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關于中國電纜及附件現(xiàn)狀與超高壓附件的發(fā)展

城市地價的上漲，是導致地下電纜使用量激增的主要原因。政府或開發(fā)商將架空線路轉換成地下電纜線路，雖然花費了大量投資，但地皮增值的資金，遠遠大于投資，這種轉換有利可圖，市場經(jīng)濟的條件下，地下電纜的采用是不可阻擋的。

　　到2020年，我國計劃發(fā)電裝機容量達12×108 kW，但實際可能要達到15×108 kW。即使達到15×108 kW裝機容量，人均也才1 kW而已，與美國的人均接近3 kW相比，還有很大的差距，還需要發(fā)展。這么大的裝機容量，需要配套的輸變電設備就更多，連接這些輸變電設備的電纜需要量也非常之大。估算下來，每增加1 kW的發(fā)電容量，全社會就需要配套100 m線纜。

　　新增的電力輸送到用戶，配套輸變電變壓器容量將最少是裝機容量的四倍。將這些設備連接起來，就需要使用電線電纜。長距離的輸電，使用架空線路，因此，需要大量的鋼芯鋁絞線。在發(fā)電廠，變電站，甚至城市內(nèi)，工廠里就得使用地下電纜來輸配電。

　　因此，電纜及附件產(chǎn)業(yè)在未來十五年里，一直處于發(fā)展之中。

　　根據(jù)IEC 標準，結合我國的情況，電纜電壓等級的劃分比架空線低一個等級。具體為1 kV及以下，即380 V/220 V，為低壓;3 kV至35 kV為中壓;66 kV至110 kV為高壓;220 kV至500 kV為超高壓;750 kV至1000 kV為特高壓。

　　1　中壓電纜及附件

　　城市配電網(wǎng)中中壓主要使用的是交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜。全國電網(wǎng)2007年10 kV XLPE電纜使用量達到40000 km，推算全國各行業(yè)使用量達到120000 km。

　　這么多電纜都需要附件，即電纜終端，接頭與之配套安裝后，與其它電器設備相連。中壓電纜附件的使用量達到50萬套。35 kV及以下的電纜附件類型有繞包，熱縮，預制，冷縮以及插拔式終端。各種附件電網(wǎng)中使用量和發(fā)展趨勢見表1。
 

表1　中壓電纜附件使用趨勢

　　中壓抗水樹交聯(lián)電纜技術是指通過提高交聯(lián)電纜抗水樹性能而使得比傳統(tǒng)的普通交聯(lián)電纜的可靠性、安全裕度和使用壽命得到大幅提升的新產(chǎn)品新技術。中壓抗水樹交聯(lián)電纜將作為一項新技術在電網(wǎng)應用推廣。

　　國內(nèi)城網(wǎng)10 kV~35 kV系統(tǒng)中，地下使用的普通XLPE絕緣電纜，普遍在運行8至12年生長出大量水樹，致使大量交聯(lián)電纜發(fā)生因水樹擊穿造成事故，壽命短，影響電網(wǎng)的安全運行。國網(wǎng)電力科學研究院電纜所在此領域的大量試驗研究表明，通過采用新型抗水樹技術生產(chǎn)的交聯(lián)電纜，具有良好的抗水樹老化性能，可靠性高，安全裕度大，具有不低于30年的正常使用壽命。

　　歐洲和北美電力系統(tǒng)的中壓交聯(lián)電纜，抗水樹交聯(lián)電纜技術擁有高達95%的和成熟的運行經(jīng)驗，安全可靠性和使用壽命十分理想。國內(nèi)電網(wǎng)廣大用戶對潮濕環(huán)境中電纜水樹生長的影響與電纜水樹擊穿機理的認知度不夠，因此中壓交聯(lián)電纜運行壽命短和水樹擊穿事故率高。推薦城網(wǎng)地下電纜采用抗水樹交聯(lián)電纜?？顾畼浣宦?lián)電纜技術在國內(nèi)電力系統(tǒng)應用逐年增加，上海為采用抗水樹電纜作了一系列研究，并已經(jīng)在35 kV中采用，天津已開始招標采用。

