上海電力推動IEC修訂電纜載流量標(biāo)準(zhǔn)

發(fā)布時間:2017-05-17   來源:中國電力網(wǎng)

  一系列最早于上世紀(jì)80年代發(fā)布的針對電纜載流量計算的IEC標(biāo)準(zhǔn)已實質(zhì)性邁出修訂的第一步。

  今年4月,國際電工委員會(International Electrotechnical Commission,縮寫為IEC)在英國倫敦召開電纜載流量和短路電流限值工作組會議,來自10個國家的13位電纜專家普遍認(rèn)為,現(xiàn)行IEC電纜載流量計算標(biāo)準(zhǔn)中存在多處與他人計算結(jié)果存在偏差的問題,下一步將考慮修訂現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)或發(fā)起新的IEC標(biāo)準(zhǔn)提案。

  對于工作組中少有的一張中國面孔——國網(wǎng)上海電科院資深工程師李紅雷博士而言,這不僅意味著上海電科院長達(dá)10年關(guān)于電纜載流量的研究成果獲得了業(yè)界認(rèn)可,更意味著國家電網(wǎng)公司正在國際電工領(lǐng)域掌握越來越多的話語權(quán),中國標(biāo)準(zhǔn)正逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槭澜鐦?biāo)準(zhǔn),成為全球通用的技術(shù)法則。

  安全但不經(jīng)濟的

  現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)

  2016年盛夏,在35千伏森營3258電纜平靜的表面之下,是“內(nèi)心”的洶涌澎湃——這條電量載流量從346安被提高到427安,輸送容量增加到4910千伏安。這種試驗在整個世界屈指可數(shù)。

  提高電纜載流量,就是讓更多電流通過電纜。這就好比家中龍頭出水過小,擰大龍頭后,讓整條水管里的水流量增大。然而,在看似輕而易舉的舉動背后,卻存在著對IEC標(biāo)準(zhǔn)的挑戰(zhàn)。

  電力電纜是目前城市電網(wǎng)中常見的一種供電載體,一條電纜由內(nèi)到外主要由金屬導(dǎo)體、主絕緣、金屬屏蔽層(金屬護套)和外護套組成。

  當(dāng)今世界主流的電纜使用的絕緣材料是交聯(lián)聚乙烯,這種材料的長期工作溫度是90攝氏度。也就是說,當(dāng)電纜溫度高于90攝氏度,就會造成交聯(lián)聚乙烯的性能變差,進而引起電纜絕緣降低,為各類事故埋下隱患?,F(xiàn)行針對電纜載流量計算的IEC標(biāo)準(zhǔn)是先后發(fā)布于1982年、1989年、1994年、1995年的《IEC 60287》系列標(biāo)準(zhǔn)。

  電纜溫度是由電流通過導(dǎo)體后產(chǎn)生的內(nèi)部熱阻和外部環(huán)境造成的外部熱阻共同影響決定的。問題在于,盡管電纜內(nèi)部的熱阻是確定的、容易估算的,但在實際情況下,電纜的外部環(huán)境卻千差萬別、難以統(tǒng)一。受制定標(biāo)準(zhǔn)時的技術(shù)能力限制,現(xiàn)行IEC標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于外部熱阻的部分經(jīng)驗公式取值偏于保守,計算所得外部熱阻比實際情況要大。這就反過來使得電纜溫度無法被正確考量,而電纜溫度與載流量存在正關(guān)聯(lián),載流量的過度限制由此造成。

  多年來,雖然電纜監(jiān)測技術(shù)已取得長足進步,但這個保守的系列標(biāo)準(zhǔn)卻似乎被人忘記了。

  也就是說,當(dāng)電纜設(shè)計人員根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)計算電纜安全載流量時,所得必定是一個安全的數(shù)值,但同時必定不能充分發(fā)揮電纜的輸電能力?;蛘哒f,多數(shù)情況下,目前在用的交聯(lián)聚乙烯電纜的安全載流量都被低估了,造成了電纜通道輸電能力的極大浪費。

  李紅雷想做的,正是嘗試修改這個今天廣泛應(yīng)用但漸已落伍的標(biāo)準(zhǔn)。

  但是,電纜增容能否站得住腳呢?

