海纜電壓偏高是海上輸電系統(tǒng)中常見的技術(shù)問題，其成因涉及電氣特性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)行環(huán)境等多方面因素。以下從電容效應(yīng)、設(shè)計(jì)需求、故障機(jī)理及補(bǔ)償措施四個(gè)維度展開分析：

一、電容效應(yīng)導(dǎo)致的工頻過電壓

海纜的電容特性顯著高于架空線路，尤其在長距離輸電時(shí)，分布電容產(chǎn)生的無功功率會(huì)抬高線路電壓。例如：

空載或輕載時(shí)：海纜相當(dāng)于電容負(fù)載，系統(tǒng)電流主要為容性，導(dǎo)致電壓沿線路逐漸升高。研究表明，當(dāng)海纜長度超過40km時(shí)，末端電壓可能超過首端10%15%。

容升效應(yīng)實(shí)例：某66kV海纜送出系統(tǒng)在風(fēng)電場停機(jī)時(shí)，末端電壓升至80kV（超過額定電壓21%），觸發(fā)變流器保護(hù)閉鎖。

二、高壓等級(jí)與柔直技術(shù)的設(shè)計(jì)需求

提升電壓等級(jí)是增加輸送容量、降低損耗的有效手段，但也直接導(dǎo)致電壓升高：

技術(shù)升級(jí)驅(qū)動(dòng)：如粵電陽江青洲項(xiàng)目采用500kV三芯海纜，通過提升電壓實(shí)現(xiàn)130km遠(yuǎn)距離輸電。此類設(shè)計(jì)雖優(yōu)化經(jīng)濟(jì)性，但電壓基準(zhǔn)值已顯著提高。

三、結(jié)構(gòu)故障與外部沖擊

1.導(dǎo)體護(hù)套絕緣失效

阻水層缺陷：導(dǎo)體單線間隙過大導(dǎo)致阻水材料填充不足（如未采用91盤框絞機(jī)），海水侵入形成接地故障，局部電場畸變引發(fā)電壓異常。

護(hù)套破損：鎧裝層渦流（如鍍鋅鋼絲未隔磁）或雷電過電壓（如500kV海纜遭雷擊時(shí)過電壓可達(dá)923kV）會(huì)擊穿絕緣，形成電位梯度突變。

2.接地系統(tǒng)異常

單點(diǎn)接地失效：單芯海纜若未采用交叉互聯(lián)接地，護(hù)套感應(yīng)電壓可達(dá)危險(xiǎn)水平（如某220kV海纜護(hù)套電壓超100V，導(dǎo)致螺栓過熱至112℃）。

高抗配置不足：輸電距離超過40km時(shí)需安裝高壓電抗器抑制過電壓。若補(bǔ)償容量不足（如電抗器容量與海纜充電功率失配），電壓將失控上升。

四、無功補(bǔ)償策略局限性

動(dòng)態(tài)響應(yīng)滯后：傳統(tǒng)靜止無功補(bǔ)償器（SVC）難以適應(yīng)風(fēng)電場出力波動(dòng)，導(dǎo)致輕載時(shí)過剩容性無功無法及時(shí)吸收。某案例中，SVC響應(yīng)延遲1.2秒引發(fā)暫態(tài)過電壓7%。

高抗固定補(bǔ)償缺陷：固定高抗在負(fù)荷變化時(shí)可能過補(bǔ)償（如夜間低負(fù)荷時(shí)段），反而加劇電壓抬升。

總結(jié)

海纜電壓偏高的核心原因可歸結(jié)為：電容效應(yīng)在長距離輸電中的主導(dǎo)作用、高電壓等級(jí)設(shè)計(jì)的固有特性、絕緣結(jié)構(gòu)缺陷引發(fā)的局部電場畸變，以及動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)的響應(yīng)不足。解決策略需結(jié)合柔性直流技術(shù)（如模塊化多電平換流器抑制諧波）、智能無功補(bǔ)償（如STATCOM）及結(jié)構(gòu)優(yōu)化（如三芯海纜減少回路電感）進(jìn)行綜合治理。