“十一五”头两年,每年新增发电装机容量超过1亿千瓦,将新增的电力输送到用户,配套输变电变压器将是装机容量的四倍,而将这些设备连接起来,就需要使用电线电缆。据预测,到2020年,我国发电装机容量将达14.7亿千瓦。即使这样,人均也才1千瓦而已,与美国的人均近3千瓦相比,还有很大的差距。这么大的装机容量,需要配套的输变电设备就更多,连接这些输变电设备的电缆需要量自然会非常大。我们估算,每增加1千瓦的发电容量,就需要100米配套线缆。
因此,电缆及附件产业在未来十五年里,将一直处于发展之中。
中压电缆及附件的发展情况
中压电缆的电压等级为6 千伏、10千伏、20千伏、35千伏,城市中压配电网主要使用的是交联聚乙烯绝缘电力电缆。2007年,广东省10千伏XLPE电缆使用量达到6000千米,全国电网的使用量达到4万千米,据此推算全国各行业使用量达到12万千米。
这么多电缆都需要附件,即电缆终端。只有接头与之配套安装后,才能与其它电器设备相连。2007年,中压电缆附件的使用量达到50万套。35千伏及以下电缆附件类型有绕包、热缩、预制、冷缩以及插拔式终端。目前,绕包和热缩的使用量呈下降趋势,预制基本持平,冷缩和插拔的使用量呈上升趋势。
冷缩和预制附件绝缘材料以进口高温硫化液体硅橡胶为主,插拔式终端硅橡胶与乙丙橡皮两种材料均有使用。
目前,中压抗水树交联电缆将作为一项新技术在电网建设中应用推广。中压抗水树交联电缆技术,是指通过提高交联电缆抗水树性能而使得传统的普通交联电缆的可靠性、安全裕度和使用寿命得到大幅提升的新产品新技术。
2007年11月29日,国网武汉高压研究院在浙江万马电缆公司召开了全国电力系统电缆运行技术研讨会,宣传贯彻抗水树电缆标准。
在国内城网10千伏~35千伏系统中,地下使用的普通XLPE绝缘电缆,普遍在运行8至12年后会生长出大量水树,致使大量交联电缆因水树击穿造成事故,影响电网的安全运行。武高院电缆所在此领域的大量试验研究表明,通过采用新型抗水树技术生产的交联电缆,具有良好的抗水树老化性能,可靠性高,安全裕度大,拥有不低于30年的正常使用寿命。
在欧洲和北美中压交联电缆市场,抗水树交联电缆拥有高达95%的市场占有率和成熟的运行经验,安全可靠性和使用寿命十分理想。由于国内电网广大用户对潮湿环境中电缆水树生长的影响与电缆水树击穿机理的认知度不够,因此中压交联电缆运行寿命短和水树击穿事故率较高。
抗水树交联电缆技术在国内电力系统尚属空白,我们推荐城网地下电缆采用抗水树交联电缆。结合我国中压交联电缆生产厂家多,中压电缆年投运量大的特点,如果能够使抗水树交联电缆在国内电网中广泛采用,则可以大大提高中压电缆线路的运行寿命(从8至12年提升至30年),减少电网的停电次数,提高电网安全质量,并且显著降低中压电缆的更新频率,具有巨大的社会效益和经济效益。
采用新型抗水树交联电缆技术,会使交联电缆的成本上涨约5%,但我们认为价格的微小变化不会在经济层面上影响该技术的推广。
武高院在研究试验的基础上,已进行相关技术规范或试验标准的起草工作,报批了DL/T 1070-2007《中压交联电缆抗水树性能鉴定试验方法和要求》标准,推广该项技术的技术条件已经成熟,具备推广条件。
该项技术的推广目标与原则为:通过推广相关的技术规范、试验标准和其他有效的方式,加大对广大电力生产一线部门进行抗水树交联电缆技术的宣传和推广工作,使广大电缆运行管理部门对推广该项技术的重要意义充分理解。通过相关标准的推广,推动生产厂家大量采用先进的抗水树交联电缆技术,提高进入电网运行的中压交联电缆的抗水树性能并延长寿命。
高压超高压电缆及附件的发展情况
110千伏(66千伏)为高压,220千伏至500千伏为超高压。目前高压超高压交联电缆在城市电网中的使用量剧增。
2007年,国家电网公司集中规模招标采购220千伏交联电缆约936千米,全部为国产产品。
向国家电网公司供货的有资质并具备供货实力的电缆制造商为5家。这些供货商在国内都是行业的领军企业,其220千伏电缆均为立式交联线生产,均在武高院通过了为期一年的预鉴定试验。这些企业的产品不仅质量好,而且产能也很大,沈阳古河电缆有限公司、大连汉河电缆有限公司均有两座立塔,唐山华新电缆有限公司和特变电工山东鲁能电缆有限公司也要建第二座立塔。
