充油气高压电缆的设计与应用

多年来，地下高压电缆一直被用于输电，多年来开发了许多不同的技术。

绝缘天然气和石油管道具有技术、环境和操作特性，当需要在有限空间内传输高压时，例如当无法使用时，它们是非常好的选择 架空电力线.

西班牙高压电缆，电压为 400 kV

气体和石油绝缘传输电缆（高压气体和石油电缆）是架空线路的一种安全灵活的替代品，在提供相同电力传输的同时占用更少的空间。

由于它们对景观的影响很小或没有影响，而且它们的最小电磁辐射意味着它们可以在建筑物附近甚至建筑物内使用，因此可以考虑将充油和充气的高压电缆用于广泛的应用。

可以在这种结构附近测量到的磁指示 B 非常低，远低于等效架空线。在距离管道 5 米处，它小于 1 μT。

它们适用于提供地下架空线路的延续、将发电站连接到电网或作为将大型工业厂房连接到一般电网的紧凑方式。

当用于压力增加的电缆时，电缆绝缘体的介电强度显着增加，其厚度和成本相应降低。充油或充气电缆中增加的压力通过空心芯或沿电缆的其他导管在绝缘内部产生，如果电缆放置在钢导管中，则施加在绝缘外部。

使用高压充气电缆建造电缆线路

充气电缆采用带耗尽层的水实施绝缘，在该层中充入压力下的惰性气体，具有良好的电气特性和高导热性（氮气、SF6气体等）。用氮气或 SF6 气体代替空气可避免绝缘氧化。

根据压力大小，电缆分为低压 (0.7 — 1.5 atm)、中压 (高达 3 atm) 和高压 (12 — 15 atm)。前两种电缆以10—35kV的三相为主，110—330kV的是单相高压电缆。

110kV 单芯充油电缆在空芯中心有一个导油通道​​，500kV 单芯充油电缆在芯内有一个中心通道，保护套下有多个通道。

三相充油设计

压力的增加需要通过在保护壳上施加加强金属条来加强保护壳，并通过适当的涂层和镀锌钢丝铠装来防止腐蚀。

用充油电缆制成的现代高压线的一个主要缺点是需要非常昂贵和复杂的辅助设备，例如：供应罐、压力罐、停止器、耦合器和端部连接器。

使用由供应罐​​和压力罐组成的供应装置来补偿浸渍组合物的体积变化。进料罐确保大量的油在压力变化很小的情况下进出电缆，而压力罐在油量发生任何变化时保持电缆中的压力。

油沿着载流导线的中心通道沿着电缆移动。电缆线通过限位套管分成单独的组成部分。

充油电缆最强大的竞争对手是加压气体电缆。与充油高压充气电缆相比，线路建设成本低，不需要复杂的辅助设备，安装和操作都非常简单。

安装带充气电缆的三相线路

与充油电缆相比，充气电缆的主要优点是为电缆线路提供气体的简单性，可以在陡峭的倾斜和垂直路线上铺设电缆。

充气电缆最广泛用于 10 — 35 kV 电压。在 110 kV 及更高电压下，与充油电缆相比，充气电缆具有较低的冲击强度和较高的热阻。因此，我国在110kV及以上的电压下很少使用这些电缆。

相反，在欧洲国家，充油电缆（Oil Filled Cable）的使用频率低于充气电缆（gas-insulated transmission lines，GIL）。