　　結合我國中壓交聯(lián)電纜生產(chǎn)廠家多，中壓電纜年投運量大的特點，如果能夠使抗水樹交聯(lián)電纜在國內(nèi)電網(wǎng)中廣泛采用，則可以大大提高中壓電纜線路的運行壽命(從8至12年提升至30年)，減少電網(wǎng)的停電次數(shù)，提高電網(wǎng)安全質(zhì)量，并且顯著降低中壓電纜的更新頻率，具有巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。

　　采用新型抗水樹交聯(lián)電纜技術會導致交聯(lián)電纜的成本價格上漲約5%，價格的微小變化不會在經(jīng)濟層面上影響該技術的推廣。

　　國網(wǎng)電科院電纜所已在研究試驗的基礎上，進行相關的技術規(guī)范或試驗標準的起草工作，已經(jīng)報批了DL/T 1070—2007《中壓交聯(lián)電纜抗水樹性能鑒定試驗方法和要求》標準，推廣該項技術的技術條件已經(jīng)成熟，具備推廣條件。

　　推廣目標與原則：

　　(1) 通過推廣相關的技術規(guī)范、試驗標準和其他有效的方式，加大對廣大電力生產(chǎn)一線部門進行抗水樹交聯(lián)電纜技術的宣傳和推廣工作，使廣大電纜運行管理部門對該項推廣技術的重要意義充分理解。

　　(2) 通過相關標準的推廣，推動生產(chǎn)廠家大量采用*的抗水樹交聯(lián)電纜技術，提高進入電網(wǎng)運行的中壓交聯(lián)電纜的抗水樹性能和使用壽命。

　　2 高壓超高壓電纜及附件

　　高壓超高壓交聯(lián)電纜在城市電網(wǎng)中的使用量劇增，不僅是電力部門，包括政府，房地產(chǎn)商，民眾均有強烈的要求，城市電網(wǎng)地下化。

　　2007年內(nèi)，僅公司集中規(guī)模招標采購220 kV交聯(lián)電纜約936 km，具體細節(jié)見表2。
 

表2　2007年國網(wǎng)招標采購220 kV交聯(lián)電纜情況
 

　　向供貨有資質(zhì)的并具備供貨實力的電纜制造商為5家。這些供貨商在國內(nèi)都是行業(yè)的企業(yè)，其220 kV電纜均為立式交聯(lián)線生產(chǎn)，均在國網(wǎng)電科院電纜所通過了為期一年的預鑒定試驗。這些企業(yè)不僅質(zhì)量好，而且產(chǎn)能也很大，沈古，漢河均有兩座立塔，特變電工山東魯能、普睿司曼和華新也要建第二座立塔。

　　國內(nèi)已建在建的立塔超過30座，進口立式交聯(lián)生產(chǎn)線達40條，但真正要具備過硬的質(zhì)量，具備供貨資質(zhì)，還有很長的路要走。

　　在500 kV電纜方面，電網(wǎng)已開始有工程使用。上海已招標采購三回中的二回共102 km單芯長 500 kV 2500 mm2交聯(lián)電纜用于世博地下變電站的電源進線。

　　海南聯(lián)網(wǎng)工程也已采購一回93 km單芯長 500 kV 800 mm2海底充油電纜。

　　北京正在設計500 kV交聯(lián)電纜線路。

　　500 kV電纜在國內(nèi)還是空白，電網(wǎng)工程所需電纜全部進口，工程投資巨大。

　　國網(wǎng)電科院電纜所全力推動500 kV電纜系統(tǒng)的國產(chǎn)化?，F(xiàn)在沈古500 kV交聯(lián)電纜系統(tǒng)正在進行一年的預鑒定試驗，如果通過，2008年將有國產(chǎn)500 kV電纜問世，將具備向電網(wǎng)供貨的資質(zhì)。

　　國產(chǎn)高壓超高壓電纜附件一直落后電纜本體。但在110 kV這個電壓等級，國產(chǎn)附件制造商已有10多家。在我國歷史最悠久的長沙電纜附件公司，2007年已供貨5000余套，這些附件可以配套安裝約1600 km 110 kV交聯(lián)電纜。110 kV附件，國產(chǎn)和進口并存，國產(chǎn)附件逐步走向。

