国内外高压直流挤包绝缘电缆系统标准对比及我国试验现状分析

近年来，高压直流挤包绝缘电缆工程应用快速发展。1999年，瑞典ABB公司在哥特兰岛建设完成了第一个±80kV直流挤包绝缘电缆工程，此后欧洲逐渐将直流电缆电压等级提升至±400kV。2019年1月，英国－比利时NEMO-Link ±400kV直流挤包绝缘海底电缆工程投入运行，是世界上首个该电压等级的直流挤包绝缘电缆输电工程。

目前，我国直流挤包绝缘电缆技术发展迅速。2013年—2015年，相继在南澳±160kV多端柔性直流输电工程、舟山±200kV多端柔性直流输电工程、厦门±320kV柔性直流输电工程中得到了应用。2021年12月，如东±400kV柔性直流输电海上风电项目正式投运，现为我国电压等级最高的直流电缆输电工程。目前，三峡阳江青洲五、青洲七海上风电场海底电缆集中送出工程正在稳步推进中，该工程计划采用±500kV柔性直流输电技术，通过两根+500kV直流海底电缆接入陆上集控中心。

随着高压直流挤包绝缘电缆输电工程的陆续建设及绝缘新材料的不断开发，直流电缆系统的鉴定试验方法体系也在不断地发展与完善，目前已建立的直流挤包绝缘电缆系统试验标准或规范主要有国际大电网会议（CIGRE）技术手册、国际电工委员会（IEC）标准和我国国家标准。

精读

✎国内外现行标准

1、国外标准

2003年3月，CIGRE发布了首个高压直流挤包绝缘电缆系统试验技术手册TB 219。随着±320kV高压直流挤包绝缘电缆系统工程的规划建设，CIGRE于2012年4月发布了TB 496。2017年，CIGRE B1专委会考虑到±500kV及以上高压直流挤包绝缘电缆系统工程的需求，成立了新的工作组来制定±800kV及以下高压直流挤包绝缘电缆试验的技术手册，同年IEC发布了其第一个高压直流电缆标准IEC 62895：2019。2021年11月，CIGRE TB 852发布，替代了原有的CIGRE TB 496技术手册。

2、国内标准

2007年，国内开始了高压直流挤包绝缘电缆的设计和评估研究。2012年，为了响应国内新产品研发和工程应用的需求，国家电缆质量监督检验中心（TICW）参照CIGRE TB 496、IEC 62067：2011、IEC 60840：2011、CIGRE TB 171和CIGRE TB 490等技术文件，结合直流电缆的使用环境和条件，编制发布了TICW 7—2012《额定电压500kV及以下直流输电用挤包绝缘电力电缆系统技术规范》。我国±160kV、±200kV和±320kV柔性直流输电示范工程所采用的电缆和附件均将该技术规范作为试验依据，并通过了相关考核。

2015年5月，国家标准GB/T 31489.1—2015正式发布。2020年12月，GB/T 31489.2—2020、GB/T 31489.3—2020和GB/T 31489.4—2020进一步完善了我国直流电缆系统试验标准体系。

✎标准分析

1、标准适用范围

IEC 62895：2019、CIGRE TB 852和GB/T 31489.1—2015所适用的电压等级、产品类型见表1。

表1 标准适用范围

为了满足日益扩大的电能传输需求，直流电缆系统也在向更高电压等级、更大传输容量发展。由于电压等级和产品类型的规定，相较于CIGRE TB 852 和GB/T 31489.1—2015，IEC 62895：2019在高电压、大容量直流挤包绝缘电缆输电工程中的应用被限制。

2、标准主要内容

IEC 62895：2019沿用了IEC 62067：2011的标准结构，结合CIGRE TB 496中的试验项目进行编制，规定了直流陆地电缆系统的试验方法及要求。

GB/T 31489.1—2015规定了直流电缆系统的试验方法和要求；GB/T 31489.2—2020、GB/T 31489.3—2020和GB/T 31489.4—2020为产品标准，分别规定了陆地电缆、海底电缆及其附件的使用特性、产品命名、技术要求、标志、试验、验收规则、包装、运输和贮存等内容。其中，GB/T 31489.2—2020和GB/T 31489.3—2020根据绝缘材料性能，将电缆的工作温度区分为70℃和90℃，并规定了电缆的关键材料、结构尺寸和性能要求等，为国内直流电缆的研发制造及工程应用提供参考。

