电力电缆技术发展趋势综述.pdf

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1、1/9 电力电缆技术发展趋势综述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

2、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、气体绝缘管道电缆(GIL,GIC)GIL 最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，

3、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 年建成世界最长的 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、塑料被覆架空高压电缆 英国BICC电缆公司和Balfour Kilpatrick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

4、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、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

5、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最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、最重要的发展机遇。4、大长度大截面超高压电力电缆、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

6、-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、充油电缆 3/9 500 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

7、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

8、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 千伏充油电缆导体最高温度为 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、交联(XLPE)电缆电缆 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

9、 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 220 kV 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

10、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。4/9 XLPE 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

11、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 VC

12、V(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

13、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

14、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 电缆导体最高温度为 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、聚丙烯薄膜木纤维复合纸绝缘充油电缆(以下称为以下称为 PPLP 电缆电缆)最新发展的 PPIP 的介质损耗因子 tan 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

15、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，且其最大上作梯度比较高，为 17-18kV/mm(500kV 充油电缆最

16、大工作梯度为 15kV/mm)。500 千伏 PPLP电缆绝缘厚度较薄，为 25mm(中国 500 kV 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 电缆导体最高温度为 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

17、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、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

18、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体要高得多，因为电线整个

19、运行系统中这一部分是个薄弱环节，对其设计制造时要极重视接头部分的电场分布、温度分布、压力分布，绝对消除气隙，模具设计极复杂，材料配方应用也有难度。国外著名厂家如 ABB、BICC、ALCTEL、PIERELLI,古河、住友等在附件设计制造方面处于国际领先地垃，但他门的产品仅随同电缆本体一起配套供应，并不单独出售。因而必须引进高压XLPE 电力电缆附件生产设备及海缆软接头技术等。10、电力通信用光缆、电力通信用光缆 电力系统市场近几年需求显著增大。这主要是电力系统参与数据通信竞争和自身通信量的增长所至。电力系统自身建网比较旱，基础设施应该说是比较好的，但以前只将其作为内部使用，用于电网调度和内部

20、通信。为发掘其网络资源替力，电力系统近年积极涉足公众数据通信领域，并为提供更为丰富的业务种类而不解7/9 努力;此外电力系统自身的迅速发展对通信的需求也与日俱增。而对已有微波、电缆线路等的改造也成为光通信的新的市场。ADSS 无金属自承式光缆因重量轻，在已有塔架上安装相对容易，特别适用于老线路的改造。电力系统在电力主干网、农网、城网等的改造工作近两年已接近尾声，预计今后几年不会有太大的发展空间。OPGW 则在新建的高压线路上有明显的优势。由于它兼具地线和光缆的双重功能，而且光纤受到金属线和管的良好保护而形成最佳可靠结构。这种地线可以设计成与现有地线相匹配，安装在铁塔下不会增加负荷，通常适合应用

21、在新建的输电线上。OPGW 作为一项新技术，具有可靠性高、通信距离长、机械强度高、经济实用等优点，已被国际上公认为是电力系统最有发展前途的通信手段之一，开辟了电力系统应用光纤通信技术的新领域，而目.有逐渐取代电力线载波系统、电话电缆系统和微波系统，甚至 ADSS 的趋势。电力特种光缆泛指 OPGW(光纤复合地线)、OPPC(光纤复合相线)、MASS(金属自承光缆、ADL(全介质自承光缆)、ADL(相/地捆绑光缆和 GWWOP(相/地线缠绕光缆)等几种。目前，在我国应用较多的电力特种光缆主要有 ADSS 和 OPGW。(1)、光纤复合地线一一 OPGW(Optical Ground Wirc)O

22、PGW 又称地线复合光缆、光纤架空地线等。是在电力传输线路的地线中含有供通信用的光纤单元。它具有两种功能：一是作为输电线路的防雷线：对输电导线抗雷闪放电提供屏蔽保护：二是通过复合在地线中的光纤来传输信息。OPGW 是架空地线和光缆的复合体。但并不是它们之间的简单相加。我国对光纤复合架空地线的开发起步较晚，无论是从技术层次，还是规模上。都还处于采用光纤复合架空地线的初级阶段。随着对 OPGW 的研究的进一步深入，其发展潜力十分巨大，随着西部大开发拉开序幕，国家计划投入大量资金用于西部建设，积极开发其丰富的能源、水利、天然气等资源，而西电东调，西气东调的大规模实施，将极大地促进光通信的发展，特别是

