李平

（山东万达电缆有限公司，山东 东营 257500）

随着高压直流输电技术中轻型直流输电技术在诸多输电工程建设中的应用，交联聚乙烯高压直流电缆在输电工程中的应用也愈发广泛。与交流电缆相比，直流电缆在输电工程中的应用具备更加复杂的性能。例如，直流电缆的绝缘层主要负责承受直流电压，其电场分布与体积电阻率之间呈现正比例分布关系。基于聚合物绝缘材料电阻率本身对温度因素较为敏感的原因，电阻率本身会伴随温度增加而不断降低，进而导致挤压性直流电缆在工作过程中会出现明显的电场反转现象；又例如，直流电缆在使用过程中其电压极性一般保持稳定态势，因此在空间电荷不断累积的情况下很容易导致直流电缆使用过程中出现各种故障，导致直流电缆工作期间出现聚合物电解质加速老化问题。但总体来说，直流输电技术相较交流输电技术更加适用于跨海峡等水下直流输电工程以及城市范围内复杂线路走廊直流输电工程的建设过程中，因此，对于直流输电技术应用过程中直流电缆性能的复杂性和优越性，要始终以客观的态度去看待解析，确保直流电缆优越性能够充分发挥的同时着力解决其使用过程中存在的性能问题。本文将针对直流电缆的主要类型进行简单总结，同时针对挤压型高压直流电缆及其关键技术的研究进展进行讨论总结。

1 直流电缆的主要类型

直流电缆本身涵盖绕包绝缘电缆和挤压绝缘电缆两种类型。而绕包绝缘电缆本身又涵盖浸渍纸绝缘电缆、胶浸实心绝缘电缆两种类型。因此，在有三种直流电缆的情况下，不同类型的电缆在使用过程中具体包含以下特点。

1.1 浸渍纸绝缘电缆的特点

浸渍纸绝缘电缆是一种使用浸渍低黏度绝缘油制作而成的特殊纸绝缘电缆类型，同时也是世界范围内最早出现和使用的高压直流电力电缆类型。作为当前使用范围最广泛和最常见的高压直流电缆，在当前长距离供油问题已经得到有效解决的背景下，浸渍纸绝缘电缆的用途范围已经由以往的陆地范围扩充至海底电缆范围内。然而，由于浸渍纸绝缘电缆本身制作工艺非常复杂且使用过程中对运行维护的成本要求较高的特点，浸渍纸绝缘电缆使用过程中其附近温度越高，则绝缘油本身黏度越低，绝缘油也会逐渐由高势能处逐渐迁移至低势能处，最终导致绝缘油较少的电缆部分其绝缘强度明显下降，绝缘油较多的电缆部分绝缘强度压力逐渐增大并最终损坏。

1.2 胶浸实心绝缘电缆的特点

胶浸实心绝缘电缆是一种使用浸渍高黏度化合物制作而成的绝缘电缆类型，胶浸实心绝缘电缆在使用过程中其电压梯度已经上升至25kv/mm，因此非常适宜用于长距离海底输电工程的电缆敷设工作中。同时由于胶浸实心绝缘电缆本身冷却作用良好的原因，该项特点能够有效避免胶浸实心绝缘电缆使用过程中浸渍剂不断流失的问题。需要注意的是胶浸实心绝缘电缆不适宜用于大落差输电工程的电缆敷设工作中。

1.3 挤压型直流电缆的特点

当前挤压性直流电缆多使用聚乙烯作为电缆的绝缘介质，由此制作成的电缆其内部结构较为简单且坚固，生产安装工艺更为便捷。研究结果显示，挤压型直流电缆在输电工程中的各项性能应用指标相较于胶浸实心绝缘电缆均有非常明显的进步。

