日本电力电缆技术动向课件

2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18日本电力电缆技术动向日本电力电缆技术动向2023/8/10日本电力电缆技术动向2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18 1输电系统n n日日本本有有十十大大电电力力公公司司，东东京京、中中部部、关关西西与与九九州州电电力公司似乎著名。力公司似乎著名。n n日日本本电电网网以以6666kVkV、275kV275kV、500kV500kV为为主主干干线线网网，局局部部地区还有地区还有154154kVkV与与220220kV,kV,配电电缆网为配电电缆网为2222kVkV。n n全全国国电电网网资资料料未未收收到到，东东京京电电力力公公司司在在东东京京大大城城市市区区域域由由500500kVkV架架空空线线路路环环城城，在在东东京京市市区区外外30-4030-40kmkm处处由由275275kVkV大大变变电电站站连连接接系系统统，由由275275kVkV地地下下电电缆缆向向市区供电。市区供电。2023/8/10 2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18表表1 19931 1993年东京地区架空线路与地下电缆线路年东京地区架空线路与地下电缆线路系统电压（kv）架空线路（km）地下电缆线路（km）2266154275500334 1428561612487346017824774778706/表表2 19932 1993年东京地下电缆回路年东京地下电缆回路 系统电压(kv)电缆型式XLPE/地下电缆回路总长XLPE百分数（%）2266154275分相铅包XLPE油纸XLPE油纸钢管油纸XLPE油纸钢管油纸XLPE1070/17823552/4774111/77820/7066074.714.32.82023/8/10表1 1993年东京地区架空线路与2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18 从从19861986年年以以来来，花花费费1515年年时时间间，日日本本经经济济产产业业省省、国国土土交交通通省省等等有有关关政政府府部部门门与与电电力力公公司司商商讨讨，把把电电力力配配电设备地下化。目前已进行了电设备地下化。目前已进行了4 4次计划，见表次计划，见表3 3。表表 3 3 日本架空线入地四次计划日本架空线入地四次计划 时间19861990199119941995199819992003东京改造入地电缆电路全国改造入地电缆回路平均每年入地电缆回路149km1000km200km435km1000km250km470km1400km350km1400km（关东）约3000km800km2023/8/10 从1986年以来，花费152008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18n到到20032003年应完成年应完成64006400kmkm架空线路改造架空线路改造 改改造造初初期期需需要要目目的的是是：清清除除架架空空线线路路与与杆杆式式变变压压器器太太密密集集，确确保保社社会会公公众众安安全全为为目目的的，到到第第4 4期期计计划划时时主主要要从从防防止止城城市市灾灾害害以以及及提提高高城城市市景景观观观观念念出出发发而而引引发发架架空空线线路路改造。改造。n到到20032003年年日日本本在在2222kvkv及及以以上上的的地地下下电电缆缆总总回回路路达达到到2500025000kmkm，其其中中交交联联电电缆缆达达到到约约1800018000kmkm，大约占全部电缆回路数大约占全部电缆回路数72%72%。2023/8/10到2003年应完成6400km架空线路改造2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/182地下电缆系统介绍 由由于于日日本本目目前前电电力力电电缆缆基基本本上上使使用用XLPEXLPE电电缆，在此只介绍缆，在此只介绍XLPEXLPE电缆近况电缆近况(1)(1)日本交联电缆应用历史日本交联电缆应用历史 6060年年代代开开始始日日本本在在2222kvkv配配电电线线路路中中使使用用交交联电缆，之后向高电压方向发展。联电缆，之后向高电压方向发展。n n第第一一根根6666kV kV XLPEXLPE电电缆缆应应用用于于19711971年年，连连接接架架空空线线到到变变电电站站，19841984年年6666kV kV 2500mm2500mm2 2 大大截截面面电电缆缆首首次次用用到到变变电电站站与与架架空空线线连连接接上上，19851985年年35003500mmmm2 2 大大截面应用于变电站中。截面应用于变电站中。2023/8/102地下电缆系统介绍2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18n19771977年年日日本本第第一一根根154154kV kV XLPEXLPE电电缆缆应应用用于于电电网网短短段段连连接接。