23、西部电力向中东部地区发展，OPGW 的用量将十分可观。OPGW 光缆主要在 500kV、220kV、110kV 电压等级线路下使用，受线路停电、安全等因素影响，多在新建线路下应用。OPGW 的适用特点是：高压超过 110kV 的线路，档距较大(一般都在 2250M 以上)：8/9 易于维护，对于线路跨越问题易解决，其机械特性可满足线路大跨越;OPGW外层为金属恺装，对高压电蚀及降解无影响;3OPG W 在施工时必须停电，停电损失较大，所以在新建 110kV 以上高压线路中应该使用 OPGW;4OPGW 的性能指针中，短路电流越大，越需要用良导体做恺装，则相应降低了抗拉强度，而在抗拉强度一定的情

24、况下，要提高短路电流容量，只有增大金属截面积，从而导致缆径和缆重增加，这样就对线路秆塔强度提出了安全问题。常见的 OPGW 结构主要有三大类，分别是铝管型、铝骨架型和不锈钢管型.(2)、光纤复合相线一一 OPPC(Optical Phase Conductor)在电网中，有些线路可不设架空地线，但相线是必不可少的。为了满足光纤联网的要求，与 OPGW 技术相类似，在传统的相线结构中以合适的方法加入光纤，就成为光纤复合相线(OPPC)。虽然它们的结构雷同，但从设计到安装和运行，OPPC 与 OPGW 有原则的区别 (3)、金属自承光缆一一 MASS(Metal Aerial Self Suppo

25、rting)从结构上看，MASS 与中心管单层绞线的 OPGW 相一致，如没有特殊要求，金属绞线通常用镀锌钢线，因此结构简单，价格低廉。MSS 是介于 OPGW 和 ADSS 之间的产品。MSS 作为自承光缆应用时，主要考虑强度和弧垂以及与相邻导/地线和对地的安全间距。它不必像 OPGW 要考虑短路电流和热容量，也不需要像 OPPC 那样要考虑绝缘、载流量和阻抗，更不需要像 ADSS 要考虑安装点场强，其外层金属绞线的作用仅是容纳和保护光纤。在破断力相近的情况下，虽然 MASS 比 ADSS 重，但外直径比中心管 ADSS 约小 1/4，比层绞 ADSS 约小 1/3。在直径相近情况下，ADS

26、S 的破断力和允许张力却要比 MASS 小得多。4)、全介质自承光缆一一 ADSS(All Dielectric Self supporting)ADSS 光缆在 220kV、110kV、35kV 电压等级输电线路上广泛使用，特别是在己建线路上/拥较多。它能满足电力输电线跨度大、垂度大的要求。标准的 ADSS设计可达 144 芯。其特点是：ADSS 内光纤张力理论值为零;ADSS 光缆为全绝缘结构，安装及线路维护 9/9 时可带电作业，这样可大大减少停电损失;ADSS 的伸缩率在温差很大的范围内可保持不变，而且其在极限温度下，具有稳定的光学特性;耐电蚀 ADSS 光缆可减少高压感应电场对光缆的

27、电腐蚀;ADSS 光缆直径小、质量轻，可以减少冰和风对光缆的影响，其对杆塔强度的影响也很小;ADSS 采用了新型材料及光滑外形设计，使其具有优越的空气动力特性。ADSS 光缆主要由缆芯、加强芳纶纱(或其它合适的材料)和外套组成。各种各样的 ADSS 光缆结构可归纳为最主要的中心管型和层绞型 2 种。(5)、附加型光缆一一 OPAC 无金属捆绑式架空光缆扭(AD-Lash)和无金属缠绕式光缆 GWWOP(Ground Witc Wrapped Optical Fiber Cable)光缆有时被统称为附加型光缆一一 OPAC,是在电力线路上建设光纤通信网路的一种既经济又快捷的方式。它们用自动捆绑机

28、和缠绕机将光缆捆绑和缠绕在地线或相在线，其共同的优点是：光缆重量轻、造价低、安装迅速。在地线或 10kV/35kV 相在线可不停电安装;共同的缺点是：由于都采用了有机合成材制做外护套，因此都不能承受线路短路时相线或地在线产生的高温，都有外护套材料老化问题，施工时都需要专用机械，在施工作业性、安全性等方面问题较多，而且其容易受到外界损害，如鸟害、枪击等，因此在电力系统中都未能得到广泛的应用。但在国际上，这类技术并没有被淘汰或放弃，仍在才目当的范围内应用。人类对客观事物的认识在发展，技术在不断进步，材料也在日益更新。作为电力系统通信中最富特色的电力特种光缆技术，也在不断发展和完善，新的光缆结构也不断出现在我们的面前;同时，人们对特种光缆的需求也趋向多元化、高标准，可以预见，在未来相当长一段时间内，电力特种光缆将在电力通信网中大规模使用。我们也完全可以相信，电力特种光缆会有着更加辉煌的明天，在电力通信系统中将继续发挥着不可替代的重要作用。