电缆和架空线 之争的信息源

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我的家乡多伦多市今年的冬季异常寒冷。我畏惧地看着超过一米高的雪堆,气温已 经降到远低于正常值。的确,今年的冬天从一开始就很糟糕,迎来了一场极端的 冰暴,经历了两次积雪期:第一次12月21日持续10小时,第二次为次日持续28小 时。人们喜爱的树冠被25毫米的覆冰或者折断或者压弯。电力线路的处境也很糟。

当然,没有电,我家的热风供暖炉关闭,我们不得不求助于阳光和热水来加热87年 的老房子。与其他约300,000用户一样,我们无能为力,只能裹得严严实实等待恢复 供电。随后,恢复正常供电的效率令我印象深刻,特别是考虑到仅仅我所在的街区 就有如此多的树枝短路了架空线。在这个过程中,我也从与执行修剪巡逻任务的电 力公司树木管理人员的对话中学到了一些东西。

每逢下雨时,我家门口一棵市政管辖的树上的‘危险树枝’总会下垂紧贴各种电力 进线。实际上这根树枝在先前已经被评估为需要修剪,但却因为被归类为健康树木 仍留在原处。冰暴期间,其它树枝的确折断并压在电力线上。但这根我认为最有问 题的树枝却安然无恙。不过,我还是决定最好把车移走。 覆冰如此之多,我们原本预料本地输电系统上会有桥接和冰闪的问题。实际上,一 条已退出运行的500千伏线路被重新通电后不久发生了一次闪络。但没有重复过去因 覆冰与污秽共同作用导致的多次闪络问题,而过去的覆冰水平远没今年严重。

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我将 此归因于冰雨来临几个小时前降雨的清洗作用。 冰暴过后就是朋友和家人通常提出的问题。他们问道:为什么电力线路不埋入地 下?我给出了惯常的回答,解释了空气作为绝缘介质的低成本,检测电缆的难度以 及维持现有的可靠性也需要更改电网的配置。我能够有信心地做出这样的回答,是 因为我刚刚仔细阅读了一系列特约评论文章,于2013年度陆续出版,以纪念IEEE电 介质与绝缘学会(DEIS)成立50周年。

其中许多文章专门探讨成功安装高压电缆的 绝缘问题,包括从30年代400kV系统纸绝缘演变到60年代后期首次出现并缓慢而稳 步采用复合绝缘的交流电缆。 我通读了所有12篇评论以证实我的想法(当然会有偏差),即电缆绝缘缺陷管理和 工艺仍然是一项‘正在进行中的工作’,并意识到这些评论文章可能对INMR读者是 很好的补充读物。

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每篇评论大约10页,发表在IEEE电绝缘杂志上(29卷第1至6期和 30卷第1期),并可从IEEE Xplore网站中找到。 该系列的第一篇评论由Toshikatsu Tanaka教授和Takahiro Imai博士所写,提出了 混合复合材料的概念最终成熟了,如建筑墙壁用的泥土和稻草。作者基于离散相的 大小将纳米复合材料与聚合物合金材料区分开,范围从前者的1到300纳米到后者的 0.1至10微米。

90年代,第一个商业化应用粘土和尼龙的纳米复合混合物在汽车同步 齿形带护盖上取得成功。然而,与电力绝缘子制造商和用户相关的纳米电介质材料 领域的刊物仅从2002年才开始激增。 第四篇特约评论来自Ed Cherney博士,他指出,基于复合绝缘子50年的发展, 它是成熟的产品,而且是陶瓷技术切实可行的替代品。

与Tanaka和Imai的观点一 致,他看到了旨在提高极端条件下运行寿命的微米和纳米级混合填料的新聚合物 具有光明的未来。 电缆绝缘在开拓本征击穿强度方面从未实现缩小尺寸和降低成本,即对半导体和如 NaCl、KCl的纯盐要达到108 V/m量级。在第七篇文章中,Gilbert Teyssedre博士 和Christian Laurent博士探讨了这个本征击穿和工程击穿之间的巨大差异。如今, 直流电缆的功能性电应力水平已超过14kV/mm。他们的评论补充了由Rongsheng Liu博士在第 八篇文章中论述的长距离直流输电工程的进展。

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基于上文所述,关于将多伦多架空线移到地下的问题,我现在修正后的回答是:它 可能将伴随着向当地直流电网和其他智能电网的转移。这次冰暴期间,很多人家的 供电仅恢复了一两天,却未料到因为树枝损坏了线路连接再次遭遇停电。

特设的 ‘微 电网’,即有电和没电相邻住户之间的延长线很快缓解了停电的影响。 如果30年后出现另一次冰暴,我希望能在坚固的、多燃料能源储存和供电设施提供 的舒适环境下,向我的曾孙讲述‘2013事件’的往事。在这幅画面中,显而易见, 电缆和避雷器将发挥更大的作用。而且我也坚信,户外绝缘子以及可靠、长期运行 的架空线将占有一席之地。

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