[科普中国]-钢管电缆

钢管电缆是指将在工厂中制造好的三根电缆缆芯在现场拉入钢管中，并在钢管内充以高压力的油或气体的电力。许多国家，外部一内部压气电缆和钢管充油电缆占很高的比例，正通过用新的聚合物(例如XLPE)绝缘线芯替代原有的线芯对钢管电缆进行改造，建成所谓的“城网电缆”。降低三相高压电缆的工作频率可获得许多显著的优点。

简介降低三相高压电缆的工作频率可获得许多显著的优点。降低频率可通过在电缆线路两端安装变频器实现。这样的电缆线路虽然在变频下工作，但可安装在现有的恒定频率电力系统中。己有额定功率300MW和额定电压300kV的电源变频器(VSC)。更高电压(500-600kV)和频率的变频器正在积极研制中。使用变频器一方面增加了投资和导致附加的损耗，但另一方面可通过降低工作频率大大降低电缆的损耗，尤其是对于钢管电缆。外部压气电缆(钢管电缆的一种)是德国偏爱的电缆类型，因此这种解决方案对提高传输电力有特别的意义。在国外，内部压气电缆和钢管充油电缆占有较高比例(均属于钢管电缆)。另一个关系重大的领域是钢管压气电缆的改造：除去旧线芯换上新的聚合物(例如XLPE)绝缘线芯。这种所谓的“城网电缆”，可通过降低工作频率提高输电能力。

外部压气电缆的载流量提高考察两组110kV电缆：一组包括两根导体截面分别为400mm2和800mm2的电缆;另一组包括两根导体截面分别为1200mm2和1600mm2的电缆(即使对于110kV电压等级这样的导体截面也是不寻常的)。

在50Hz工作频率下，即使采用异常大的导体截面，传输的电力由于受附加损耗的限制只有110MVA；而在较低工作频率下，大导体截面传输的电力可能增加一倍以上1。

城网电缆的载流量提高考察的城网电缆也采用上述导体截面。这时即使将110kVXLPE电缆的绝缘厚度减小到10mm(与纸绝缘相同)，XLPE绝缘缆芯也比原来的粗，因为半导电层很厚。因此计算中考虑了钢管直径增大(对于相同导体截面)的因素。

通过降低频率而可能提高的传输电力对于城网电缆比对于外部压气电缆略大。

两种类型电缆的损耗与工作频率的关系研究基于100MVA的传输电力。对于50Hz工作频率，这样的功率可通过具有800mm2导体截面(己经实现)的110kV外部压气电缆传输，或通过具有相同导体截面的110kV城网电缆传输。通过降低频率来大大降低传输损耗(单位长度)的可能性。

值得注意的是，对于小于20Hz的工作频率，两种类型电缆的表面温度均维持在烘干土壤的临界温度之下。这意味着电缆周围的温度远远低于高工作频率下的温度。结果对邻近电缆的加热影响降低，钢管电缆可分别具有更高的载流量和过载能力。

为了考虑线路的总损耗，应将减少的传输损耗与变频器增加的损耗进行比较。由于大部分变频器损耗取决于电流(部分损耗甚至发生在低负载条件下)，因此降低总损耗(与50Hz运行相比)只能通过加大电缆长度实现。在一定传输条件下，可通过降低工作频率大大提高电缆的长度。

此外，(普通冷却)变频器的损耗可用于例如住宅取暖(通过热泵)。考虑这样的热量回收的降低线路总损耗必需的最低电缆长度。

城网电缆与超导电缆比较即使对于采用特别优异的绝热系统的超导电缆，热量也会以至少0.5W/m的功率从环境传入电缆。为了将超导电缆维持在必需的低温下，必须除去这种附加的热量。这需要在冷却站对冷却液进行再冷却，但再冷却效率仅10%。这意味着每根线芯损耗5W/m，整个电缆系统损耗15W/m。这种损耗是连续产生的，即使电缆没有负载。

低工作频率(与50Hz运行相比)的城网电缆能以相似的损耗传输电力，尤其是电缆长度很大时。但即使城网电缆的损耗比超导电缆略大，由于有下述显著的优点也值得使用：

1.敷设后几乎可立即将电缆投入运行，因为不需等待冷却步骤完成；

2.城网电缆不需进行日常维护；

3.必需的修理工作可立即完成，因为不需等待回暖步骤完成；

4.城网电缆比超导电缆的投资低得多2。

总结钢管电缆(例如外部压气电缆或城网电缆)传输的电力可通过降低工作频率(与50Hz运行相比)而大大提高。对于恒定的传输电力，这种方法可大大降低电缆的传输损耗和发热。考虑到与超导电缆相比的其它优点，例如不需维护、修理时间短和投资成本大大减少，这种电缆系统完全可与超导电缆媲美，成为受青睐的未来地下输电媒介2。

本词条内容贡献者为:

徐恒山 - 讲师 - 西北农林科技大学