摘要：近年來國際上大力發展電網區域互聯和海上風能，而高壓直流海纜工程是實現跨海輸電的主要通道，因此對高壓直流海纜的發展歷程、應用現狀和發展趨勢進行綜述性研究非常必要。首先回顧了繞包型絕緣和擠包型絕緣兩種高壓直流海纜的發展歷程，對比了兩種海纜的技術特點、應用場合及發展趨勢;然后介紹了國內外主要高壓直流海纜工程的應用現狀，對當前國內外典型直流海纜工程的電壓等級、輸送容量和輸電距離等關鍵指標進行了對比研究;展望了高壓直流海纜工程的發展趨勢和未來規劃，分析了其面臨的主要技術挑戰，包括海纜絕緣材料的電氣性能和熱力學性能、海纜結構設計、附件可靠性和故障定位技術等。該研究將有助于解決電網區域互聯和海上能源開發中的關鍵問題。

　　關鍵詞：高壓直流海底電纜;繞包絕緣;擠包絕緣

　　跨海輸電技術是實現跨海電網互聯、海上能源開發和遠距離輸送的重要方式，相較于成熟的架空線和變電技術，輸電線路仍是跨海輸電的薄弱環節。根據載體不同，跨海輸電可分為海底電纜、跨海大橋電纜、海底隧道電纜和跨海架空線路等4種方式。其中，跨海大橋電纜和海底隧道電纜必須有橋或隧道作載體，否則專門為輸電建設載體，經濟性大幅下降;跨海架空線通常要求海水很淺或者有島礁的條件，通常適用于近海輸電。

　　高壓論文范例：高壓電纜的故障測試與處理方法

　　海底電纜的輸電方式應用范圍廣，不需要專門建設橋梁或隧道，可以支撐大規模遠海能源輸送的需求。海底電纜又分為交流海纜和直流海纜兩種類型。交流海纜更容易提高電壓等級，但不適用于大容量、長距離跨海輸電。直流海纜具有容量大、損耗小、輸電距離遠等優勢，因此直流海纜是未來跨海輸電技術的重點。為了實現區域能源互濟，保障能源供應安全，充分利用海洋清潔能源，促進清潔能源變革進程，近年來各國相繼出臺相關政策和規劃，大力發展區域電網互聯，積極開發海洋風力發電，對高壓直流海纜的需求也與日俱增，因此需要對高壓直流海纜的發展歷程、應用現狀和發展趨勢進行綜述性研究。

　　1.高壓直流海纜的發展歷程

　　隨著社會經濟的快速發展，對跨區域電網互聯、海洋可再生能源綜合利用、島嶼和海上石油平臺及海底觀測站等供電需求日益增加，高壓直流海纜技術的開發及應用也不斷發展。截至2015年，全球海底有近8000km的高壓直流輸電電纜，其中70%位于歐洲水域。60多年來，高壓直流海纜經歷了電壓等級從100kV上升到600kV、輸送容量從20MW增加到2200MW的發展歷程。根據電纜采用的絕緣系統不同，高壓直流海纜可分為繞包型和擠包型兩大類。以下將分別對繞包絕緣和擠包絕緣高壓直流海纜的發展歷程及兩者應用情況對比進行綜述。

　　1.1繞包絕緣海纜

　　繞包型油紙絕緣海纜是最先在海底輸電工程上得到應用的高壓直流電纜，根據絕緣介質的不同可分為全浸漬不滴流(MIND)海纜和聚丙烯層壓紙絕緣(PPLP)海纜兩種不同類型。1954年瑞典哥特蘭島首次將單極100kV/20MW的黏性浸漬紙絕緣直流海纜投入商業化運行，線路長度98km[1]。自此繞包絕緣直流海纜技術在全球范圍內不斷得到發展和應用，在電纜材料、電纜長度和輸送容量以及安裝運維等多方面的技術都取得突破。目前電壓等級最高的繞包絕緣海纜工程是WesternLink海底電纜聯網工程，采用±600kVPPLP絕緣海纜，連接蘇格蘭電網與英國電網，線路長度418km，其中海纜長度385km，設計傳輸容量2200MW，導體最高工作溫度55℃[2]。

　　1.2擠包絕緣海纜

　　20世紀90年代擠包絕緣直流海纜開始投入使用，根據絕緣材料的不同可分為交聯聚乙烯(XLPE)絕緣電纜和熱塑性彈性體(HPTE)絕緣電纜等不同類型。

　　1999年在瑞典哥特蘭島的二回直流輸電工程中，首次將±80kV/50MW交聯聚乙烯絕緣直流電纜投入運行，線路長度72km[3]，從此擠包絕緣高壓直流電纜技術得到迅速發展和大量應用。目前擠包絕緣直流海纜工程線路長度已經超過4500km。目前電壓等級最高的擠包絕緣海纜工程是聯接英國電網和比利時電網的NemoLink海底電纜工程。該工程為世界首個±400kVXLPE絕緣電纜系統，線路總長度141km，其中海纜長度130km，設計傳輸容量1000MW，導體最高工作溫度90℃，最大敷設水深55m，電纜系統設計壽命40年。

　　1.3兩種海纜發展趨勢對比

　　繞包絕緣和擠包絕緣直流海纜電壓等級及傳輸容量的發展歷程。繞包絕緣直流海纜最早實現工程應用，技術比較成熟，空間電荷效應不明顯，可應用于基于電網換相換流器(LCC)和基于電壓源換流器(VSC)直流輸電系統。特別是PPLP絕緣海纜的運行電壓和輸送容量均達到當前直流海纜的最高技術水平。

