日本电力电缆技术动向课件

*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2008,电线电缆论坛,聚焦市场与技术（电力与新能源）,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2024/11/18,日本电力电缆技术动向,2023/9/13日本电力电缆技术动向,2024/11/18,1,输电系统,日本有十大电力公司，东京、中部、关西与九州电力公司似乎著名。,日本电网以66,kV、275kV、500kV,为主干线网，局部地区还有154,kV,与220,kV,配电电缆网为22,kV。,全国电网资料未收到，东京电力公司在东京大城市区域由500,kV,架空线路环城，在东京市区外30-40,km,处由275,kV,大变电站连接系统，由275,kV,地下电缆向市区供电。,2023/9/13,2024/11/18,表1 1993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,）,22,66,154,275,500,334,14285,6161,2487,3460,1782,4774,778,706,/,表2 1993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,（%）,22,66,154,275,分相铅包,XLPE,油纸,XLPE,油纸,钢管油纸,XLPE,油纸,钢管油纸,XLPE,1070/1782,3552/4774,111/778,20/706,60,74.7,14.3,2.8,2023/9/13表1 1993年东京地区架空线路与,2024/11/18,从,1986,年以来，花费,15,年时间，日本经济产业省、国土交通省等有关政府部门与电力公司商讨，把电力配电设备地下化。目前已进行了,4,次计划，见表,3。,表 3 日本架空线入地四次计划,时间,19861990,19911994,19951998,19992003,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,149,km,1000km,200km,435,km,1000km,250km,470,km,1400km,350km,1400,km,（,关东）,约,3000,km,800km,2023/9/13 从1986年以来，花费15,2024/11/18,到2003年应完成6400,km,架空线路改造,改造初期需要目的是：清除架空线路与杆式变压器太密集，确保社会公众安全为目的，到第4期计划时主要从防止城市灾害以及提高城市景观观念出发而引发架空线路改造。,到2003年日本在22,kv,及以上的地下电缆总回路达到25000,km，,其中交联电缆达到约18000,km，,大约占全部电缆回路数72%。,2023/9/13到2003年应完成6400km架空线路改造,2024/11/18,2,地下电缆系统介绍,由于日本目前电力电缆基本上使用,XLPE,电缆，在此只介绍,XLPE,电缆近况,(1)日本交联电缆应用历史,60年代开始日本在22,kv,配电线路中使用交联电缆，之后向高电压方向发展。,第一根66,kV XLPE,电缆应用于1971年，连接架空线到变电站，1984年66,kV 2500mm,2,大截面电缆首次用到变电站与架空线连接上，1985年3500,mm,2,大截面应用于变电站中。,2023/9/132地下电缆系统介绍,2024/11/18,1977,年日本第一根154,kV XLPE,电缆应用于电网短段连接。1981年开始在城市长线路中应用154,kV,电缆，最大截面积为2500,mm,2,。,第一根275,kV,电缆于1981年在东京电力公司的,Tamahara,引水电站作引出线用，第一回275,kV,长线路于1989年5月在东京电力开始运行，1991年，它的延长线再次安装敷设运行。,第一根500,kV,交联电缆于1988年7月在日本今市引水电站使用，2000年世界第一回39.8,km,长线路于东京电力运行。,2023/9/131977年日本第一根154kV XLPE电,2024/11/18,(2),电缆设计改进,日本交联电缆是采用平均场强进行设计，它考虑三个方面，按交流电压、冲击试验电压下击穿场强选取绝缘厚度，另一考虑是绝缘屏蔽处场强不能高于接头设计中规定场强，击穿场强依据韦伯分布选取。,a.,以工频电压为基础确定绝缘厚度,U,为最大额定线电压,K,1,工频温度系数（1.2）,K,2,工频降解系数（2.3，,n,取15）,K,3,不确定误差因数（1.1）,E,tac,工频下击穿场强,2023/9/13,2024/11/18,b.,依冲击耐压确定绝缘厚度,T,imp,U,imp,*k,1,*k,2,*k,3,/E,timp,U,imp,：,为冲击耐压值,k,1,：,冲击温度系数（1.25）,k,2,：,冲击降解系数（1）,k,3,：,不确定误差因数（1.1）,E,timp:,冲击击穿埸强,c.,由交流、冲击电压绝缘屏蔽处场强确定绝缘厚度,模铸接头 三件套预制件,工频交流电压,(kV/mm)24 24,冲击电压下,(kV/mm),56,54,2023/9/13b.依冲击耐压确定绝缘厚度 Uimp：,2024/11/18,d.,日本相关参数的选取改进,交联电缆发展时期，参数,n=9，,这是依据气泡作为局放击穿，经过交联电缆工艺改进，气泡仅形成几个,m，,这种情况下，杂质与导体凸出物成为击穿的主要因素，为了确定杂质与凸出物处击穿的机理，从事,vt,曲线试验，求出,n20。,目前选用,n15,可以说是安全的。