这项技术大约在 70 年代开始在欧洲应用。它专门设计用于提供在城市环境中埋设高压网络的可能性。目前，有许多已完成的项目使用电压高达 500 kV 的充气电缆。

充气电缆的优点是在紧急压力下降时有较大的安全余量，这使得它们不会在压力下降时立即断开。

充气电缆设计

压力油钢管内电缆为三根纸绝缘浸矿物油或合成油（无铅护套）的单芯电缆，敷设在15atm以下压力油钢管内。

通常，更多的粘性油用于浸渍绝缘，而较少的粘性油用于填充管道。这种带压力油的钢制管道中的电缆线路用于 110 — 220 kV 的电压。

绝缘层覆盖有由金属化纸或穿孔铜带制成的屏蔽层，其上涂有密封涂层 - 一种聚乙烯护套，可防止水分在运输过程中进入电缆。

密封层上螺旋缠绕两三根半圆形青铜或铜线，便于将电缆拉入导管内，并使相间保持一定距离，提高了油的循环并确保电缆屏蔽层与管道的电气接触。

保持电缆压力的钢管是防止机械损坏的可靠保护。绝缘上的油压通过聚乙烯护套传递。

架空到电缆的过渡

高压电缆的弱点通常是连接器。开发高压电缆线路的主要任务之一是创造一种连接器，该连接器安装方便且电气强度不低于电缆。

电缆线路末端安装端接器，每1—1.5公里线路安装半停接器（它们防止管道相邻段之间的油液自由交换）。

管道中的预设油压由一个自动操作单元维持，该单元在压力下降时向管道供油，在压力上升时去除多余的油。

在充油电缆的连接器中，进行载流导线的电气连接和电缆油道的连接。

芯子被压在一起，油道的连续性由空心钢管保证（由于有油，不允许焊接或钎焊）。

接地屏蔽（镀锡铜编织）沿套管的整个长度应用，套管的外部封闭在金属外壳中。

充油高压电缆电缆套管

加压气体钢管中的电缆与以前的设计不同之处仅在于，管道中填充的不是矿物油或合成油，而是压缩惰性气体，通常是压力约为 12-15 atm 的氮气。这种电缆的优点是线路供应系统的显着简化和成本降低。

电缆绝缘层不仅会持续暴露在工业频率电压下，还会暴露在脉冲电压下，因为电缆直接连接到架空线路或开放式变电站的电气设备和感知影响的开关设备 大气波. 

充油电缆的冲击强度高于充气电缆，无论其中的油或气体压力值如何。对于任何类型的电缆，都可以通过减小纸带的厚度来提高冲击击穿电压，即通过减少它们之间的差距。充油电缆或处于外部气体压力下的电缆（其中绝缘层的间隙填充有浸渍化合物）具有最高的击穿电压。

地下歧管（隧道）中的充气高压电缆可以很容易地在电缆之间移动，但这种类型的安装几乎不需要维护

几十年来，高压气体和油绝缘电缆管道已经证明了它们的技术可靠性，因为除了非常好的传输特性外，它们在运行中甚至在发生故障时也能提供出色的安全性。

通过预防性测试检查运行期间电缆线路的绝缘状况，这使得可以识别绝缘完整性的严重破坏和其中的缺陷（相接地、断线等），以及测量绝缘电阻、漏电流、介质损耗角等。

应该注意的是，对于电缆线路的绝缘，预防性测试是检测绝缘缺陷点的唯一方法，因为电缆线路无法进行检查和预防性维修。因此，对电缆线路绝缘进行预防性检测，可以快速发现电缆绝缘缺陷，从而减少网络的紧急情况。

除了文章—— 西门子正在开发输气管线

这条新线路旨在为每个系统传输高达 5 吉瓦 (GW) 的电力。德国联邦经济事务和能源部为该开发项目拨款 378 万欧元。

直流电线 将基于现有气体绝缘输电线路 (TL) 的技术，该输电线路由两根同心铝管组成。气体混合物被用作绝缘介质，直到现在，气体绝缘电缆线仅适用于交流电。

如果到 2050 年德国 80% 的电力需求要由可再生能源满足，则必须扩大输电网络。

发电量 风力发电机 在该国北部和德国沿海地区，必须尽可能高效地运输到德国南部的货运中心。直流输电最适用于此，因为与交流输电相比，它的电损耗较低。

与三相技术相比，使用架空输电线路和地下铺设的气体绝缘直流输电线路的高压直流 (HVDC) 网络开发可以使用更少的资源来实现。

“地下直流输电对于德国向新的电力结构过渡至关重要，因为它的开发最初将在德国进行。之后，来自其他欧盟国家或世界其他国家的查询将是很有可能的。无论如何，随着直流输气线路的发展，德国将在未来输电系统的设计中发挥主导作用，”西门子能源管理公司输气系统负责人 Denis Imamovic 说。