我国高压及超高压交联聚乙烯绝缘电力电缆的应用与发展.pdf
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1、2 0 0 1 年第 3期 No3 2 0 01 电 线 电 缆 E e c t fic Wi r e C a b l e 2 0 0 1 年 6 月 J u n , 2 0 0 1 我国高压及超高压交联聚乙烯绝缘 电力 电缆的应用与发展 应启 良 , 魏 东。 , 高小庆。 , 刘毅刚 , 陈 平 ( 1 上海 电缆 研究所 , 上海 2 0 0 0 9 3 2 上海三原电缆附件公 司 上海 2 0 0 0 9 3 3 上海 电缆 配电公 司, 上海2 0 0 0 7 2 ; 4 广州电力公 司电缆管理所 , 广 东 广州 5 1 0 3 1 0 5北京电力公 司电缆管理所 , 北京1 0
2、0 0 2 7 ) 摘要 本文舟绍我 国 1 1 0 k V噩 2 2 0 k V 交联泉 乙烯( X 1 P E) 绝缘电境噩算 附件的发展 。高压 X L P E电境是我 国城 市电网建设与致造工程 采用地 下电境输电 系统的首选产品 。本文叙述 XI P E电缆的绝缘设计原剐 , 绝缘 质 量控 制要求 , 特 别是绝缘 中杂质、 擞孔 以噩绝缘 与半导电屏 蔽界 面的擞孔与凸起、 绝缘收缩与交联 工艺的关 系, 噩电缆附件 的选型与预制 附件 橡胶 应力雄的设计方击。舟绍 了我 国特大城市 , 上海 、 北京与广 州高压 电境 系统的应用情 巩。最后对我 国 1 i 0 k V噩 2
3、2 0 k V X L P E电境 殛附件进 一步发展 以噩 5 0 0 k V X L P E电缆 系统 发展 与应用前景作 了预剥 关键词 : X L P E电境 ; 附件 ) X L P E电缆噩 附件设计原则 F 高压 与超 高压 X L P E电缆 系境 中圈分类号 : T M2 4 7 9 文献标识 码 : A 文章编号 : 3 1 1 3 9 2 ( 2 0 0 1 ) 0 3 0 0 0 3 0 7 De v e l o p me nt a nd a p pl i c a t i o n o f hi g h v o l t a g e a n d e x t r a - h
4、i g h v ol t a g e XLPE p o we r c a b l e s y s t e m i n Ch i n a YI NG Qi l i a n g e t a l ( S h a n g h a i E l e c t ri c C a b l e R e s e a r c h hs 血u l e S h g l u t i 2 0 0 0 9 3 , C h i n a ) A b s t r a c t : Th e d e v e l o p me n t o f 1 1 o k V a n d 2 2 0 k V XLP E c a b l e s a n
5、d t h e i r& c c e s s o r i e s i n Ch i n a a r e p r e s e ri t e d Hi g h v o l t a g e XLPE c a b l e i s t h e p r e f e r r e d c h o i c e f o r t r a n s mi s s i o n l i n e u s e d i n p o we r g r i d r e n o v a t i o n a n d c o n s t r u c t i o n i n Ch i n a Th e p r i n c i p l e o
6、 f d e s i g n a n d q u a l i t y c o n t r o l i n ma n u f a c t u r e ( e s p e c i a l l y f o r c o n t a mi n a n t s a n d v o id s i n i n s u l a ti o n,v o i d s a n d p r o t r u s i o n i n t h e i n t e r l a c e b e t we e n i n s u l a t i o n a n d s e mi c 0 n d u c t i v e】 a v e