2 挤压型高压直流电缆的研究进展

2.1 挤压型高压直流电缆的使用现状

当前世界范围内欧洲和日本对于挤压型直流电缆的研制和使用积累了多年经验。以欧洲为例，瑞士ABB公司、法国Nexans公司、意大利Prsamann贵公司均是当前世界范围内直流电缆制造、安装、研发行业中占据领先地位的公司。而我国在直流电缆的研发过程中也投入了大量的成本，但直流电缆的商业应用仍然处于起步状态。需要认清的是，当前我国电缆的生产施工以及运行水平和世界先进水平相比仍然存在较大差距，在输电工程建设过程中使用的各种直流电缆材料仍然处于大部分依赖进口的情况。但在直流电缆的使用过程中基于近年来我国基建范围不断拓展，对于直流电缆的使用也积累了相当丰富的经验。例如，2013年我国南方电网建成世界范围内首个多端柔性直流输电示范工程，其中使用的±160kv直流电缆以及电缆附件样品均通过国家电线电缆质量监督检验中心的型式试验；又例如2014年我国中天科技海缆有限公司研发±320kv、±200kv交联聚乙烯绝缘直流电力电缆成功，对我国直流电缆技术产品的研发和使用积累了非常重要的经验。

2.2 挤压型高压直流电缆的研究进展

（1）直流电缆中的空间电荷。在当前挤压型高压直流电缆多使用交联聚乙烯作为主要绝缘材料的背景下，直流电压下的空间电荷不断累积会对挤压型高压直流电缆的绝缘性能产生多个方面的影响。例如，研究结果显示，空间电荷的累积会导致绝缘介质内部局部范围内的电场畸变，绝缘介质中的最高电场强度相较外加电场强度提升范围为8倍，进而很容易导致绝缘介质击穿的问题；又例如，空间电荷导致的电场畸变效应将会使得当前直流电缆绝缘中实际电场强度的数值计算和设计变得更加困难等。因此，总体来说，高压直流电缆使用过程中电缆绝缘层中空间电荷特性的认知和计算仍然是阻碍高压直流电缆技术发展的一项关键问题。直流电缆使用过程中其绝缘层中空间电荷的来源、测量方法、抑制方法等仍然存在多个方面的争议。以直流电缆绝缘层中空间电荷的测量方法为例，近年来，涌现出的空间电荷测量方法包括热脉冲法、压力波扩展法、电声脉冲阀等多种类型；以空间电荷的医治方法为例，国内外有关空间电荷的抑制方法主要包括在电缆绝缘材料中添加无机纳米氧化物、接枝改性电缆绝缘并以此赋予其特殊官能团、其他共混改性三种类型。

（2）电缆绝缘层的直流电导。直流电导是反映电缆绝缘材料在直流输电工程运行过程中绝缘性能的一项重要指标，直流电导本身会受到温度场、电场、空间电荷、陷阱密度、电荷运输等多项因素的影响。此外，直流电导本身具备的温度效应也会导致直流电缆在正常运行过程中其绝缘内部电场出现畸变问题。总体来说，在电缆绝缘层的直流电导研发过程中有关电极与介质截面电荷的注入、抽出，以及聚合物电解质内部的电荷运输、电荷运输过程中入陷与负荷等均存在大量需要解决的问题。

（3）可回收电缆绝缘材料。当前挤压型高压直流电缆在使用交联聚乙烯作为绝缘材料的情况下，基于交联聚乙烯本身具有良好高温机械性能与电气性能的原因，其对于提升挤压型高压直流电缆的各项工作性能发挥了非常积极的作用。然而，通过辐照或者其他化学方法形成的三维交联结构导致交联聚乙烯在使用寿命完结后仍然难以回收，只能通过焚烧处理其回收物，进而导致资源浪费以及环境污染问题。近年来，如何提高电缆绝缘材料的环境相容性也已成为挤压型高压直流电缆研发的一项关键问题。有研究结果显示，聚乙烯基材料和聚丙烯基材料可作为挤压型高压直流电缆的绝缘材料，且上述两种材料均具有可回收性。以聚乙烯基材料为例，该种材料本身具备非常良好的绝缘性能且熔点较高，不需要依靠交联手段也能够在较高的温度下正常发挥其绝缘性能。有研究结果显示，聚乙烯基材料在使用过程中表现出的长期特稳定性以及直流电阻率均明显优于交联聚乙烯。

3 结语

综上所述，未来电网工程逐渐朝着大容量、远距离、高可靠方向发展，加强对高压直流电缆的研究开发必然拥有非常广阔和良好的前景。虽然近年来挤压型直流电缆的使用愈发广泛，但挤压型直流电缆在研发时依然面临诸多需要解决的问题，例如，空间电荷计算、直流电导、绝缘材料环境相容性等，对于当前挤压型直流电缆的使用效果造成阻碍和限制。