独立的RTU。RTU将小电压信号转换为光信号，并利用光纤传输至合并单元。合并单元处理信号后，利用光纤将其整合后的多个测点数据送至各个直流控制保护装置。
2高压直流电缆发展现状概述
2.1油纸绝缘高压直流电力电缆
这种高压电缆也成为纸绝缘电缆，纸绝缘电缆又有很多种类，目前使用最为广泛的纸绝缘电缆为MI电缆。该电缆本身优点很明显，容量大，整体传输可靠性高，但是也存在接合时长过长的问题。与此同时，纸质的电缆本身的制造工艺较为繁琐，后期的维修保护成本较高，在高负荷传输过程中，电缆温度急剧升高，油的粘度会随着温度的升高而降低。一段时间后，随着黏度降低导致的油位移使得电缆整体存在绝缘强度差以及压力不均衡的情况，使得电缆受力不均发生变形。
2.2挤压型聚合物直流电缆
挤压型直流电缆又被称为直流塑料电缆，通过字面意思直观地理解就能发现其与纸质直流电缆的差别。直流塑料电缆内主要的绝缘介质为聚乙烯，聚乙烯本身具有稳定、结构简单、耐用好、安装容易等优点。挤压型聚合物直流电缆也更加适用于海底等电路管道的传输。与此同时，塑料介质的绝缘材料整体损耗程度更低，制作安装成本不高，环保性能好，更加适用于未来的大规模高压直流电力传输场景。
3未来高压直流绝缘材料发展面临的问题
3.1绝缘材料的纯净度问题
绝缘材料纯净度是未来制约绝缘材料发展的重要问题。目前应用的主要是以LDPE树脂作为制作XLPX高压电缆传输的基础材料，LDPE树脂本身的纯净度以及加工方式直接决定XLPE绝缘材料的性能和纯净度。为此，对LDPE树脂材料的加工和研究是十分重要的也是提升XLPE绝缘材料性能的基础。在这方面的技术水平以及原材料的制取处于被国外公司垄断状态。目前制约直流电缆材料发展的因素中主要有两点：超净聚乙烯原材料制备和交联聚乙烯纳米改性技术。虽然我国一些大型的石化公司能够自行生产一些LDPE树脂用于支持XLPE电缆绝缘材料的构建，但是一些高压电缆的绝缘材料更多是依赖国外公司的进口，我国对于高压传输中XLPE绝缘材料的产能明显不足。
3.2纳米粒子添加对于空间电荷问题的影响
对于空间电荷问题的解决目前业界普遍倾向于通过添加纳米材料来完成。MgO作为已经有过实验成功先例的纳米原材料，能够影响目前XLPE绝缘材料的聚合物内的空间电荷的分布形态，使其分布更加均匀，减少相互作用。纳米材料内部本身的纳米颗粒能够与绝缘材料聚合物的基体产生相互作用，调节电场分布。纳米材料下的氧化镁是目前应用最为广泛的也是经过实验认证的。氧化镁（MgO）材料本身的优势是显而易见的，其制造和获取方法也很多，但是业界普遍受困扰的问题在于如何制造出高纯度的纳米氧化镁。
3.3空间电荷测试技术的优化
空间电荷的分布以及空间电荷运动规律、相互作用都是需要攻克和解决的问题。为此，对于空间电荷的测量技术的优化对于了解和掌握空间电荷的特性是十分重要的。目前在绝缘材料中空间电荷的检测主要有热脉冲法、升温检测法，以及通过激光、压力、电脉冲等进行电荷的无损检测等几种方法。在对空间电荷进行测试及检测时，首要原则就是不能损坏和影响原有的电荷结构。在对实际应用的直流电缆进行空间电荷检测时，通常会采取电脉冲的方法，因为它能够更好地适应高压直流电缆的绝缘层和场地特性。目
4高压电力电缆未来发展趋势
4.1XLPE电缆全面替代传统电缆
XLPE电缆的优势是显而易见的，其本身良好的电气特性、耐电强度、耐用性、绝缘稳定性等都是现阶段最理想的绝缘介质。现如今XLPE电缆的普及度并没有达到一个特别高的阶段，从未来的发展角度来看，无论是高电压级还是低电压级都应该全面采用XLPE电缆作为绝缘材料。虽然许多人仍然质疑其应用的可靠性，但是已经有许多实际应用成功的案例值得人们去借鉴。而且，随着后续绝缘材料之间软接头工艺的不断改进和完善，其在海底之间完成大陆与岛屿的海底高压直流输送的应用也会逐渐被人们认可。
4.2多种混合的输电模式
目前的送电模式主要有地下电缆、高空架电输送，以及专门的管道输送等等。但是无论是何种方式，在应用场景上都有其瓶颈和制约性。在未来，应该综合考虑每种送电模式的优缺点，采用混合式的输电模式，以适应多种特殊地形，降低故障率，提升送电的稳定性和可靠性。在未来，应该实现超高压直流电缆、高压输送线路、架空送电线路混合并行的模式。这样能够解决大城市群、海岛、海拔高地区等多种类型的送电难题，具有综合的技术经济优势以及广阔的应用前景，逐步形成地空联合的混合输电系统。
结语
从直流电流测量系统的工作原理和控制保护系统的连接结构，得出了针对不同类型直流测点的检修方案策略，可为今后类似故障的应急处理提供了技术支持。
参考文献
[1]张，查俊伟，王思蛟，等.高压直流电缆绝缘材料的发展与展望[J].绝缘材料，2016（2）：1-9.
[2]周远翔，刘睿，张云霄，等.高压/超高压电力电缆关键技术分析及展望[J].电工文摘，2014（6）：1-14.
论文作者:刘宏博,刘青萍
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/3
标签：电缆论文; 绝缘材料论文; 高压论文; 电荷论文; 信号论文; 电流论文; 远端论文; 《电力设备》2019年第2期论文;