一系列最早于上世紀80年代發(fā)布的針對電纜載流量計算的IEC標準已實質(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位電纜專家普遍認為，現(xiàn)行IEC電纜載流量計算標準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)有標準或發(fā)起新的IEC標準提案。
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10年關(guān)于電纜載流量的研究成果獲得了業(yè)界認可，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)，中國標準正逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槭澜鐦藴?，成為全球通用的技術(shù)法則。
安全但不經(jīng)濟的
現(xiàn)行標準
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標準的挑戰(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)到外主要由金屬導體、主絕緣、金屬屏蔽層（金屬護套）和外護套組成。
當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。現(xiàn)行針對電纜載流量計算的IEC標準是先后發(fā)布于1982年、1989年、1994年、1995年的《IEC 60287》系列標準。
電纜溫度是由電流通過導體后產(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。受制定標準時的技術(shù)能力限制，現(xiàn)行IEC標準關(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準卻似乎被人忘記了。
也就是說，當電纜設(shè)計人員根據(jù)IEC標準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用但漸已落伍的標準。
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)負荷密度不斷走高，中心城區(qū)以外的負荷中心逐步成形，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)負荷走高，市內(nèi)一座燃機電廠頻繁開機以平衡負荷，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。
嚴謹?shù)睦碚撗芯俊⒑Ａ康谋O(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，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)標準，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?；A(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通是全球化的大趨勢，而國際標準則是互聯(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準的形成，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會、加拿大多倫多大學聯(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)在實際應用中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)有IEC標準存在的問題，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)討論達成共識，WG19工作組下一步將考慮修訂現(xiàn)有標準或發(fā)起新的IEC標準提案。
雖然離新標準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，這標志著一段新的征途即將開始。