19811981年年开开始始在在城城市市长长线线路路中中应应用用154154kVkV电缆，最大截面积为电缆，最大截面积为25002500mmmm2 2。n第第一一根根275275kVkV电电缆缆于于19811981年年在在东东京京电电力力公公司司的的TamaharaTamahara引引水水电电站站作作引引出出线线用用，第第一一回回275275kVkV长长线线路路于于19891989年年5 5月月在在东东京京电电力力开开始始运运行行，19911991年，它的延长线再次安装敷设运行。年，它的延长线再次安装敷设运行。n第第一一根根500500kVkV交交联联电电缆缆于于19881988年年7 7月月在在日日本本今今市市引引水水电电站站使使用用，20002000年年世世界界第第一一回回39.839.8kmkm长线路于东京电力运行。长线路于东京电力运行。2023/8/101977年日本第一根154kV XLPE电2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18(2)(2)电缆设计改进电缆设计改进 日日本本交交联联电电缆缆是是采采用用平平均均场场强强进进行行设设计计，它它考考虑虑三三个个方方面面，按按交交流流电电压压、冲冲击击试试验验电电压压下下击击穿穿场场强强选选取取绝绝缘缘厚厚度度，另另一一考考虑虑是是绝绝缘缘屏屏蔽蔽处处场场强强不不能能高高于于接头设计中规定场强，击穿场强依据韦伯分布选取。接头设计中规定场强，击穿场强依据韦伯分布选取。a.a.a.a.以工频电压为基础确定绝缘厚度以工频电压为基础确定绝缘厚度以工频电压为基础确定绝缘厚度以工频电压为基础确定绝缘厚度 U U为最大额定线电压为最大额定线电压K K1 1工频温度系数（工频温度系数（1.21.2）K K2 2工频降解系数（工频降解系数（2.32.3，n n取取1515）K K3 3 不确定误差因数（不确定误差因数（1.11.1）E Etac tac 工频下击穿场强工频下击穿场强2023/8/102008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18b.b.b.b.依冲击耐压确定绝缘厚度依冲击耐压确定绝缘厚度依冲击耐压确定绝缘厚度依冲击耐压确定绝缘厚度 T TimpimpU Uimpimp*k*k1 1*k*k2 2*k*k3 3/E/Etimptimp U Uimpimp：为冲击耐压值为冲击耐压值k k1 1：冲击温度系数（冲击温度系数（1.251.25）k k2 2：冲击降解系数（冲击降解系数（1 1）k k3 3：不确定误差因数（不确定误差因数（1.11.1）E Etimp:timp:冲击击穿埸强冲击击穿埸强c.c.c.c.由由由由交交交交流流流流、冲冲冲冲击击击击电电电电压压压压绝绝绝绝缘缘缘缘屏屏屏屏蔽蔽蔽蔽处处处处场场场场强强强强确确确确定定定定绝绝绝绝缘缘缘缘厚度厚度厚度厚度 模模铸接头铸接头 三件套预制件三件套预制件工频交流电压工频交流电压(kV/mm)24 (kV/mm)24 2424冲击电压下冲击电压下 (kV/mm)(kV/mm)56 56 54542023/8/10b.依冲击耐压确定绝缘厚度 Uimp：2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18d.d.日本相关参数的选取改进日本相关参数的选取改进 交交联联电电缆缆发发展展时时期期，参参数数n=9n=9，这这是是依依据据气气泡泡作作为为局局放放击击穿穿，经经过过交交联联电电缆缆工工艺艺改改进进，气气泡泡仅仅形形成成几几个个 m m，这这种种情情况况下下，杂杂质质与与导导体体凸凸出出物物成成为为击击穿穿的的主主要要因因素素，为为了了确确定定杂杂质质与与凸凸出出物物处处击击穿穿的的机机理理，从从事事v vt t曲曲线线试试验验，求求出出 n n2020。目前选用目前选用n n1515可以说是安全的。可以说是安全的。对对50500kv 0kv XLPE XLPE 绝绝缘缘电电缆缆，如如果果控控制制杂杂质质在在5050umum以下，可以得出以下，可以得出 交流击穿场强交流击穿场强E Etactac40kV/mm40kV/mm，冲击击穿场强冲击击穿场强E Etimptimp80kV/mm80kV/mm。2023/8/10d.日本相关参数的选取改进 2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18其它参数的改变见表其它参数的改变见表4 4表表4 4 设计参数的变化设计参数的变化过去值现在值变化理由交流降解系数4.02.3气泡击穿变成杂质击穿多次冲击降解系数1.11.0试验确定交流击穿强度温度系数1.11.2试验确定冲击击穿强度温度系数1.251.25试验确定2023/8/10其它参数的改变见表4过去值现在值变化理由交2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18按以上设计参数，日本目前各电压等级绝缘厚度选取如表按以上设计参数，日本目前各电压等级绝缘厚度选取如表5 5.