高压直流挤包绝缘电力电缆系统及其工程应用

　　本书是一本完整阐述高压直流（HVDC）挤包绝缘电缆系统的技术专著，涵盖了电缆线路、绝缘材料和附件的设计和工程技术，以及电缆性能、寿命和可靠性问题。全书内容丰富，由浅入深，共分为7章，主要内容包括HVDC电缆输电基础，HVDC挤包绝缘电缆设计的主要原则，HVDC挤包绝缘中空间电荷的存储、效应以及测量方法，HVDC挤包电缆系统的改进设计，HVDC电缆挤包绝缘寿命模型，以及世界上主要的HVDC挤包绝缘电缆系统。书中对目前*新的HVDC电缆挤包绝缘材料的改进方法进行了详细阐述，还介绍了HVDC电缆系统配套应用附件的设计和应用情况。同时，本书还对HVDC电缆挤包绝缘寿命模型的研究进行了总结。本书适合从事电力电缆，特别是HVDC电缆的研究、制造、工程设计、运行维护等工作的人员学习使用，也可以作为电线电缆相关专业研究生和本科生的参考书。

　　作者介绍 Giovanni Mazzanti博士是博洛尼亚大学副教授，执教高电压工程和电能质量，积极投身电力工程领域的研究工作，已经发表了超过70篇通过同行评议的论文和文章。 他是IEEE-PES和IEEE-DEIS的成员，自2012年10月以来负责主持IEEE-DEIS关于HVDC电缆系统方面的一个新的技术委员会。 Massimo Marzinotto博士在意大利TSO（电力运输系统运营商）Terna 公司工作，负责HDVC系统领域的电缆、绝缘子、避雷器、绝缘配合、HVDC换流器、HVDC电极。 他是IEEE（美国电气电子工程师学会）-DEIS、IEEE-PES以及CIGRE（国际大电网委员会）的成员，还是IEEE的高级会员。他积极参与各种IEEE和CIGRE工作组和委员会，还撰写和合著了多个IEEE期刊和会议的出版物。

译者序 

原书序 

原书前言 

第1章概述1 

参考文献6 

第2章HVDC电缆输电基础9 

2.1 HVDC输电的历史9 

2.2 HVAC与HVDC输电系统的经济比较15 

2.3 HVDC输电系统的配置和运行模式16 

2.4 CSC和VSC整流器20 

2.4.1 线性整流电流源换流器的运行20 

2.4.2 自整流电压源换流器的操作21 

2.4.3 CSC与VSC:它们如何影响电缆绝缘23 

2.5 HVDC输电电缆23 

2.5.1 陆上和海底电缆输电23 

2.5.2 不同类型HVDC电缆25 

2.5.3 HVDC电缆绝缘30 

参考文献32 

第3章HVDC挤包绝缘电缆设计的主要原则35 

3.1 HVAC和HVDC挤包型绝缘电缆的差异35 

3.1.1 结构差异35 

3.1.2 HVDC挤包型绝缘电缆的典型结构36 

3.1.3 电场分布的差异41 

3.2 瞬态直流电场分布53 

3.2.1 到达稳态直流电场分布的时间54 

3.2.2 HVDC电缆运行阶段的定义55 

3.2.3 不同阶段的电场分布56 

3.3 环境温度对HVDC挤包电缆稳态电场的影响63 

3.4 叠加在直流电压上的脉冲64 

3.5 HVDC电缆冲击电压实验的统计方法66 

3.6 受陷阱空间电荷效应影响的应力分布修正72 

3.7 HVDC挤包电缆电介质74 

3.8 PE形态及其对电性能的影响78 

参考文献80 

第4章HVDC挤包绝缘中的空间电荷:存储效应和测量方法 

4.1 HVDC电缆绝缘中的空间电荷85 

4.2 绝缘聚合物中电荷注入和转换90 

4.2.1 低场传导90 

4.2.2 高场传导94 

4.3 空间电荷积累99 

4.3.1 电荷产生99 

4.3.2 电荷陷阱105 

4.4 HVDC挤包绝缘的空间电荷测试方法108 

4.4.1 热测法111 

4.4.2 压力波法118 

4.4.3 陷阱深度和空间电荷迁移率的评估技术130 

4.5 空间电荷测量技术的最新进展135 

4.5.1 热阶跃脉冲法在HVDC电缆空间 

电荷测试中的应用135 

4.5.2 PEA技术在HVDC电缆空间电荷测量中的应用141 

4.5.3 压力波法的最新进展158 

4.6 电力电缆最佳空间电荷测量方法的比较:PEA与TSM对比159 

参考文献165 

第5章HVDC挤包电缆系统的改进设计172 

5.1 HVDC电缆的挤出聚合物绝缘的改善研发趋势173 

5.1.1 HVDC挤包绝缘的改善有待解决的问题173 

5.1.2 HVDC电缆聚合物绝缘材料的性能优化174 

5.1.3 HVDC挤包绝缘的开发历史175 

5.2 交流场合用的LDPE?XLPE或HDPE电缆混合物未加改进直接用于HVDC应用领域177 

5.3 无电应力反转或电应力反转受限的直流电缆178 

5.4 抑制聚合物内部空间电荷的发展179 

5.4.1 改善电极绝缘界面特性179 

5.4.2 整体绝缘性能的改善180 

5.5 HVDC挤出电缆改进设计方面的进一步要求188 

5.6 HVDC挤包电缆的改进设计190 

5.6.1 首例改进设计的HVDC挤包电缆191 

5.6.2 哥特兰岛项目的电缆设计191 

5.6.3 默里连接项目相关的电缆设计192 

5.6.4 跨湾工程项目的电缆设计194 

5.6.5 其他改进的电缆设计195 

5.7 HVDC挤包电缆系统用附件的改进设计197 

5.7.1 哥特兰岛项目相关的附件设计201 

5.7.2 默里连接项目相关的附件设计202 

5.7.3 HVDC挤包电缆附件目前的工艺水平203 

5.8 电缆系统设计的改进207 

5.9 HVDC挤包绝缘电缆系统的试验208 

参考文献211 

第6章HVDC电缆挤包绝缘寿命模型219 

6.1 基本原理219 

6.1.1 绝缘寿命模型的传统方法221 

6.1.2 HVDC挤包绝缘寿命模型的可能性框架229 

6.2 基于空间电荷的挤包HVDC电缆寿命模型242 

6.2.1 电场限制空间电荷模型243 

6.2.2 空间电荷DMM模型245 

6.3 从空间电荷到局部放电:基于微小空隙损伤发展的寿命模型249 

6.3.1 PE-空隙界面的电荷积累及向空隙内的电荷注入250 

6.3.2 空隙内热电子雪崩形成251 

6.3.3 空隙-PE界面向PE内部的损伤发展252 

6.3.4 模型在挤出HVDC绝缘失效时间估算方面的应用253 

6.4 空间电荷:老化的原因还是结果256 

参考文献262 

第7章世界上主要的HVDC挤包绝缘电缆系统268 

7.1 概述268 

7.2 运行中的挤包绝缘电缆系统272 

7.2.1 哥特兰岛联网工程272 

7.2.2 默里连接工程274 

7.2.3 纽约长岛电缆工程276 

7.2.4 TrollA天然气平台277 

7.2.5 Estlink联网工程278 

7.2.6 BorWin1联网工程279 

7.2.7 美国跨湾工程279 

7.2.8 日本北海道—本州联络线工程282 

参考文献283