电力电缆技术发展趋势综述

1/9电力电缆技术发展趋势综述超高压、大长度、大截面、多样化和高可靠性是当今电力电缆技术发展趋势。新的电缆技术表观在新的电缆品种中。为什么要用特高压输电?为了保证安全，我们使用的电压都比较低，我国定为380伏(线电压)和220伏(相电压)。为什么输电的电压却越来越高?这是因为线路输送的功率=电压*电流，如果输送的电压低，输送同样功率的电能，输送的电流就要大。而线路上的损耗与电流的平方成正比，输电线路的电压损失也与电流成正比，就是说，大电流输送损耗太大。为了减小损耗，使电力能远距离输送，必须尽量提高输电的电压。我国电力系统于20世纪70年代末80年代初出现500千伏输电系统，并规划建设750千伏输电系统，世界上一些国家己率先规划和建设百万伏以上的交流特高压输电工程，其电压等级有：1000(1100)、1050(1150)、1100(1200)、1150(1260)、1200(1320)千伏等多种。2005年1月8日一10日，西北电网750kV输电工程用扩径导线与母线技术鉴定会在北京举行。我国高压电缆突破750kV，据了解，一旦正式投入生产，初期就有几千吨的市场。1、气体绝缘管道电缆(GIL,GIC)GIL昀初用于发电厂和变电站的GIS短距离延伸。由于气体绝缘管道电缆适于高压特大电流传输，早于20世纪70年代就进人实用化过程，美国、加拿大、德国、日本、法国等都建成了实用化线路。美国于20世纪80年代就己开发出1200米的GIL样机，日本于1998年建成世界昀长的GIL(275kV、3.3km、二回路);法国EDF也在进行100km长的GIL适用性论证。我国发展特高压输电线已完成技术论证，因此尽快开发GIL确是我国电工制造部门的当务之急。2、塑料被覆架空高压电缆英国BICC电缆公司和BalfourKilpatrick公司联合开发了一种新颖的塑料被覆架空高压电缆。这种新的被覆电缆克服了早期产品的许多缺点，将在英国的配电系统中得到广泛的应用。2/9新开发的这种高压电缆，完全可以挂在现有的电杆上，无需担心电缆的下垂和风力作用下产生的振动。它具有更为刚性的线芯，悬挂特性远优于早期的同类电缆，也就是说在不增加电缆重量的情况下，增加了电缆的强度。目前，它已通过恶劣环境测试，证实其完全可以代替一般的裸线电缆、铝芯钢覆电缆、铝恺装电缆，它的工作电压为11-24kV，价格高于现有的被覆电缆约30%(约为裸线电缆的2倍)。但由于无需树立新的电杆，安装费用将十分低廉。3、铝合金导线根据有关资料报导，在今后若干年中铝合金导线的国内外市场前景十分广阔，它不仅用于输电线路和光纤复合架空导线(OPGW)，还将大量用做CATV宽带网接人用户电缆的编制线。众所周知，从西南各省和三峡向广东送电的线路，都需要经过像贵州、湖南、云南等省的高山峡谷及重冰区地带，在这些地带要建设性能优良的输电线路，导线仅仅采用钢芯铝绞线显然是不够的，也是不合理的，经专家反复论证，钢芯铝合金绞线将是昀重要的一种新型线种，将在这些工程中采用。如此众多的长跟离、超高压输电线路需要在较短的时间内建成，这就为我国铝合金导线的制造厂提供了一个新的、昀重要的发展机遇。4、大长度大截面超高压电力电缆这一大类电力电缆技术开发包括以下品种：(1)、大长度海底电力电缆，有充油电力电缆和交联电力电缆，电压等级为35-110kV,截面可达500-1200mm2，长度发展到几十公里至上百公里;(2)、大截面高压交联电缆，电压等级为110-220KV主要规格1000-2500mm2;(3)、大截面超高压交联电力电缆，电压等级为275-500kV，主要规格1000-2500mm2;(4)、110-500kV充油电缆，主要规格1000-2500mm2;(5)、高压、超高压电缆附件，主要规格110-500kV，400-2500mm2;5、充油电缆3/9500千伏充油电缆迄今已有70多年运行历史，是世界上公认的绝缘性能优良、运行可靠的高压及超高压电缆。