CIGRE TB 852在CIGRE TB 496的基础上进行了修订和补充，对电缆系统的试验方法和要求进行了规定。

CIGRE TB 852的主要变化之一就是根据电缆的额定电压和设计电场将电缆系统分为高压直流输电（HVDC）电缆系统和超高压直流输电（EHVDC）电缆系统。当电缆及其附件的电压不大于400kV，且电缆的设计平均场强不大于20kV·mm-1时，称为HVDC电缆系统，超出此范围时，则称为EHVDC电缆系统。

IEC 62895：2019、CIGRE TB 852和GB/T 31489.1—2015等3个标准均对预鉴定试验、型式试验、例行试验、抽样试验和安装后试验做出了规定。另外，CIGRE TB 852 和GB/T 31489.1—2015还概括了电缆系统开发试验应涵盖的内容。

对于EHVDC电缆系统，CIGRE TB 852增设了热稳定试验。当已鉴定合格的电缆系统发生变化时，如电缆或附件的材料、制造过程、设计（结构）、设计场强水平，CIGRE TB 852提供了试验程序选择指南以减少该电缆系统的上市时间和鉴定成本，同时新增预鉴定扩展试验程序。考虑到直流电缆系统可能会出现的新型过电压，CIGRE TB 852推出了特殊的暂态过电压试验以研究和解决项目特定问题。

✎直流挤包绝缘电缆的鉴定试验

根据 IEC 62895：2019、CIGRE TB 852和GB/T 31489.1—2015，直流电缆系统的鉴定试验主要包括型式试验、预鉴定试验、热稳定试验和预鉴定扩展试验。

1、型式试验

型式试验包括电气试验和非电气试验，验证电缆系统是否符合性能要求。

在电气试验项目中，IEC 62895：2019、CIGRE TB 852和GB/T 31489.1—2015均包括机械试验、负荷循环试验、叠加冲击试验、随后的直流电压试验、附件的附加试验、半导电屏蔽电阻率试验。在此基础上，IEC 62895：2019增加了机械试验后的电缆外护套直流电压试验；GB/T 31489.1—2015增加了导体直流电阻、绝缘空间电荷及电导率测试项目；CIGRE TB 852在附件的附加试验中增加了带分段绝缘终端和复合套管终端的试验程序。

在非电气试验项目中，IEC 62895：2019、CIGRE TB 852和GB/T 31489.1—2015 规定的绝缘和护套的机械物理性能的试验项目和要求基本一致。除此之外，GB/T 31489.1—2015还规定了微孔、杂质和突起试验，以及非金属外护套的刮磨试验和铝套的腐蚀扩展试验；CIGRE TB 852增加了绝缘材料交联副产物试验、热塑性绝缘的高温压力试验。针对低交联度交联聚乙烯（LXLPE）绝缘材料，CIGRE TB 852、GB/T 31489.2—2020和GB/T 31489.3—2020中规定了其热延伸试验的负荷条件为5N·cm-2，为目前使用较多的LXLPE绝缘材料提供了试验依据。

2、预鉴定试验

预鉴定试验的目的是证明某个电缆系统具有长期运行性能。IEC 62895：2019、CIGRE TB 852和GB/T 31489.1—2015在预鉴定试验内容上的规定保持一致，基本的试验程序包括长期电压试验、叠加冲击电压试验和检查，仅IEC 62895：2019规定在预鉴定试验前需要进行机械预处理。

3、热稳定试验

热稳定试验用于考察EHVDC直流电缆系统的热稳定性。以下情况可能会导致电缆热失效：①导体因负载电流产生的热量多于电缆和周围环境所能散发的热量；②绝缘介质损耗导致局部绝缘温度升高，由于直流电导率和温度、电场相互影响，温度升高又进一步加剧了介质损耗。因此，为了指出电缆绝缘系统不会过热所需的最小外部热通量，CIGRE TB 852定义了电缆导体最高运行温度（Tcond，max）和电缆内最小绝缘温差（△Tmin）。

