载流量

发展海上风电是实现 “双碳”目标的重要举措。直流海缆是海上风电输电工程的重要装置，而海缆稳态载流量等研究对推动远海风电大规模开发具有重要意义。近年来高压直流海缆稳态载流量的相关研究考虑海洋环境因素较为单一且未充分考虑绝缘层温差的限制。文中建立了500 kV直流海缆与海水系统的电-热-流耦合模型，研究了单根和双极海缆在不同敷设方式下垂直洋流(垂直于海缆长度方向流动的洋流)流速，考虑绝缘层温差限制、双极不同间距等对载流量的影响。结果表明，相较于仅考虑线芯温度70 ℃限制，综合考虑绝缘层温差20 ℃限制的载流量更小，且相较于其他敷设方式，直埋敷设时绝缘层温差20 ℃限制对载流量的影响更小；双极海缆的载流量随双极间距增大而增加，流速为0.1 m/s时涡旋对海缆载流量有较小的提升作用；在绝缘层温差为6 ℃附近，电场发生翻转。研究结果可为敷设方式的选择以及载流量的预测和评估提供重要指导和参考。

该联合研制的低热阻填充材料可根本解决电缆沟内密集堆积和排管敷设段成为限制整条电缆线路载流能力的瓶颈问题，达到国内领先水平。同时，填充材料还具有防白蚁、防火阻燃等效果。研制SH凝胶体、水、砂等组分按照一定比例配制成的低热阻填充材料，通过改善电缆通道敷设热阻环境来提高载流量。通过在材料中添加弱碱性长效保持成分且具有水分保持、阻燃特性，同时解决了防白蚁和防火阻燃问题。凝胶体混合体由于凝固前可流动特性，解决了排管中填充难题。已获2项发明专利情况。 成果于2016年分别应用在中山供电局110kV旗光线、110kV旗长线、110kV菊宁甲线、110kV菊宁乙线、220kV桂三甲线、220kV桂三乙线等电缆线路，110kV龙山变电站10kV线路出现电缆沟内电缆段。通过预先布置在电缆表面的测温热电偶，长期监测其正常未填充段、填充段的电缆外皮温度及埋深处的环境温度等，发现电缆低热阻填充材料的应用对于电缆的散热环境的改善效果显著，负荷电流越大，降温作用越明显。同时，该填充材料还具有防白蚁、防火阻燃等效果。

电缆载流量是指一条电缆线路在输送电能时所通过的电流量。其本质是在热稳定条件下，电缆导体的绝缘介质达到长期允许工作温度时的电流，称为该电缆的载流量。目前配网电缆普遍采用交联聚乙烯作为绝缘介质，其耐受温度为90℃，故在目前配网条件下，电缆线芯温度为90℃时，电缆的载通电流即为该电缆的载流量。 载流量是判断线路“是否重过载”的重要依据，直接影响电力调度、负荷调整、基建建设等。但由于现场工况、敷设方式复杂，10kV电缆载流量的计算值与实际运行情况存在较大差异。目前，确定10kV电缆载流量较为通用的方法为系数法，即利用基准载流量乘以与电缆线芯材质、土壤热阻系数、埋深、敷设方式及地温等相关的修正系数得到特定条件下电缆的载流量。但由于运行条件的差异，所使用的系数及取值方式与实际情况有一定差距。 10kV电缆载流量不准确的问题，对于电缆线路的安全运行和充分发挥电缆输送能力有深远的影响，导致部分解决重过载线路的项目重复投资。在管廊资源日益紧张、施工难度不断加大的今天，造成巨大的资金、资源的浪费！故急需一套科学的10kV电缆载流量核准方法，直达载流量的本质，直接监测、计算电缆的线芯温度，在有效保证10kV电缆安全运行的+前提下，有效提高资产利用率。

针对城市配电网电缆资产利用率低、风险感知难、运维成本高等问题，围绕“降本增效、高效运维”目标，在电缆及通道运维方面开展大量的创新性探索和研究，在感知层，研发了首个智能电缆及集成装备，实现传统电缆技术突破和一、二次的真正融合。基于数据和模型驱动建立了智能电缆监测平台，实现了运行电缆及通道的状态实时在线监测。首次提出了电缆线路安全运行载流量动态调控、负荷动态保护阈值与裕度分析、隐患点感知及定位多项技术和方法，结合监测平台对电缆通道感知情况，建立了适应多场景的机器人巡检体系，实现机器人自动对电缆通道隐患精准监测和处置，构建了城市配电网智能电缆及通道高效运维体系。