但由于介质损耗系数较大，故其在超高压下传输大容量电能就受到其它型式电缆的挑战。70年代起500千伏充油电缆己在国外水电站安装运行。中国从1964年开始，66千伏、110千伏、220千伏及300千伏充油电缆己按适用的电压等级相继在各电厂、水电站及城市电网中运行。500千伏充油电缆亦己在东北电网锦州至辽阳线路上运行。目前中国沈阳电缆厂、上海电缆厂均已掌握500千伏充油电缆制造技术。红旗电缆厂已具备制造500千伏及更高电压级充油电缆的生产线。中国生产的500千伏充油电缆的工作油压为0.4-0.8兆帕。当敷设落差为130米时，下端电缆油压达1.6-2.0兆帕。电缆金属可以采用铅套或皱纹铝套。铅套充油电缆需要有非磁性金属带径向及纵向加固。皱纹铝套充油电缆不需金属带加固，可以满足电站对500千伏电缆敷设高差130米的要求。对500千伏充油电缆进行了系列设计及载流量计算。500千伏充油电缆导体昀高温度为85摄氏度。对500千伏充油电缆进行了系列设计及载流量计算，500千伏充油电缆常用截面范围800-2500平方毫米。6、交联(XLPE)电缆交联聚乙烯绝缘电力电缆由于具有良好的电气性能等一系列优点，被广泛得到使用，其制造技术从低压到高压，从小截面到大截面，从普通结构到阻燃，从过氧化物交联、硅烷交联到辐照交联直至紫外光辐照均已日趋成熟。上世纪80年代末，沈阳电缆厂用2+2悬链工艺制造出我国第一根100kV交联电缆，90年代初，上海电缆厂开始用立式交联土艺生产110kV交联电缆，郑州电缆(集团)股份有限公司在试制成功110kV交联电缆后，1996年首次用立式全干法工艺生产的220kV交联电缆通过两部鉴定，填补国内空白，相继已有十一多条生产线具备冶，)获交联电缆的生产条件。实际上国内高压交联电缆的应用还要超前于电缆的制造。可以说高压交联电缆的批鼠使川促进了制造行业的技术进步，而制造技术和工艺装备的发展又不断满足了电力工业的需要。目前，国产110kV和220kV高压交联电缆的制造技术已基本接近当代世界先进水平。在进一步加强企业内部管理，稳定产品质量，合理选择电缆种类和参数，提高与整个线路相关的技术水准的前提下，高压交联电缆线路的安全性、可靠性、经济性就会不断提高。4/9XLPE是交联聚乙烯英文名称的缩写，聚乙烯是一种线性的分子结构。在高温下极易变形。交联聚乙烯过程使其变成一种网状结构。这种结构即使在高温下也一样具有很强的抗变形能力。XLPE电缆料是一种含有机过氧化物的聚乙烯，这种过氧化物在高温高压及惰性气体环境下，与聚乙烯发生化学反应，使热塑性聚乙烯变成热固性(弹性体)的聚乙烯，即XLPE。XLPE电缆有极佳的电气性能。介质损耗比纸绝缘和PVC绝缘都要小，XLPE电缆的电容也小。所以在没有有效星形接地系统中也可降低充电电流和接地故障电流。极易敷设是XLPE电缆的又个优点。XLPE电缆有一个较小的弯曲半径，它比其它同类电缆轻而日.有较为简单的终端处理。由于XLPE电缆不含油，所以在敷设XLPE电缆时不用考虑路线，也不存在由于淌油而无法敷设的情况。极佳的抗老化特性及超强的耐热变形决定了交联聚乙烯电缆在正常运行温度(90摄氏度),短时故障(130摄氏度)及短路(250摄氏度)条件下可允许大电流通过。XLPE电缆设计及制造过程：XLPE电缆按照国内及国际标准设计，也可按用户要求设计制造。XLPE电缆可以用CCV(悬链式连续硫化)，也可以用VCV(立式连续硫化)生产线生产。CCV和VCV在全干式状态(干式琉化、干式冷却)下生产中高压电缆。XLPE电缆采用两个半导体屏蔽和绝缘三层共挤，三层共挤在生产过程中能够保证产品表面高度光滑，避免气隙的产生和杂质的进人。为保证绝缘厚度均匀及绝缘和平导体屏蔽的同心度，制造中利用测偏仪测出电缆绝缘厚度及导体的同心度。挤出系统也是由计算机控制。这就保证了其性能的重复性及可靠性。生产过程中所有的参数都是由计算机监步空并可进行下线分析。金属屏蔽为铜丝或皱纹管。金属屏蔽截面符合相地故障要求。