表表5 5 XLPEXLPE电缆设计的绝缘厚度电缆设计的绝缘厚度系统电压（kv）66154275500系统最高电压（KV）72168300550交流击穿场强（kv/mm）35353540选取绝缘厚度（mm）3.68.51524.3冲击耐压耐压值（kv）35075010501425冲击击穿场强（kv/mm）75757580选取绝缘厚度（mm）6.413.819.324.5由接头应力锥起始点场强选取绝缘厚度（mm）91015172327最终绝缘厚度选取（mm）910151723272023/8/10按以上设计参数，日本目前各电压等级绝缘厚度2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18 设计改进绝缘减薄带来的好处设计改进绝缘减薄带来的好处n n日日本本高高压压电电缆缆大大多多数数为为管管路路敷敷设设或或隧隧道道敷敷设设，在在相相同同直直径径的的管管路路下下可可以以较较以以前前敷敷设设较较大大截截面面电电缆缆，使使相同管路中传输容量增大相同管路中传输容量增大10103030 。n n由由于于绝绝缘缘外外经经变变小小，在在相相同同的的运运输输车车辆辆工工具具下下可可以以增增加加电电缆缆长长度度5050以以上上，减减少少了了做做接接头头的的数数量量，不不仅降低成本，安全可靠性加强。仅降低成本，安全可靠性加强。2023/8/10 设计改进绝缘减薄带来的好处2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18经过多年努力，日本绝缘减薄的趋势见表经过多年努力，日本绝缘减薄的趋势见表6 6。表表6 6 日本绝缘减薄的趋势日本绝缘减薄的趋势系统电压（kv）绝缘厚度变化趋势（mm）6615131197717151311154231917220232027527235003532272023/8/10经过多年努力，日本绝缘减薄的趋势见表6。系2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18 日本上述绝缘厚度减薄能否安全运行必须要有一个综合评价，综合评价的依据是日本标准JEC 3408-1996，日本规定试验分成四类:a.a.开开发发试试验验：以证明开发的电缆系统在热机械状态下能安全运行。b.b.型式试验：型式试验：用1个月长时期试验或1小时耐压试 验来证明能在线路电压下安全运行.c.c.例行试验：例行试验：出厂前耐压试验，局放试验，确保 出厂产品质量。d.d.现场试验：现场试验：检测出安装结构缺陷。2023/8/10 日本上述绝缘厚度减薄能否安全运行必须2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18 图1 275kV V-t曲线试验电压2023/8/10 图1 275kV 2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18 对图1 作一些说明。平均场强作出评估若使用38年，平均场强2.6kV/mm；若使用23年，平均场强6kV/mm；若使用13年，平均场强10kV/mm；此平均场强，如果对应于小截面电缆，最大场强分别为5.4，10.1及16.9kV/mm。工厂施工按严格的质量控制水平，日本实际线路对66kV及以上XLPE电缆事故率为0.4次/100km.年，接头事故率为0.002次/100接头.年，终端事故率为0.004次/100终端.年。2023/8/10 对图1 作一些说明。2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18今后努力目标 正如前述，目前确定电缆绝缘厚度取决于接头要求，如果今后能减少存在在绝缘内部与绝缘表面的缺陷，这将有可能进一步增大电场强度，若开发这种相应的接头，将使电缆做到更小。现在正研究表面缺陷如何不再发生。2023/8/10今后努力目标 正如前述，目前2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18(3)日本275kv交联电缆系统a.275kv电缆使用业绩 自1989年开始使用275kv长线路高压交联绝缘电缆以来，到2001年已使用508km超高压交联聚乙烯电缆。图2 日本超高压交联电缆长线路安装图2023/8/10(3)日本275kv交联电缆系统 2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18 表7 1989-2001年日本275kV及以上交联电缆使用业绩2023/8/10 表7 1989-20012008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18 表7 1989-2001年日本275kV及以上交联电缆使用业绩（续）2023/8/10 表7 1989-2001年日本272008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18 b.接头安装技术开发 对长线路而言，安装接头的可靠性是最应关注的问题，正如表7所示，日本275kV接头大量使用模铸接头，大约只有1/4使用预制接头。I.模铸接头i.对模铸接头重要质量控制项目杂质半导电料表面与绝缘表面凸出物气泡2023/8/10 b.接头安装技术开发2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18ii.