充油氣高壓電纜的設計與應用

多年來，地下高壓電纜一直被用於傳輸電力，多年來開發了許多不同的技術。

絕緣天然氣和石油管道具有技術、環境和操作特性，當需要在有限空間內傳輸高壓時，例如當無法使用時，它們是非常好的選擇 架空電力線.

西班牙高壓電纜，電壓為 400 kV

氣體和石油絕緣傳輸電纜（高壓氣體和石油電纜）是架空線路的一種安全靈活的替代品，在提供相同電力傳輸的同時佔用更少的空間。

由於它們對景觀的影響很小或沒有影響，而且它們的最小電磁輻射意味著它們可以在建築物附近甚至建築物內使用，因此可以考慮將充油和充氣的高壓電纜用於廣泛的應用。

可以在這種結構附近測量到的磁指示 B 非常低，遠低於等效架空線。在距離管道 5 米處，它小於 1 μT。

它們適用於提供地下架空線路的延續、將發電站連接到電網或作為將大型工業廠房連接到一般電網的緊湊方式。

當用於壓力增加的電纜時，電纜絕緣體的介電強度顯著增加，其厚度和成本相應降低。充油或充氣電纜中增加的壓力通過空心芯或沿電纜的其他導管在絕緣內部產生，如果電纜放置在鋼導管中，則施加在絕緣外部。

使用高壓充氣電纜建造電纜線路

充氣電纜採用帶耗盡層的水實施絕緣，在該層中充入壓力下的惰性氣體，具有良好的電氣特性和高導熱性（氮氣、SF6氣體等）。用氮氣或 SF6 氣體代替空氣可避免絕緣氧化。

根據壓力大小，電纜分為低壓 (0.7 — 1.5 atm)、中壓 (高達 3 atm) 和高壓 (12 — 15 atm)。前兩種電纜以10—35kV的三相為主，110—330kV的是單相高壓電纜。

110kV 單芯充油電纜在空芯中心有一個導油通道，500kV 單芯充油電纜在芯內有一個中心通道，保護套下有多個通道。

三相充油設計

壓力的增加需要通過在保護殼上施加加強金屬條來加強保護殼，並通過適當的塗層和鍍鋅鋼絲鎧裝來防止腐蝕。

用充油電纜製成的現代高壓線的一個主要缺點是需要非常昂貴和復雜的輔助設備，例如：供應罐、壓力罐、停止器、耦合器和端部連接器。

使用由供應罐和壓力罐組成的供應裝置來補償浸漬組合物的體積變化。進料罐確保大量的油在壓力變化很小的情況下進出電纜，而壓力罐在油量發生任何變化時保持電纜中的壓力。

油沿著載流導線的中心通道沿著電纜移動。電纜線通過限位套管分成單獨的組成部分。

充油電纜最強大的競爭對手是加壓氣體電纜。與充油高壓充氣電纜相比，線路建設成本低，不需要復雜的輔助設備，安裝和操作都非常簡單。

安裝帶充氣電纜的三相線路

與充油電纜相比，充氣電纜的主要優點是為電纜線路提供氣體的簡單性，以及在陡峭傾斜和垂直路線上鋪設電纜的可能性。

充氣電纜最廣泛用於 10 — 35 kV 電壓。在 110 kV 及更高電壓下，與充油電纜相比，充氣電纜具有較低的衝擊強度和較高的熱阻。因此，我國在110kV及以上的電壓下很少使用這些電纜。

相反，在歐洲國家，充油電纜（Oil Filled Cable）的使用頻率低於充氣電纜（gas-insulated transmission lines，GIL）。

