摘要:XLPE电缆与其他电缆相比,有不需要供油、供气设备、防火性能好、安装维护简单等优良性能,被越来越多的国家所采用。电力电缆的安全运行关系到城市电网的安全可靠性,逐渐受到了各国的高度重视。提高高压电缆路径通道的管理水平、安全运行以及输送能力,其关键技术的研究非常重要。笔者叙述了电力电缆及其附件相关技术的研究状况和今后的发展趋势,得出提高城市电网的可靠性和安全性,降低运行成本是今后的发展趋势。
关键词:XLPE电缆;电力电缆;电缆接头
0引言
随着中国经济的快速发展城市现代化水平的不断提高,电力电缆作为城市电网中的重要设备,发展速度极快,平均年增长量达到35%。中国生产及运行的高压电缆以XLPE电缆为主,充油电缆不多,钢管电缆与压缩气体电缆几乎不生产。目前北京、上海、天津、广州等大城市和部分水电站仍有一定数量的充油电缆在运行[1-2]。国内的电缆企业已经具有生产各种电压等级的电力电缆的实力,其中,110KV和220KVXLPE电缆已能批量生产,国网电科院电缆所正在推动500KV电缆系列的国产化。中国的高压及超高压电缆附件生产技术一直落后于其电缆本体。110KV等级的电缆附件,国产和进口并存,国产电缆附件正在逐步独占市场,但是能够生产220KV电缆附件的制造商却不多,且对附件关键技,术掌握还不够。
近年来,超高压电缆附件以安全环保型为主要发展趋势,因此,淘汰充油和六氟化硫气体的电缆附件产品成为大势所趋。欧洲一些企业正在力图实现500KV电缆附件的无油化,中国企业也正在努力研制安全环保型产品,目前已能110KV生产等级的插拔式和GIS干式终端。随着电力负荷的增加电压等级的提高以及人们安全环保意识的增加电力电缆的相关技术也在不断更新,包括超高压与特高压电缆、超导电缆、特高压直流电缆电缆、绝缘新材料电缆绝缘厚度的减薄、外护套无卤化、终端无油化、电缆绝缘寿命评估、高压电缆在线监测及检测技术等。这些新技术的不断进步,对电力电缆的安全运行、保障供电可靠性、减少环境污染、降低制造及运行成本等方面都有重大意义。
1电力电缆技术的发展动向
与充油电缆相比,XLPE电缆具有不需要供油设备、防火性能好、安装维护简单和机械电气性能好等优点,在世界范围内得到广泛应用,但其显著缺点是存在绝缘气隙和突起等局部缺陷,导致局部电场集中容易发生水树等绝缘老化现象,在长期运行时有些电缆可能会出现局部放电现象。
XLPE电缆发展迅速自从其20世纪60年代开始用于低压电缆后,经过近40年的研究,在高电压和大容量化方面取得了很大进展,东京电力公司已于2000年应用到线路中欧洲已经大量应用到400KV系统中,在近年国际上运行的400KV以上高压电缆中,绝大多数也为XLPE电缆。
电力电缆经过了从充油电缆时代到XLPE电缆时代的转变,目前XLPE电缆逐渐向高电压化方向发展。今后将以XLPE电缆为主体朝着小型化安全环保化、接头安装简单化以及检测技术自动化等相关技术方向发展。
2设备运行层面的技术发展动向
电力电缆长期运行在高温环境,对电缆及其附件的老化数据积累还很少。为有效利用现有设备、节约成本,亟待对已敷设的电缆设备进行现代化的监测和管理。
1998年因电缆温度管理不善造成的电缆绝缘击穿而引起的新西兰奥克兰市大停电事故发生后,采用监测电缆温度方法进行负荷管理的国家和电力部门有所增加。意大利开发的监测系统,可对远距离电缆线路进行表面温度、负载、周边环境、回路参数等监测。韩国开发的在线诊断系统,可对线路的局部放电、负荷电流、隧道水位、有害气体进行实时监控。类似的在线监测系统在美国、日本、加拿大、英国、法国和新加坡都得到应用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其中将光纤温度传感器敷设在电缆内部或者表面,进行实时温度测量,计算电缆导体温度,结合历史负荷状况,得到电缆的动态载流量的方法得到特别关注。目前,分布式光纤电缆温度监测系统可实现单线长达30km的在线监测,同时可精确计算出发热点位置,已成功在英法日等多国的电力系统中得到应用。
