海洋直流接地极对海底电缆的影响与防护研究

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由于我国能源与负荷反向分布的特殊国情,大容量、高效率、远距离的能源输送技术在我国的能源调配领域成为了非常重要的一环。高压直流输电技术由于在输电过程中无感抗、容抗影响,线路损耗相比于交流输电低很多,而且并网问题上不存在同步问题,在近年来已经获得了飞速地发展,但是由于陆地线路走廊有限,直流输电系统的接地极选址成为了不可忽视的问题,一方面,直流输电系统单极运行状态下的大额入地电流会对附近地下金属管道和其他金属设施造成严重的腐蚀干扰和电磁干扰;另一方面对交流电网的变压器直流偏磁影响也不容忽视。这两方面的影响在近年来的研究已经相对成熟。但陆地线路走廊日益紧张,光靠防护措施或许在某些极端情况下并不能完美解决直流接地极入地电流的干扰问题,本文基于CDEGS仿真软件,模拟了将高压直流接地极布置在海里的情况,避免对现有陆地地下金属设施和变压器的影响,研究海洋直流接地极对海底电缆的影响与防护措施。论文主要对以下几个方面进行研究。(1)利用CDEGS仿真软件建立海洋直流接地极和海底电缆的仿真模型,仿真计算高压直流输电系统在单极运行状态下,附近海水中的电位分布,海底电缆的金属护套感应电压、泄漏电流等参数,最后研究了接地极注入电流、海水电阻率、接地极布置位置、海底电缆与接地极的距离等因素对海底电缆金属护套的泄漏电流的影响规律,发现随着海底电缆与海洋直流接地极的距离的增加,海底电缆的泄漏电流密度会逐渐降低,这种降低的幅度会随着缆极距离的增加而削弱;海底电缆绝缘层的破损情况也会在一定程度上影响电缆的泄流密度,这些破损情况包括破损点的数量、破损点的面积、破损点的分布情况等;海洋直流接地极和海底电缆所处海域的海水电阻率越大,海底电缆的泄漏电流密度会越小,电缆金属护套的转移电位会越大;海洋直流接地极的入地电流越大,海底电缆的泄漏电流密度和金属护套的转移电位都会越大。通过上述规律提出海洋直流接地极在布置选址过程中最优的选择方式:在海洋接地极选址时,可以通过增加缆极距离的方式来有效降低电缆泄漏电流密度,减缓电缆金属护套的腐蚀速率,尽可能将接地极的极址选择在电缆的中心平分线上有利于缓解其对海底电缆的影响。由于海底电缆绝缘破损的恶化会显著增强海洋直流接地极入海电流对海底电缆的影响,所以在海洋直流接地极选址建设期间,需要对海底电缆的影响预估留有一定的裕度。在实际的高压直流输电工程中,遇到接地极测试或者出现故障导致不得不单极运行以大地为回路进行回流时,需要尽可能的降低直流系统的运行电流,进行半容量电能传输,尽可能的降低直流接地极的入地电流,降低对其他金属设施的影响和干扰。并利用实际的缩比实验对简化的海底电缆和海洋直流接地极进行验证,证明仿真所使用的简化模型的可靠性。(2)根据现有直流接地极年单极运行时间和入地电流,利用法拉第电腐蚀定律计算直流接地极附近的海底电缆金属护套的腐蚀量。(3)根据CDEGS仿真结果,针对海洋接地极对附近海底电缆的影响因素,结合具体环境和现有理论体系,提出外接电源法、分段隔离法、异性导电媒质介入法等适合海底电缆的防护措施,为实际工程建设提出建议。
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