,对50,0kv XLPE,绝缘电缆，如果控制杂质在50,um,以下，可以得出,交流击穿场强,E,tac,40kV/mm，,冲击击穿场强,E,timp,80kV/mm。,2023/9/13d.日本相关参数的选取改进,2024/11/18,其它参数的改变见表4,表4 设计参数的变化,过去值,现在值,变化理由,交流降解系数,4.0,2.3,气泡击穿变成杂质击穿,多次冲击降解系数,1.1,1.0,试验确定,交流击穿强度温度系数,1.1,1.2,试验确定,冲击击穿强度温度系数,1.25,1.25,试验确定,2023/9/13其它参数的改变见表4过去值现在值变化理由交,2024/11/18,按以上设计参数，日本目前各电压等级绝缘厚度选取如表5,.,表5,XLPE,电缆设计的绝缘厚度,系统电压（,kv）,66,154,275,500,系统最高电压,（,KV）,72,168,300,550,交流击穿场强（,kv/mm）,35,35,35,40,选取绝缘厚度（,mm）,3.6,8.5,15,24.3,冲击耐压,耐压值（,kv）,350,750,1050,1425,冲击击穿场强（,kv/mm）,75,75,75,80,选取绝缘厚度（,mm）,6.4,13.8,19.3,24.5,由接头应力锥起始点场强选取绝缘厚度（,mm）,910,1517,23,27,最终绝缘厚度选取（,mm）,910,1517,23,27,2023/9/13按以上设计参数，日本目前各电压等级绝缘厚度,2024/11/18,设计改进绝缘减薄带来的好处,日本高压电缆大多数为管路敷设或隧道敷设，在相同直径的管路下可以较以前敷设较大截面电缆，使相同管路中传输容量增大1030。,由于绝缘外经变小，在相同的运输车辆工具下可以增加电缆长度50以上，减少了做接头的数量，不仅降低成本，安全可靠性加强。,2023/9/13 设计改进绝缘减薄带来的好处,2024/11/18,经过多年努力，日本绝缘减薄的趋势见表6。,表6 日本绝缘减薄的趋势,系统电压（,kv）,绝缘厚度变化趋势（,mm）,66,1513119,77,17151311,154,231917,220,2320,275,2723,500,353227,2023/9/13经过多年努力，日本绝缘减薄的趋势见表6。系,2024/11/18,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.,开发试验：,以证明开发的电缆系统在热机械状态下能安全运行。,b.,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.,例行试验：,出厂前耐压试验，局放试验，确保,出厂产品质量。,d.,现场试验：,检测出安装结构缺陷。,2023/9/13 日本上述绝缘厚度减薄能否安全运行必须,2024/11/18,图1 275,kV V-t,曲线试验电压,2023/9/13 图1 275kV,2024/11/18,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2.6,kV/mm；,若使用23年，平均场强6,kV/mm；,若使用13年，平均场强10,kV/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16.9,kV/mm。,工厂施工按严格的质量控制水平，日本实际线路对66,kV,及以上,XLPE,电缆事故率为0.4次/100,km.,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。,2023/9/13 对图1 作一些说明。,2024/11/18,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。,2023/9/13今后努力目标 正如前述，目前,2024/11/18,(3),日本275,kv,交联电缆系统,a.,275kv,电缆使用业绩,自1989年开始使用275,kv,长线路高压交联绝缘电缆以来，到2001年已使用508,km,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,2023/9/13(3)日本275kv交联电缆系统,2024/11/18,表7 1989-2001年日本275,kV,及以上交联电缆使用业绩,2023/9/13 表7 1989-2001,2024/11/18,表7 1989-2001年日本275,kV,及以上交联电缆使用业绩（续）,2023/9/13 表7 1989-2001年日本27,2024/11/18,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275,kV,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,2023/9/13 b.接头安装技术开发,2024/11/18,ii.,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,。,2023/9/13ii.清洁环境控制,2024/11/18,II.,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,。,2023/9/13II.预制件接头,2024/11/18,图3 电缆表面施工质量检测系统,2023/9/13图3 电缆表面施工质量检测系统,2024/11/18,c.,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275,kv,电缆，竣工试验采用：,交流耐压 207,kv 10,分钟（按,日,本标准）,交流耐压 1