這項技術大約在 70 年代開始在歐洲應用。它專門設計用於提供在城市環境中埋設高壓網絡的可能性。目前，有許多已完成的項目使用電壓高達 500 kV 的充氣電纜。

充氣電纜的優點是在緊急壓力下降時有較大的安全餘量，這使得它們不會在壓力下降時立即斷開。

充氣電纜設計

壓力油鋼管內電纜為三根紙絕緣浸礦物油或合成油（無鉛護套）的單芯電纜，敷設在15atm以下壓力油鋼管內。

通常，更多的粘性油用於浸漬絕緣，而較少的粘性油用於填充管道。這種帶壓力油的鋼製管道中的電纜線路用於 110 — 220 kV 的電壓。

絕緣層覆蓋有由金屬化紙或穿孔銅帶製成的屏蔽層，其上塗有密封塗層 - 一種聚乙烯護套，可防止水分在運輸過程中進入電纜。

密封層上螺旋纏繞兩三根半圓形青銅或銅線，便於將電纜拉入導管內，並使相間保持一定距離，提高了油的循環並確保電纜屏蔽層與管道的電氣接觸。

保持電纜壓力的鋼管是防止機械損壞的可靠保護。絕緣上的油壓通過聚乙烯護套傳遞。

架空到電纜的過渡

高壓電纜的弱點通常是連接器。開發高壓電纜線路的主要任務之一是創造一種連接器，該連接器安裝方便且電氣強度不低於電纜。

電纜線路末端安裝端接器，每1—1.5公里線路安裝半停接器（它們防止管道相鄰段之間的油液自由交換）。

管道中的預設油壓由一個自動操作單元維持，該單元在壓力下降時向管道供油，在壓力上升時去除多餘的油。

在充油電纜的連接器中，進行載流導線的電氣連接和電纜油道的連接。

芯子被壓在一起，油道的連續性由空心鋼管保證（由於有油，不允許焊接或釬焊）。

接地屏蔽（鍍錫銅編織）沿套管的整個長度應用，套管的外部封閉在金屬外殼中。

充油高壓電纜電纜套管

加壓氣體鋼管中的電纜與以前的設計不同之處僅在於，管道中填充的不是礦物油或合成油，而是壓縮惰性氣體，通常是壓力約為 12-15 atm 的氮氣。這種電纜的優點是線路供應系統的顯著簡化和成本降低。

電纜絕緣層不僅會持續暴露在工業頻率電壓下，還會暴露在脈衝電壓下，因為電纜直接連接到架空線路或開放式變電站的電氣設備和感知影響的開關設備 大氣波. 

充油電纜的衝擊強度高於充氣電纜，無論其中的油或氣體壓力值如何。對於任何類型的電纜，都可以通過減小紙帶的厚度來提高衝擊擊穿電壓，即通過減少它們之間的差距。充油電纜或處於外部氣體壓力下的電纜（其中絕緣層的間隙填充有浸漬化合物）具有最高的擊穿電壓。

地下歧管（隧道）中的充氣高壓電纜可以很容易地在電纜之間移動，但這種類型的安裝幾乎不需要維護

幾十年來，高壓氣體和油絕緣電纜管道已經證明了它們的技術可靠性，因為除了非常好的傳輸特性外，它們在運行中甚至在發生故障時也能提供出色的安全性。

通過預防性測試檢查運行期間電纜線路的絕緣狀況，這使得可以識別嚴重違反絕緣完整性的情況和其中的缺陷（相接地、斷線等），以及測量絕緣電阻、漏電流、介質損耗角等。

應該注意的是，對於電纜線路的絕緣，預防性測試是檢測絕緣缺陷點的唯一方法，因為電纜線路無法進行檢查和預防性維修。因此，對電纜線路的絕緣進行預防性檢測，可以快速識別電纜絕緣缺陷，從而減少網絡的緊急情況。

除了文章—— 西門子正在開發輸氣管線

這條新線路旨在為每個系統傳輸高達 5 吉瓦 (GW) 的電力。德國聯邦經濟事務和能源部為該開發項目撥款 378 萬歐元。

直流電線 將基於現有氣體絕緣輸電線路 (TL) 的技術，該輸電線路由兩根同心鋁管組成。氣體混合物被用作絕緣介質，直到現在，氣體絕緣電纜線僅適用於交流電。

如果到 2050 年德國 80% 的電力需求要由可再生能源滿足，則必須擴大輸電網絡。

發電量 風力發電機 在該國北部和德國沿海地區，必須盡可能高效地運輸到德國南部的貨運中心。直流輸電最適用於此，因為與交流輸電相比，它的電損耗較低。

與三相技術相比，使用架空輸電線路和地下舖設的氣體絕緣直流輸電線路的高壓直流 (HVDC) 網絡開發可以使用更少的資源來實現。

“地下直流輸電對於德國向新的電力結構過渡至關重要，因為它的開發最初將在德國進行。以後，其他歐盟國家或世界其他國家的查詢將是很有可能的。無論如何，隨著直流輸氣線路的發展，德國將在未來輸電系統的設計中發揮主導作用，”西門子能源管理公司輸氣系統負責人 Denis Imamovic 說。