  【數(shù) 讀】

  上海是中國電纜密度最高的城市,電纜化率、電纜數(shù)量也長期在全國名列前茅。

  截至2016年底,上海共有35千伏及以上電纜超過3400條、總長度超過1.2萬千米。待今年6月虹楊變電站至楊行變電站間的500千伏電纜投運后,上海將擁有4條10千米以上的長距離500千伏交聯(lián)聚乙烯電纜。

  上海的電纜發(fā)展

  歷史與現(xiàn)實的推動

  李紅雷工作、居住的上海是世界上最早應(yīng)用電力電纜的城市之一。

  1879年,世界著名的美國發(fā)明家愛迪生在銅棒上包繞黃麻并將其穿入鐵管內(nèi),然后填充瀝青混合物制成電纜。次年,英國人卡倫德發(fā)明瀝青浸漬紙絕緣電力電纜。1897年3月,一條總長2270米的100伏照明用橡膠電纜在上海被敷設(shè)入從乍浦路發(fā)電廠至外灘的地下,揭開了我國電力電纜應(yīng)用史的篇章。此時,離電纜被發(fā)明尚不到20年,而世界上也僅有紐約、倫敦等極少數(shù)城市應(yīng)用電纜。

  此后,電纜在上海的地下“潛滋暗長”。今天,上海是中國電纜密度最高的城市,電纜化率、電纜數(shù)量也長期在全國名列前茅。截至2016年底,上海共有35千伏及以上電纜超過3400條、總長度超過1.2萬千米。待今年6月虹楊變電站至楊行變電站間的500千伏電纜投運后,上海將擁有4條10千米以上的長距離500千伏交聯(lián)聚乙烯電纜。

  隨著城市發(fā)展,上海中心城區(qū)負(fù)荷密度不斷走高,中心城區(qū)以外的負(fù)荷中心逐步成形,加之電能替代、外來清潔能源等改變了城市電網(wǎng)潮流分布,因此局部區(qū)域出現(xiàn)了電纜過載的現(xiàn)象,這在一定程度上加重了上海電網(wǎng)性缺電的問題。但是,受地下資源緊張、市政審批困難等限制,新建電纜已越來越難。

  悠久的歷史和迫切的現(xiàn)實把李紅雷和他的科研團隊推上了舞臺——如果能夠通過電纜穩(wěn)態(tài)和動態(tài)增容來挖掘現(xiàn)有電纜的輸電潛力,那就相當(dāng)于新建了電力電纜,既可節(jié)省電力投資,又可增加輸電量。但是,這也就意味著必須挑戰(zhàn)現(xiàn)行計算方法,因為無論哪種增容技術(shù),都需要對電纜載流量進行精確的計算,以確保交聯(lián)聚乙烯90攝氏度這條安全紅線不被突破。

  2007年,上海電科院在220千伏滬崇蘇輸變電工程中對聯(lián)網(wǎng)電纜的載流量計算開展研究。李紅雷所率領(lǐng)的課題組在國內(nèi)首次應(yīng)用加拿大專業(yè)載流量軟件對世界首條敷設(shè)于市政隧道中的長距離超高壓電力電纜建立了電纜溫度場模型,并將該模型與解析方法及數(shù)值方法進行了比對。研究期間,李紅雷與國外載流量模型開發(fā)者多次交流,自此,上海電科院的電纜工作開始具備國際化視野。

  2014年3月,受低溫影響,上海全網(wǎng)負(fù)荷走高,市內(nèi)一座燃機電廠頻繁開機以平衡負(fù)荷,對機組的安全性和經(jīng)濟性造成極大的不利影響。經(jīng)過謹(jǐn)慎考量,上海市電力公司決定讓閘蕰2268電纜增容運行,以減少燃機電廠的開機發(fā)電。國網(wǎng)上海電科院承擔(dān)了計算任務(wù),自增容起,全面收集電纜相關(guān)數(shù)據(jù),逐段對電纜建模計算,不斷監(jiān)控電纜負(fù)荷與電纜溫度的變化,定期提交載流量分析報告,為電纜的安全運行護航,也為調(diào)度部門潮流控制提供依據(jù)。

  最終,這條電纜持續(xù)安全增容運行300天,最高負(fù)荷較限額增加28%。據(jù)測算,增容運行后,該燃機電廠可少消耗燃料4.2億元。項目研究成果作為“面向大規(guī)模清潔能源消納的都市電網(wǎng)‘強饋入弱開機’運行關(guān)鍵技術(shù)研究與實踐”的一部分,獲得了2015年上海市科技進步二等獎。

  嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撗芯?、海量的監(jiān)測數(shù)據(jù)、成功的實踐增容,這些進一步堅定了李紅雷突破現(xiàn)行計算方法的底氣。

  從巴塞羅那到倫敦

  乘著國家電網(wǎng)公司國際化戰(zhàn)略的東風(fēng),上海電科院將目光投向了更廣闊的天地。

  關(guān)于電纜載流量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),是由IEC TC20 WG19(IEC電纜專業(yè)委員會電纜載流量和短路電流限值工作組)編制和維護的,此前,工作組成員基本來自歐美的電纜制造企業(yè)和高校,沒有中國成員。基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通是全球化的大趨勢,而國際標(biāo)準(zhǔn)則是互聯(lián)互通的基本規(guī)范,如果能讓在實踐中已被證明切實可行的中國探索推動新的國際標(biāo)準(zhǔn)的形成,這無疑是一件令人興奮的事情。

  2015年10月,李紅雷作為觀察員赴西班牙巴塞羅那參加了WG19工作組會議。當(dāng)他介紹了中國在電纜動態(tài)增容、電纜帶電檢測等技術(shù)方面的應(yīng)用情況后,工作組成員都對中國電纜的飛速發(fā)展表示驚嘆。

  巴塞羅那會議后,上海電科院在電纜載流量領(lǐng)域集中攻關(guān),開展了各種敷設(shè)方式下的電纜載流量模擬試驗。目前在以上海為代表的城市電網(wǎng)中,中壓電纜負(fù)載率普遍高于高壓電纜,每年夏季用電高峰期間,中壓電纜的重載情況更為嚴(yán)重。在現(xiàn)行載流量計算體系下,有些中壓電纜甚至為了避免所謂的過載而被迫降負(fù)荷運行。為此,國網(wǎng)上海電力從2015年起,探索將獨特的電纜增容技術(shù)應(yīng)用于更多的運行電纜。

  電纜增容的效果無疑是顯著的。以35千伏森營3258電纜為例,該電纜原載流量限額為346安,2016年迎峰度夏期間,根據(jù)上海電科院的計算,在最苛刻的工況下,該電纜的穩(wěn)態(tài)載流量增容到427安,比原限額增容23.4%,輸送容量增加4910千伏安。如果將電纜增容技術(shù)施用于上海電網(wǎng)所有重載電纜,這對緩解負(fù)荷高峰期間的因電網(wǎng)性缺電而造成的用電緊張問題可謂是一劑強心針。

  更重要是,這種增容安全可靠。

  在電纜增容方面積累大量經(jīng)驗后,2015年11月,上海電科院與上海市電機工程學(xué)會、加拿大多倫多大學(xué)聯(lián)合舉辦“面向能源互聯(lián)網(wǎng)的高壓電纜輸送能力提升技術(shù)”創(chuàng)新論壇。一時間,論壇成為該領(lǐng)域最新的熱點,還使得國家電網(wǎng)公司在電纜載流量方面的一系列工作和成果獲得了國內(nèi)國際同行的關(guān)注。

  李紅雷的身份也得到了認(rèn)可。2016年8月,他順利通過IEC技術(shù)委員會的審核,成為國網(wǎng)公司職工中在IEC電纜專業(yè)委員會里的第一個正式成員。

  今年4月,李紅雷在倫敦第二次參加WG19工作組會議。會上,他結(jié)合近兩年的研究經(jīng)驗,介紹了上海電網(wǎng)在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)有IEC標(biāo)準(zhǔn)存在的問題,并介紹了上海電科院最近自主開發(fā)的電纜實時增容快速算法。會上,專家們經(jīng)討論達(dá)成共識,WG19工作組下一步將考慮修訂現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)或發(fā)起新的IEC標(biāo)準(zhǔn)提案。

  雖然離新標(biāo)準(zhǔn)的出臺或許還有兩三年的時間,但實質(zhì)性第一步的邁出,無疑是至關(guān)重要的。

  而對于立志讓世界共享中國技術(shù)的國網(wǎng)電纜人來說,這標(biāo)志著一段新的征途即將開始。

      關(guān)鍵詞: 上海電力


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