XLPE电缆介质损耗较低，传输容量较大，适合于高落差敷设，可以实现无油化。500千伏皱纹铝套XLPE电缆已于1998年首先在日本今市电站与下乡电站安装运行[1]。与XLPE电缆同时投入运行的还有插人全封闭组合电器电缆终端。但500千伏XLPE电缆连接接头至今未完成开发研制及实用化。对于XLPE电缆，特别对于超高压XLPE电缆的长期运行可靠性是世界各国十分关注的问题。日本500千伏XLPE电缆的运行经验，对于500千伏系统中采用500千伏XLPE电缆起到了积极的推动作用。5/9为根本隔绝潮气、水分从电缆护套进人绝缘，以防引引起水树，500千伏XLPE电缆必须采用金属套。电站要求电缆敷设落差达130米，山于铅套强度较低，不易采用铝套XLPE电缆。皱纹不锈钢套具有较大的电阻，当金属有较高的短路电流通流要求时，皱纹不锈钢套下尚需有附加载流导体。因此，对于电站用高落差500千伏XLPE电缆应考虑采用皱纹铝套结构。500千伏XLPE电缆导体昀高温度为90摄氏度。同样对500千伏XLPE电缆进行系统设计与载流量计算，截面范围为800-2500平方毫米。7、聚丙烯薄膜木纤维复合纸绝缘充油电缆(以下称为PPLP电缆)昀新发展的PPIP的介质损耗因子tanσ低，介电强度高，并兼有充油电缆的高可靠性，不但在500kV长线路上已经实用化，而且已应用于800kV海底电缆，日本正在筹划开发不需强迫良冷却的1100kV特高压PPLP绝缘充油电缆，导体截而2500平方毫米，绝缘厚度只有26mm，相当干我国220kV交联聚乙烯电缆的绝缘厚度。经过几十年对低损耗系数包带材料的探索与开发研究，聚丙烯薄膜木纤维复合纸(PPLP)已是公认的可以用来制造高压至特高压低损耗充油电缆的绝缘材料。1988年日本敷设本州岛到四国间127公里本四联机中采用22回公里的500千伏PPLP电缆，表明500千伏PPLP电缆己达到工业性实际应用阶段。PPLP电缆损耗系数小，且其昀大上作梯度比较高，为17-18kV/mm(500kV充油电缆昀大工作梯度为15kV/mm)。500千伏PPLP\'电缆绝缘厚度较薄，为25mm(中国500kV充油电缆绝缘厚度为31mm)。PPLP电缆的金属套和外护层结构与充油电缆相同，其生产装备与充油电缆也基本相同。可以认为，中国己具备开发与生产500千伏PPLP电缆的基本条件。对500千伏PPLP电缆进行系列设计与载流量计算。500千伏PPLP电缆导体昀高温度为85摄氏度。对500千伏PPLP电缆进行系列设计与载流量计算，截面范围为800-2500平方毫米。电线电缆行业统计资料表明，我国10千伏及以上交联聚乙烯绝缘电力电缆的年需求量约为10万公里，假如其总量的5%被高温超导电缆所取代，贝日高温超导电缆在我国每年的需求总量将会达到5000公里。6/9据预测，到2020年超导应用的全球市场将达到2440亿美元，高温超导电缆约占5%的份额。全世界现有总长约13万公里的地下电缆将可能被高温超导电力电缆陆续取代。因此，高温超导电缆的市场前景非常广阔。8、海底电缆国内沿海岛屿发展急需用电，由于建设电站成本高、周期长，再加上燃料供应困难等因素，目前对中小型海岛的供电、通信(尤其是军用保密通信)大多数通过大长度海底电缆提供。其长度少则几公里，多则上百公里。技术要求高、难度大，而且其电压等级需求也越来越高。以前多为35kV，现在多采用110kV。导体截面越来越大。如原长岛海缆截面仅95平方毫米，现在已要求1200平方毫米，广东汕头电力局南澳岛海缆单根长9公里，电压110kV，截面为300平方毫米。由于受到制造及运输条件的限制，单盘长度一般为500m，海底电力电缆的软接头：就成为大长度海缆不可缺少的组成部分。9、高压电缆附件高压电力电缆的发展必然带动电力电缆附件的配套发展，这是国内需求的必然结果。电缆附件的品种较多，有户外终端、户内CIS终端、变压器油浸终端、普通连接盒、绝缘连接盒、交叉换位箱、接地箱等。终端制造难度大，高新技术含量比电缆本