7、r a n d i n s u l a t i o n s h r i n k a g e r e l a t e d t o c r o s s l i n k i n g p r o c e s s ) o f XLP E i n s u l a t i o n i s d e s c r i b e d Al s o d e s c r i b e d a r e t h e s e l e c t i o n o f a p p l i c a b l e a c c e s s o r i e s f o r XLP E c a b l e s a n d t h e d e s i
8、 g n p h i l o s o p h y o f r u b b e r s t r e s s c o n e f o r p r e f a b r i e a t e d a c c e s s o r i e s F i n a l l y ,f u r t h e r d e v e l o p me n t o f 1 1 0 k V a n d 2 2 0 k V XL PE c a b l e s a n d t h e i r a c c e s s o t i e s a s we l l a s d e v e l o p me n t a n d a p p l
9、 i c a t i o n o f 5 0 0 k V XL PE c a b l e s y s t e m i n Ch i n a a r e e n v i s a g e d Ke y w o r d s :X1 P E c a b l e; a c c e s s o r i e s ;d e s i g n p r i n c i p l e o f XI P E c a b l e a n d a c c e s s o r i e s : h i g h v o l t a g e a n d e x t r a h i g h v o l t a g e XI P E p
10、 o we r c a b l e s y s t e m 1 城 网建 设 与改造 工程 采用 的高压 XL P E 电缆 系统 的发展 随着经济发展以及城市用 电需求的快速增长, 我国自 1 9 8 1 年起开展城网改造与建设工程。 与充油 电缆相比, XL P E电缆由于其辅助设备少 , 安装与维 护方便 以及在一定防护条件下火灾危险较少 , 成为 大城市大容量电能传输进入城市负荷中心的地下输 电系统的首选产品。1 1 0 k V 及 2 2 0 k V X L P E电缆 逐步取代充油电缆用于城网改造与建设工程 。这就 收稿 日期 : 2 0 0 0 1 1 - 2 8 作 者简介 :
11、 应启 良( 1 9 3 6 一) , 男, 浙 江省人 , 教授级 高级 工程师 , 原上海 电缆研究所副总工程师。 为我国高压 X L P E电缆的发展与规模生 产带来 良 好的机遇。 然而 8 0年代初 , 我 国尚未开发 1 0 0 k V 及 2 2 0 k V XL P E电缆及其附件产 品 1 9 8 1 年沈阳电缆厂 率先从瑞典引进二手的悬挂式交联生产线( C C V) , 并取得生产 1 1 0 k V 附件的技术转让。与此同时一 些大城 市的 电力工业 单位 开始 从 国外进 1 3高压 X L P E电缆及附件 , 用于城网改造与建设工程。 广州 供电局首先于 1 9 8
12、 4 年从 日本进口并安装 4 1 k m 1 1 0 k V X L P E电缆线路 。 接着上海供 电局与北京供 电局分别于 1 9 8 6年与 1 9 8 8年进 口 l 1 0 k V X L P E 电缆及其附件用于电缆输电工程。由于 l 1 0 k V及 2 2 0 k V XL P E电缆与附件在数量与质量上不能满 足市场需求 , 9 0年代期 间, 我国电缆制造企业不断 维普资讯 http:/ 2 0 0 年第 3期 N o 3 20 0l 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e Ca b l e 2 0 0 年 6 月 J u n 2 0 0 1 从 国