热稳定性试验期间，首先，加热试验电缆和参考电缆直至导体温度到达Tcond，max并维持稳定，可以在电缆周围布置合适的隔热层，将△Tmin控制在所需要的值。随后，确保试验电缆和参考电缆加热电流一致，仅在试验电缆上施加1.45倍的额定电压，参考电缆的介质损耗可以忽略不计。电流和电压保持规定的时间后，比较试验电缆和参考电缆的护套温度，当试验电缆护套和参考电缆护套在标准规定时间内的温差满足要求时，则认为完成了热稳定性试验。可以通过提高△Tmin重复进行该试验，直至满足标准要求。通过热稳定试验获得避免电缆绝缘系统过热的必要的热通量数据，可作为直流电缆系统设计的重要参数。

4、预鉴定扩展试验

CIGRE TB 852规定了电流源换流器（LCC）系统和电压源换流器（VSC）系统的预鉴定扩展试验程序。当电缆系统发生变化时，保证被测电缆系统高可靠性的同时避免重复进行太多耗时的鉴定试验，具体试验步骤见表2，其中，U0为额定电压；UP2，O为正（或负）极性直流电压叠加异极性操作冲击电压；UP1为正（或负）极性直流电压叠加异极性雷电冲击电压。

表2 预鉴定扩展试验步骤

✎国内±400kV及以上直流电缆系统试验

目前，国内研发的直流陆地电缆系统的电压等级已达±535kV，直流海底电缆系统的电压等级也达到了±525kV，电缆的绝缘材料均采用交联聚乙烯，主要来源于北欧化工。

1、型式试验

2017年7月和2018年8月，国内分别完成了±525kV和±535kV直流陆地电缆系统的型式试验。2021年10月，国内完成了导体正常工作温度为90℃的±535kV直流电缆系统的型式试验。

2020年2月，国内首次完成±400kV直流海底电缆系统（含工厂接头）的型式试验。2022年10月，国内首次完成了±525kV直流海底电缆系统（含工厂接头）的型式试验。

以上型式试验中电缆及附件均由国内企业设计制造，试验信息见表3。

表3 型式试验的电缆及附件

±525kV直流海底电缆系统顺利通过型式试验，标志着我国直流海底电缆系统的设计和制造技术水平迈入了世界先进行列。

2、预鉴定试验

2022年11月，国内研发的±525kV直流电缆系统首次完成了预鉴定试验，试验回路包括直埋敷设、穿管直埋敷设和空气中敷设。附件包括复合套管终端、绝缘接头、直通接头等。试验回路示意图见图1。

2022年7月，国内首次完成了±400kV直流海底电缆系统的预鉴定试验，试验回路由海底电缆（含工厂接头）、陆地电缆、复合套管终端、海陆过渡接头和修理接头组成。采用直埋敷设、穿管直埋敷设、空气中敷设和模拟海水中敷设，试验回路示意图见图2。

国内研发的±525kV直流陆地电缆系统和±400kV直流海底电缆系统最大限度模拟工程实际敷设环境下的长期运行性能均已得到了验证。目前，以±525kV直流海底电缆系统为试验对象的预鉴定试验正在进行。

1）国内已建成完整的±500kV及以下挤包绝缘高压直流电缆系统标准体系，支撑我国高压直流电缆输电工程从±160kV到±400kV的跨越式发展。国内外制定直流挤包绝缘电缆系统试验标准时的技术积累和工程应用经验不尽相同，在部分试验项目的设置和细节处理的规定上有所差异，但核心部分内容基本保持一致。CIGRE TB 852进一步改进和完善了直流电缆系统的试验标准内容，可在未来相当一段时间内指导更高电压等级直流电缆系统的开发与检测评价。

2）国内直流挤包绝缘电缆和附件的技术稳步发展，直流电缆系统的开发已达到±500kV水平。目前，国内正在集中解决海底电缆工厂接头可靠性等关键问题，并向更高电压等级开展研发工作。

3）除了提高直流电缆的电压等级，提高直流电缆系统正常运行温度也是提升电能输送容量的研究方向之一。导体正常工作温度为90℃的±535kV直流电缆系统顺利通过了型式试验，还需要进一步验证其长期运行的稳定性，从而为后续的直流电缆设计、制造及应用提供技术参考。