清洁环境控制接头施工环境安装10万级清洁房iii.检测在挤塑与装模具前，用光束与CCD探镜检查绝缘表面是否有施工而带来外界颗粒。挤塑加热交联后用X射线检测有无杂质，为了避免人工多次检查引起疲劳而带来遗漏，开发自动检测记录仪。2023/8/10ii.清洁环境控制2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18II.预制件接头日本使用环氧橡胶三件组合式预制作，所有元件在工厂已预先经过检验，并装有双层密封圈运输到现场，作为施工主要控制项目：绝缘表面带来外界颗粒杂质绝缘表面凹凸度状态控制凸出表示绝缘凸出度，凹面成为气泡状，目前控制在10 m以下，一般在2-3 m。2023/8/10II.预制件接头2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18图3 电缆表面施工质量检测系统2023/8/10图3 电缆表面施工质量检测系统2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18c.竣工试验 日本大部分使用交流耐压，但直流试验设备不需要较大设备（特别是长线路，交流试验需要采用昂贵的高压电抗器来补偿电容电流），因此在局部情况下使用。对275kv电缆，竣工试验采用：交流耐压 207kv 10分钟（按日本标准）交流耐压 184kv 12小时直流 414kv 耐压2023/8/10c.竣工试验2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18日本开发一种精确甄别缺陷方法，即使用较低电压（184kV）耐压较长时间，之后测定游离。它的依据是从模拟试验中发现，如果是纤维状杂质或者表面所形成的缺陷，对275kV接头而言，于184kV电压下，这些缺陷会在10小时内开始出现游离，100小时之后会击穿，为此加电压12小时之后在25.30 兆赫下测游离灵敏度在2pc左右。有两个接头大于规定值，竣工试验后除去重做，这样竣工试验后最长运作8年未出现事故。2023/8/10日本开发一种精确甄别缺陷方法，即使用较低电2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18(4)日本中压电缆运行监测（动向）a.日本1kV电压电缆水树枝检测方法。直流泄漏电流法直流电流成份法直流电压迭加法tg测量方法这些测试方法基于低压电缆设计场强较低，即使水树枝贯穿也不会立即导致电缆击穿，然而贯穿使直流分量大大增加，tg大大增加，用上述方法能检测出水树枝临界状态。2023/8/10(4)日本中压电缆运行监测（动向）2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18b.日本中压交联电缆水树枝的测定方法 日本与中国一样，中压级交联电缆大多数没有阻水层，许多电缆已使用到近30年设计寿命，由水树枝降解而导致电缆击穿事故已开始增多，但低压电缆测试方法不适用中压电缆，为此住友、日立与日本东京及中部电力公司开发了二种测试方法。I.损耗电流法 一旦发生水树枝，电流中存在损耗分量（与电压相同相位）部分增加，电流波形发生畸变，三次谐波增加，用损耗电流I3及电流与电压夹角Q3来评估电缆好与坏。2023/8/10b.日本中压交联电缆水树枝的测定方法2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18用这种方法在66kv线路上测了22次，取下53根电缆，在试验室进行击穿试验，当击穿试验超过100kv，电缆被认为是好的，低于此值被认为不好，结果见表8。这一方法准备在2002年工业应用做初步判断。表8 水树枝降解度与检测结果试验室检测结果（加压击穿）没有降解降解 电缆降解度低（其击穿电压应在100kv及以上）46正确判断4错误判断高（其击穿电压应低于100kv）0错误判断3正确判断2023/8/10用这种方法在66kv线路上测了22次，取下2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18II.剩余电荷法 基本原理为：首先在电缆上加以直流电压，使电缆中积聚电荷，之后电缆很快接地使电荷释放，在电缆水树枝中积聚的电荷局部不能释放，因为它被捕捉住，这些电荷留在水树枝中，之后加交流电压强迫放电，从释放的剩余电荷量来判断降解度。但是这种方法在线路上应用，比试验室中均匀降解材料电荷释放量小，因此判断似乎有困难。以上两种仅是日本运行监测动向，在此做一些介绍。2023/8/10II.剩余电荷法2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/18c.目前中压电缆要有防水层 东京电力局以1999年开始要求中压电缆要有防水层结构，以防止水树枝的扩大。因此原日本六大公司，目前合并为三家的Viscas、J-Power System Corp及Exsym Corp均用铝塑复合带防水层结构，在国际配电会议上有所介绍。2023/8/10c.目前中压电缆要有防水层2008电线电缆论坛聚焦市场与技术（电力与新能源）2024/6/182023/8/10谢谢大家！