13、外引进先进的交联电缆生产线 并且在引进生 产线与引进技术的基础上 开发高压 XL E P电缆及 附件, 使得在较短时间内缩短我国与国外先进水平 之 间 的差 距 。现 在 国产 1 0 0 k V X I P E 电缆及 1 】 0 k V预制附件已进入市场 四家电缆制造企业包括 一 家合资企业生产的 2 2 0 k V XI P E电缆已通过国 际大电网会议( C I G RE) 推荐 的型式试验规定 J 该 合资企业的各类 2 2 0 k V 预制附件以及 由专业化附 件生产企业与国外合作生产的 2 2 0 k V预制附件包 括户外终端及绝缘接头通过 C I G RE推荐型式试验 规定。上
14、述 四家电缆企业中有一个 电缆制造企业生 产的 2 2 0 k V X L P E电缆以及 由专业化附件生产企 业合作生产的 2 2 0 k V户外终端及绝缘接头 , 按 c I G RE推荐的预鉴定试验规定 , 通过了为期 1 年施 加 l 、 7 3 倍工作 电压, 在比工作温度提高 5。 C 条件下 的预鉴定 试验 预计 国内生产 的 2 2 0 k V X I P E 电缆 及相关的附件在本世纪初将进人市场。 2我国高压 X L E P电缆及附件的技 术进展 2 、 1 高压 X L P E 电缆 ( 1 )X L P E电缆绝缘设计确定 X L P E电缆绝 缘设计应考虑以下关键因素
15、 : 】 )由于缺陷在 X L P E绝缘中的随机分布 , 绝缘 的击穿不一定从电场梯度最大处发生和发展 因此 有两种 X L P E电缆绝缘设计原则, 即 X L P E电缆绝 缘的击穿取决于绝缘的最大电场梯度以及绝缘的击 穿取决于平均电场梯度。高压 XL P E电缆的绝缘设 计以及确定绝缘厚度需要兼顾考虑绝缘的最大梯度 与平均梯 度 2 )X L E P电缆附件 的增强绝缘 如终端的应力 锥绝缘与电缆绝缘表面的电场梯度密切相关。确定 电缆绝缘厚度时必须考虑附件 的绝缘设 计要求 。 3 )当单根电缆敷设 长度增加而电缆装盘运输 成为电缆长度的限制因素时 , 应在绝缘安全裕度范 围内力求减薄
16、电缆绝缘厚度 , 以减少 电缆尺寸 , 增加 电缆发运长度 。 ( 2 )】 】 0 k V及 2 2 0 k V X L P E电缆 的绝缘厚度 及其工作 电场梯度考虑上述因素, 我 国国家标准 规 定 的 I l 0 k V XL P E电缆 绝缘 厚 度与 我 国 电线 电 缆 标 准 化 技 术 委 员 会 起 草 的技 术 规 范 规 定 的 2 2 O k V X L P E电缆绝缘设计原则及其工作 电场梯度如 表 l所示 。 ( 3 )高压 X L P E 电缆性 能与其 制造 工艺 关系 高压 XL P E电缆的质量与其生产装备、 生产工艺以 及绝 缘 与半 导 电屏蔽 材料密
17、切相 关 表 2 及 表 3列 出我 国高压 XL P E电缆制造企业包括 两家合 资企 业生产的 1 1 0 k V及 2 2 0 k V XL P E电缆的型式试验 主要项 目的试验结 果 。 0 k V及 2 2 0 k V X L P E电缆型式试验数据是 有价值的信息 它展示了我 国电缆工业在过去十余 年间取 得 的成果 从中可以得出以下的结果 : 1 )表 2及表 3中所列的电缆制造企业 已相应 具备生产 l 】 O k V 及 2 2 0 k V XL P E电缆的合 格资 格 。 2 )交联生产线上安装在线应力松弛装置 R 0L 对改善高压交联 电缆绝缘 的收缩, 即对消除绝缘
18、热 机械应力似无明显的效果 , 特别是 2 2 0 k V XL P E电 缆的收缩量已达到规定指标要求的限值 。因此尚需 开展进一步研究工作 以采取有效措施, 力求消除高 压 XL P E绝缘 的热机械应力, 改进电缆绝缘品质 3 )V c v生产线 比CC V生产线更有利于提高 XL P E电缆绝缘的 同心度, 然而采 用先进 的绝缘偏 心监测装置 以及其他有效 的措施, 如表 2中所列的 电缆制造企业 J采用交联管第一段预冷却措施 , 减 少未交联的绝缘下垂( 以及采用相应 的防下垂绝缘 料等) 亦可以获得良好 的绝缘同心度的效果 。 4 )】 1 O k v X LP E电缆绝缘质量控
19、制要求不及 2 2 0 k V X L P E电缆严格 , 如 表 4所示 , 但 1 l 0 k V X L P E电缆绝缘几乎采用与 2 2 0 k V XL P E电缆绝 缘相同的绝缘料与半导电屏蔽料 1 l 0 k V X L P E电 缆的运行梯度又比 2 2 0 k V XL P E电缆低得很多, 如 表 l所示 。因此按 我 国国家标准规 定 的 】 1 O k v X L P E电缆绝缘厚度可以在绝缘安全裕度范围内适 当地减薄 。 ( 4 )高压 X L P E电缆不透水阻挡层的选择 高 压 XL P E电缆的不透水阻挡层是其重要 的组成部 分, 以保护 X L P E电缆避免