近年来光纤传感技术与电缆系统结合技术的研究和应用情况，包括基于光纤测振动的防外破技术、基于光纤传感的隧道综合监测技术（应力、声、光、热等的传感）、基于光纤传感的电缆系统全景感知技术（电缆通道、电缆本体、电缆附属设施、载流量、消防等）。电缆系统光纤传感技术的应用情况及下一步的研究和应用方向。

海缆实际载流量是海缆选型的重要依据，在海上风电场集电系统拓扑优化中，考虑不同敷设区段海缆载流量存在的差异以及海缆多回路并联敷设时磁热效应对载流量的影响，对保障集电系统的安全性具有重要意义。首先，采用模糊C均值算法对风机进行聚类分区，将集电系统拓扑优化分解为分区内、外拓扑优化。然后，在分区内采用基于Voronoi图的拓扑搜索算法进行求解；在分区外拓扑优化中，考虑海缆瓶颈区段、回路数对载流量的影响，构建混合整数非线性优化模型，线性化后采用优化求解器GUROBI进行求解。最后，以某实际风电场为例进行仿真验证。结果表明，所提模型能保证海缆实际载流量始终大于海缆工作电流，可有效保障集电系统的安全性。

在多故障场景下，考虑到故障抢修时间差异、分布式电源出力和负荷需求时变性对交直流配电网故障恢复策略的影响，提出了一种面向多故障场景的交直流配电网动态故障恢复策略。对含分布式储能系统的交直流配电网，首先采用分阶段孤岛划分策略以实现对失电区的紧急供电。随后，以故障恢复综合满意度指标的最大化为目标，综合考虑了交直流潮流约束、节点电压约束、支路载流量约束和电能约束等多重约束条件。同时，结合故障抢修的进度以及分布式电源出力、负荷需求等因素，确定最优的故障恢复策略。最后，通过对IEEE33节点系统改造的交直流配电网模型进行算例分析。结果表明，所提出的动态故障恢复策略有效解决了交直流配电网的故障问题。并能根据实时信息对故障恢复策略进行灵活调整，保证了交直流配电网运行的可靠性和安全性。

500kV 光纤复合海底电缆符合国家“一带一路”建设和“海上丝绸之路”建设，是实现电网国际化、区域电网互联的关键，该项目首次将海底电缆及附件进行系统设计和集成；铠装工序首次采用全铜丝铠装，降低了海缆损耗，载流量明显提升，具有良好的经济性；通过自主除气测试设备，解决超高压海底电缆除气难题；通过自主研发工厂接头超高洁净净化房、大容量注塑机等装备，采用仿真软件进行电场、应力分析，建立海底电缆工厂接头制作文件和体系从而攻克超高压交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆工厂接头这一国际难题。 本项目拥有有效专利 7 项，其中发明专利 4 项，主导编制企业标准 3 项。获江苏省经济和信息化委员会鉴定，研制的 500kV 交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆整根大长度为世界首创，达到国际领先水平。填补 500kV 交联聚乙烯绝缘光纤复合海底电缆系统国际空白，成为世界首创。

准确考虑气象参数预测误差是实现架空输电线路动态载流量精准预测的基本前提。通过统计与计算分析，首次发现在不同气象参数预测值与气象环境下，气象参数预测误差具有不同分布特征。然而，现有架空输电线路载流量概率预测方法并未考虑以上2种因素的影响，难以实现线路载流量的准确预测。为此，首先将气象参数预测误差分析问题构建为气象参数预测值与气象环境2种影响因素下的气象参数预测误差条件分布求解问题；其次引入Sklar定理及其Copula函数和非参数核密度估计法，构建了一种气象参数预测误差条件分布的求解方法；然后结合蒙特卡洛采样法，提出了一种考虑气象参数预测误差条件分布的架空输电线路载流量概率预测新方法。最后通过计算分析发现：相比于2种传统方法，所提方法在考虑气象参数预测值与气象环境2种因素对气象参数预测误差概率分布的影响后，预测区间覆盖率分别提高了5.51、1.99个百分点，预测区间标准化平均宽度分别降低了7.86、3.62个百分点，验证了该方法的准确性与实用性。