　　220 kV電纜附件的制造商非常少，在國網(wǎng)電科院通過一年的預鑒定試驗的有沈古、長沙，江蘇安靠和上纜藤倉。一旦國產(chǎn)220 kV附件制造商超過五家通過預鑒定試驗，并且運行業(yè)績良好，國網(wǎng)電科院將推薦220 kV附件國產(chǎn)化。

　　500 kV電纜附件中的戶外終端和接頭，在國內(nèi)僅有江蘇安靠電纜附件公司通過了國網(wǎng)電科院的型式試驗，正在籌劃進行一年的預鑒定試驗。

　　預鑒定試驗是在批量提供一種型號的超高壓電纜及其附件之前，為了驗證完整的電纜系統(tǒng)具有滿意的長期可靠性能而進行的試驗。

　　超高壓擠包絕緣電纜及其附件是電網(wǎng)中極重要的組成部分，因此其長期可靠性是首先要考慮的重大課題;與110 kV電纜及其附件相比，它們的工作場強很高，故安全裕度較小;它們的絕緣厚度較厚，熱機械效應較嚴重;隨著電壓的增高，電纜本體與附件的設計以及安裝配合，變得更為困難。

　　為了考核超高壓電纜系統(tǒng)的長期可靠性，CIGRE提出增加預鑒定試驗，即長期加速老化試驗，并被IEC采用起草了IEC 62067標準于2001年發(fā)布，2006年IEC對該標準進行了修訂。

　　根據(jù)IEC 62067:2006標準和中國國家標準化指導性技術文件GB/Z 18890.1～18890.3—2002 《額定電壓220kV(Um=252kV)交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜及其附件》，預鑒定試驗的試樣應布置成能代表安裝設計條件，如直埋和空氣中敷設，剛性固定，撓性固定及兩者之間轉換的布置。試驗布置完成后，按順序進行：熱循環(huán)電壓試驗;電纜樣品或電纜系統(tǒng)的雷電沖擊電壓試驗;最后對電纜系統(tǒng)進行檢查。

　　熱循環(huán)應采用導體電流加熱被試回路，直到電纜導體溫度達到90 ℃～95 ℃。試驗期間由于環(huán)境溫度的變化需要調(diào)節(jié)導體電流，所選的加熱的方式應使遠離附件處的電纜導體溫度達到上述規(guī)定。

　　加熱時間應至少8 h。每個加熱期內(nèi)導體溫度應維持在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)至少2 h，接著是至少16 h的自然冷卻。

　　在整個8760 h的試驗時間內(nèi)應對被試回路施加1.7 U0電壓和熱循環(huán)，加熱和冷卻循環(huán)應進行至少180 次。

　　試驗期間電纜系統(tǒng)不能發(fā)生擊穿。

　　一年的熱循環(huán)電壓試驗結束后，還要對從電纜系統(tǒng)上取下有效長度至少30 m的電纜試樣，在導體溫度達到90 ℃～95 ℃下進行雷電沖擊電壓試驗，也可以直接在電纜系統(tǒng)上進行。電纜試樣或者電纜系統(tǒng)應耐受1050 kV正負極性各10 次雷電沖擊電壓而不發(fā)生擊穿。

　　最后，還要采用肉眼檢查電纜系統(tǒng)，應無可能影響電纜系統(tǒng)正常運行的劣化跡象。

　　原國家電力公司投巨資在國網(wǎng)電力科學研究院建設了超高壓電力電纜實驗室。該實驗室主要任務之一就是統(tǒng)一對進入電網(wǎng)的超高壓電纜系統(tǒng)進行預鑒定試驗。

　　超高壓電纜系統(tǒng)的預鑒定試驗是具有研究性試驗的性質(zhì)，所有的電氣設備中只有電纜才做一年的試驗。由于電纜絕緣的在線監(jiān)測非常困難，行業(yè)里國際上采取產(chǎn)前優(yōu)生的措施，增加試驗項目，提高技術要求，讓電纜在工廠里出生就是優(yōu)生兒，進入電網(wǎng)埋入地下后就忘掉它，三十年運行沒有問題。國網(wǎng)電科院電纜實驗室強大的設備和技術，保證了進入國網(wǎng)的220 kV電纜優(yōu)生兒的狀態(tài)，電纜的故障率在電網(wǎng)中是的，這與國網(wǎng)電科院的電纜技術監(jiān)督和檢測確認工作分不開。