20、发生水树 的危害 由于 迄今尚无国际公认的不透水阻挡层的径向阻水试验 方法 我 国的电力工业单位倾 向于选用有金属套 的 高压 X L P E电缆 并按电缆安装敷设条件选用皱纹 铝套电缆或铅套电缆。 对于X L P E电缆的纵向阻水 性能要求尚有不同的意见, 特别对于焊接皱纹铝套 电缆有的电力工业单位认为由于铝套下填充密实的 阻水材料, 会在电缆弯曲时损伤绝缘屏蔽层 , 因而宁 可采用无纵向阻水结构的焊接皱纹铝套 电缆 我国电力 工业单位采用 的高压 XL P E电缆敷 设方式多采用管道或排管敷设 、 敷设在电缆专用隧 道中或直埋敷设并采用水泥沟保护。这种敷设条件 下 电缆经常浸于水中 因此对
21、高压 XL P E电缆是否 维普资讯 http:/ 2 0 0 1 年第 3期 No 3 2 0 0 l 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e Ca b l c 2 0 0 1 年 6月 J u n , 2 0 0 1 击国 德国 意太 利 瑞 典 3 0 7 2 2 5 日本 瑞典 j击国m 4 o 0 1 B O 0 2 7 0 2 5 0 2 4 0 2 4 0 2 3 0 2 3 0 2 5 0 2 5 0 2 2 O 2 2 O 8 6 8 1 7 9 7 1 9 0 7 5 8 6 9 6 7 S 3 ? 4 4 兼顾最大 E 一 6 k VI mm 梯度与
22、平E 3 5 k V mm 均梯度 E一3 3 4 0 k V mm 考虑附件 规范规定 设计 平均梯度 E o 一3 6 k V mm 最大梯度 E 一6 k Vl mm 实际运行 规 范规定 经 验 兼顾最大 E一 9 k V mm 梯度与平 E 4 5 k V mm 均梯度 E, 一4 7 5 3 k V mm 平均梯度 E a 一5 7 k V mm 实际运行 经验 平均梯度 往 : 绝缘偏心定义为 ( f f ) , f 其 中 丑 f 分别为鲍缘层 同截面上测得 最大和最小厚度 。 具有在线应力松弛装置( RO L) , 目的为消除绝缘 中热机械应力 交联管 开始段有导体预冷却措施
23、 。 一报试样恻得数据 5 i ! 一 i i; 0 0 7 6 3 2 1_i 0 S 3 1 ;:;_ 3 5 0 0 O 0 0 0 5 l O 0 【二 M 伸 _。 埘 m m 懈 9 4 7 1 6 2 4 9 ;3 3 舢 维普资讯 http:/ 2 0 0 1 年第 3 期 No 3 2 0 0 1 电 线 电 缆 E l e c t r i c Wi r eC a b l e 2 0 0 1年 6月 J u n 。 2 0 0 1 绝缘 绝缘收缩( ) 绝缘偏心 微 孔 ( 十 门0 c ma ) 杂质 ( 十 1 0 c m ) 绝缘与屏 微孔5 0 m 个 蔽界面 凸起8
24、 0 m 个 t g O( U , 95 1 0 0 ) 1 0 局部放电试验( 】5 ) p C 热循环电压试验 ( 2 U。 , 9 5 1 0 0。 c) 雷电冲击 电压试验 绝缘褡度试验 ( 士l 0攻未损坏) k V 列出的所有 电缆制造企 业均采用超 净绝缘料匿 超 光 滑半 导 电屏 蔽 料 注: 表 中所列的电缆制造企业均采 用超净 绝缘料及超光滑半导 电屏蔽料 。 与表 2相 同 即XL P E电缆生产线 VC V 制造商 N, 其中 有 ROL装置。 表4 1 1 0 k V厦2 2 0 k V X L P E电缆撖孔杂质 因为该界面的电气绝缘强度易受橡胶应力锥施加于 墨
25、里 面 凸 起 的 限 值 ( u m X L P E电 缆绝 缘表面的 压力、 绝缘表面的 光滑程 度 可采用铝塑复合保护层作为不透水 阻挡层是有争 议 , 主要因为尚无公认的径向阻水试验方法。 因而普 遍认为铝塑复合保护层结构的高压 XL P E电缆仅 适用于相对干燥环境安装敷设使用 。 2 2 高压 X L P E电缆附件 ( 1 )高压 X L P E电缆附件优先采用的型式 在 各种不同的高压 XL P E电缆附件中, 我国的电力工 业单位倾向采用预制附件 。这是由于预制附件现场 安装方便, 安装时间较短 , 并可保证附件质量的一致 性 , 因为其关键部位如橡胶应力锥均在工厂内加工 制
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