随着设备管理水平的提高,电力设备管理的现代化,特别是配电容量计算有效利用快速发展的计算机技术,必将随它的进步而有新的突破和发展。
3电力电缆及其附件相关的技术
随着长期运行电缆设备的更新换代,以及安全环保意识的提高。人们逐步开发出以降低成本、提高性能和安全环保为目的的新技术。
3.1三芯电缆的推广和直流电缆的发展
目前110KV及以上等级的电力电缆主要采用的是单芯电缆。三芯电缆与单芯电缆相比,具有价格低廉,敷设工作量少等优点。三芯XLPE电缆主要用于35KV及以下等级的中低压电缆中。最近,对于154KV等级电缆,为有效利用已铺设管道和减少电缆安装施工量,日本开发并应用了导体截面为1000mm2的大型三芯XLPE电缆。3个单芯大节距绞合方法,既方便了敷设,充分利用空间,又给分支供电创造了条件,逐渐被欧美等发达国家采用。
随着直流输电事业的发展,直流电缆的研究被提上议事日程。研究表明直流电缆具有电缆长度不受充电电流限制、无需电抗性补偿装置、容易控制功率传输、制造安装简便、介质和导体损耗小、载流量大等优点,有着良好的市场前景,逐渐受到各国研究人员的重视。日本采用添加剂以减缓直流高压电缆绝缘中空间电荷累积的方法研制出传输容量为2800MW的500KV直流XLPE电缆及其附件,具有不易累积空间电荷、体积电阻率较高等优点。但是相对于交流电力系统而言,高压直流电力电缆的发展是滞后的,目前还有不少问题有待于进一步研究解决,如:空间电荷积累机理及其抑制方法,直流电压下的绝缘老化机理新开发绝缘材料的长期稳定性,局部放电的影响等。
3.2 XLPE电缆接头安装的简单化
电缆接头是电缆线路中绝缘的薄弱环节,容易发生局部放电现象。电缆接头质量关系到电缆系统供电的安全性和可靠性,目前主要采用的接头主要有绕包式、模塑式、组合预制式和全预制式接头。其中绕包式不适合100KV及以上等级的电缆接头,因而500KV及以上等级电缆的接头型式主要是模塑式和预制式。
模塑式电缆接头采用和电缆相同的材料,没有异种材料界面,采用小型挤塑机在模具中挤出并注入与XLPE电缆相同的超净可交联料,并经加热加压固化形成与XLPE电缆绝缘成为一体的接头增强绝缘,是一种小型化、高质量接头。该类型接头存在的主要问题是接头质量几乎取决于现场施工。对安装工艺、现场质量监督管理以及施工操作人员技术素质要求很高,且施工时间长。
电缆接头等附件的发展与材料和加工工艺有关,而电缆材料的发展又集中在更高的洁净度和更好的加工性能上。因此,改善加工工艺,开发允许挤出长度更长的材料,同时使安装简单化,是今后的发展趋势。
4结论
中国在电力电缆各项技术研究方面的起步较晚,国外投入运行的400-500kvXLPE电缆已有数百km。发展电力电缆新技术,提高城市电网的可靠性和安全性,降低运行成本是今后的发展趋势。
XLPE电缆与充油电缆相比,有很多优点。开发和敷设电压等级高、运行更可靠的XLPE电缆,使更新换代的充油电缆XLPE电缆化是大势所趋,已成定局。研究特高压电缆及附件、特高压直流XLPE电缆关键技术是今后的发展趋势。电缆接头和终端附件会逐渐朝着小型化、安全环保化、安装简单化方向发展。另外,对于不能马上进行全线更换的充油电缆,开发可行的充油电缆和XLPE电缆的异种接头是有效的更新换代方法。
参考文献
[1]常文治.电力电缆中间接头典型缺陷局部放电发展过程的研究[D].北京:华北电力大学,2013 :37-52.
[2]周远翔,罗晓光,邱东刚,等.热处理对聚乙烯材料中电树发展的影响[J].绝缘材料,2001,34(6):26-28.
论文作者:叶晟
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第7期
论文发表时间:2017/9/7
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