　　目前部分廠家已經針對特高壓直流海纜開展了PPLP絕緣材料的性能評估工作，并取得了初步進展。擠包絕緣直流海纜雖然空間電荷效應比較明顯，目前只能應用于VSC直流輸電系統，但其在電氣性能和工藝效率方面優勢明顯，能夠承受更高的工作溫度，自本世紀初大規模推廣以來發展迅速，已成為高壓直流海纜的主流技術。

　　2.直流海纜工程應用現狀

　　典型的繞包絕緣直流海纜工程主要技術參數，典型的擠包絕緣直流海纜輸電工程主要技術參數[4-8]。目前繞包絕緣直流海纜工程和擠包絕緣直流海纜工程已經普遍發展到了300kV以上的電壓等級，這主要是由于各地區之間存在能源分布不均的情況，較低電壓等級海纜的輸送容量已難以滿足日益擴大的能源輸送的需求。

　　3.高壓直流海纜應用展望

　　直流海纜輸電工程的建設可以實現跨海域電網互聯，高效使用海洋風電等新能源，也可以實現不同季節和時區的區域電網互聯，優化各國電網能源配置，提高供電可靠性。高壓直流海纜輸電工程已成為世界各國跨海和跨區域電網互聯工程的主流。

　　3.1發展趨勢及未來規劃

　　2016年，中國國家電網公司、韓國電力公社、日本軟銀集團、俄羅斯電網公司簽訂了《東北亞電力聯網合作備忘錄》，東北亞電力聯網項目是構建全球能源互聯網的首個落地項目，近年來在多方支持下不斷推進。該項目涉及海纜工程3500km，跨海輸送容量高達44GW，多為±800kV的特高壓大容量海纜線路。這些海纜工程將成為未來重要的中國-韓國、韓國-日本和日本-俄羅斯等能源輸送通道，建設周期涉及未來5年、15年、30年的線路規劃，能夠實現將俄羅斯遠東、東西伯利亞和中國東北地區水電、煤電、油氣資源輸送至資源相對匱乏、但能源消費需求高的日本、韓國。

　　3.2主要技術挑戰

　　隨著電網區域互聯需求的增加和海洋風帶你的發展，高壓直流海纜的發展趨勢將向更高電壓等級、更大傳輸容量、更長輸電距離的方向發展，將面臨制造能力、接頭技術、深海技術和應用技術等方面的挑戰。絕緣材料的電氣性能是提升電壓等級的核心挑戰。隨著直流電壓等級升高，絕緣材料內空間電荷積聚和電場畸變更嚴重，需提升對固體絕緣材料空間電荷的控制水平。 附件可靠性和故障定位技術是輸電距離提升的主要挑戰。直流海纜附件的故障率遠高于本體，尤其是中間接頭故障占附件故障的70%，隨著海纜長的的增加，中間接頭等薄弱環節的可靠性尤為重要。目前海纜運維采用的阻抗法、OTRD法和行波測距法的定位精度和定位長度有限，難以滿足長距離海纜的故障定位需求，需要優化故障定位方法，探索新型定位方式。

　　4.結論

　　高壓直流海底電纜在跨海電網互聯和海上能源開發中得到廣泛應用。繞包型絕緣高壓直流海纜技術較為成熟，電壓等級和輸送容量都較高，適用于LCC和VSC直流輸電系統，雖然擠包型高壓直流海纜受限于空間電荷效應影響僅適用于VSC直流輸電系統，但其電氣性能優良，能夠承受更高的工作溫度，發展也非常迅速。國外高壓直流海纜應用較早，目前最高電壓等級已達到±600kV，最大傳輸容量達到2200MW。

　　國內高壓直流海纜輸電工程起步較晚，電壓等級和輸送容量與國外相比仍有差距，但中國率先將多端柔直輸電技術應用到直流海纜輸電工程中，適用于多端直流的連接，有利于實現跨海區域電網互聯和海洋新能源開發。隨著區域電網互聯需求的增加和海洋風電的發展，直流海纜輸電向著高壓、大容量、長距離的方向發展，海纜絕緣材料的電氣性能和熱力學性能、海纜結構設計、附件可靠性和故障定位技術是目前直流海纜面臨的主要技術挑戰。

　　參考文獻：

　　[1]肖世杰,胡列翔,周自強,等.交聯聚乙烯絕緣海底電纜應用及試驗監測技術評述[J].絕緣材料,2018,51(1):1-9.XIAOShijie,HULiexiang,ZHOUZiqiang,etal.Applicationsandtestmonitoringtechnologyofcross-linkedpolyethyleneinsulatedsubmarinecable[J].InsulatingMaterials,2018,51(1):1-9.

　　[2]馬人鳳,朱永華,吳建東,等.超高壓直流電纜的國產化研究進展[J].絕緣材料,2016,49(11):1-8.MARenfeng,ZHUYonghua,WUJiandong,etal.Localizationresearchprogressofultra-highvoltagedirectcurrentcable[J].InsulatingMaterials,2016,49(11):1-8.

　　作者：劉耀1，趙小令1，吳佳瑋1，肖晉宇1，高景暉2，李飛2，范翔宇2，鐘力生2