　　3　超高壓電纜附件的發(fā)展

　　世界上超高壓電纜附件產(chǎn)品可以分為日式和歐式兩大派系。這兩大產(chǎn)品技術成熟，運行經(jīng)驗豐富。日式產(chǎn)品結構比較統(tǒng)一，這是日本的電力公司提出的產(chǎn)品結構，要求電纜附件制造企業(yè)按統(tǒng)一結構設計產(chǎn)品。日式超高壓電纜附件產(chǎn)品結構與歐式超高壓電纜附件產(chǎn)品相比，結構較復雜，采用環(huán)氧樹脂件與橡膠應力錐組合絕緣，有的稱為二件式，其生產(chǎn)和制造難度較大，但其可靠性也較高，尤其是接頭在國網(wǎng)電科院進行試驗后，結果表明其耐壓裕度較高，因此，在研制500kV超高壓電纜附件方面，日本企業(yè)保持了其產(chǎn)品結構特點。歐式產(chǎn)品結構比較簡單，只采用橡膠應力錐絕緣，有的稱為一件式，制造和安裝也較簡單。我國企業(yè)大多制造歐式產(chǎn)品，少數(shù)企業(yè)比如長沙電纜附件有限公司同時也生產(chǎn)日式產(chǎn)品。

　　目前，超高壓電纜附件以安全環(huán)保型為主要研發(fā)趨勢。超高壓電纜附件應用在城市等人口密集區(qū)域，如果電纜終端發(fā)生爆炸，硅橡膠復合套管相比之瓷套，將不會發(fā)生二次危害，傷及人體。由于地球自然環(huán)境惡化和人類環(huán)保意識的提高，因此，淘汰應用絕緣油和六氟化硫氣體的電纜附件產(chǎn)品成為大勢所趨。超高壓電纜附件使用絕緣油或六氟化硫氣體，如果發(fā)生滲漏就會造成土壤或空氣污染，另外絕緣油廢棄后，也不易處理。國外企業(yè)已在研發(fā)無油無氣的電纜附件，歐洲一些企業(yè)甚至考慮要實現(xiàn)500 kV電纜附件無油化。我國企業(yè)在制造安全環(huán)保型產(chǎn)品方面落后于國外企業(yè)，但也在努力，比如長沙電纜附件有限公司生產(chǎn)的插入式電纜附件就實現(xiàn)了無油化。另外，我國已經(jīng)研制成功GIS干式終端產(chǎn)品。

　　如果超高壓電纜附件能夠?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)化，也就是有5家以上企業(yè)在國網(wǎng)電科院通過一年預鑒定試驗(因為只有3家以上企業(yè)才能實現(xiàn)招投標)，那么超高壓電纜附件售價將下降50%，這將節(jié)約電力工程巨額投資資金，同時，如果出現(xiàn)故障，國內(nèi)將有技術實力進行快速維修，縮短停電時間，保障電網(wǎng)安全?；诖?，國網(wǎng)電科院一直致力于推動我國超高壓電纜及其附件國產(chǎn)化。近期的目標是220 kV電纜附件的國產(chǎn)化。電纜及附件國產(chǎn)化將使制造商昂貴投資的立塔發(fā)揮效益，同時也將提高超高壓電纜制造技術水平。制造和電網(wǎng)均受益，這就保衛(wèi)了國家利益。

　　4　結束語

　　中壓、高壓和超高壓電纜在電網(wǎng)中應用越來越多，而且將會持續(xù)相當長時間。

　　在中壓電纜中，重點推廣應用抗水樹電纜，將其作為一項新技術在電網(wǎng)中使用。直埋地下的中壓電纜將采用抗水樹電纜，抗水樹電纜性能要符合DL/T 1070—2007《中壓交聯(lián)電纜抗水樹性能鑒定試驗方法和要求》標準。

　　220 kV電纜附件的國產(chǎn)化，500 kV電纜及附件的國產(chǎn)化，是國家利益的需要。