国内已建在建的立塔近30座,进口交联生产线达40条,但要使产品真正具备过硬的质量,还有很长的路要走。
在500千伏电缆方面,已有电网工程开始使用。上海已招标采购三回中的二回共102千米单芯长500千伏2500平方毫米交联电缆,用于世博会地下变电站。海南联网工程也已采购一回93千米单芯长500千伏800平方毫米海底充油电缆。北京正在设计500千伏交联电缆线路。
500千伏电缆目前在国内还是空白,电网工程所需电缆全部进口,工程投资巨大。
武高院电缆所全力推动500千伏电缆系统国产化。现在沈古500千伏交联电缆系统正在武高院进行一年的预鉴定试验,如果通过,2008年将有国产500千伏电缆问世,将具备向电网供货的资质。
国产高压超、高压电缆附件一直落后电缆本体。但在110千伏这个电压等级,国产附件制造商已有10多家。在我国,历史最悠久的长沙电缆附件公司,2007年已供货5000余套,这些附件可以配套安装约1600千米110千伏交联电缆。110千伏附件国产和进口并存,国产附件逐步开始独占市场。
220 千伏电缆附件的制造商非常少,在武高院通过一年预鉴定试验的只有沈古和长沙,江苏安靠超高压电缆附件有限公司的预鉴定试验正在进行之中。
500千伏电缆附件中的户外终端和接头,在国内仅有江苏安靠电缆附件公司通过了武高院的型式试验,正在筹划进行一年的预鉴定试验。安靠附件公司是电缆附件行业的后起之秀,它具有欧美的作派和理念,起点高,开发新产品速度非常快。
预鉴定试验是在批量提供一种型号的超高压电缆及其附件之前,为了验证完整的电缆系统具有满意的长期可靠性能而进行的试验。150千伏以上至500千伏电缆及其附件在国际大电网委员会(CIGRE)文献中被认为属于超高压范围。
超高压挤包绝缘电缆及其附件是电网中极重要的组成部分,因此其长期可靠性是首先要考虑的重大课题;与110 千伏电缆及其附件相比,它们的工作场强很高,故安全裕度较小;它们的绝缘厚度较厚,热机械效应较严重;随着电压的增高,电缆本体与附件的设计以及安装配合,变得更为困难。
为了考核超高压电缆系统的长期可靠性,CIGRE提出增加预鉴定试验,即长期加速老化试验,被国际电工委员会(IEC)采用,起草了IEC62067标准并于2001年首次发布,2006年IEC对该标准进行了修订。
根据IEC 62067: 2006标准和中国国家标准化指导性技术文件GB/Z 18890.1~18890.3-2002《额定电压220kV(Um=252kV)交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件》,预鉴定试验的试样应布置成能代表安装设计条件,如直埋和空气中敷设、刚性固定、挠性固定及两者之间转换的布置。试验布置完成后,按顺序进行热循环电压试验、电缆样品或电缆系统的雷电冲击电压试验,最后对电缆系统进行检查。
热循环应采用导体电流加热被试回路,直到电缆导体温度达到90℃~95℃。试验期间由于环境温度的变化需要调节导体电流,所选的加热方式应使远离附件处的电缆导体温度达到上述规定。加热时间应至少保持8小时。每个加热期内导体温度应维持在规定的温度范围内至少2小时,接着是至少16小时的自然冷却。在整个8760小时试验时间内,应对被试回路施加1.7倍的工作电压和热循环,加热和冷却循环应至少进行180次。试验期间电缆系统不能发生击穿现象。
一年的热循环电压试验结束后,还要从电缆系统上取下有效长度至少30米的电缆试样,在导体温度达到90℃~95℃条件下进行雷电冲击电压试验,也可以直接在电缆系统上进行。电缆试样或者电缆系统应耐受1050千伏正负极性各10次雷电冲击电压而不发生击穿。
此外,还要采用肉眼检查电缆系统,检验有无可能影响电缆系统正常运行的劣化迹象。
原国家电力公司投巨资在武高院电缆所建设了超高压电力电缆实验室。该实验室主要任务之一就是统一对进入电网的超高压电缆系统进行预鉴定试验。
未来发展趋势
在中压电缆中,未来将重点推广应用抗水树电缆,并将其作为一项新技术在电网中使用。直埋地下的中压电缆将采用抗水树电缆,抗水树电缆性能要符合DL/T 1070-2007《中压交联电缆抗水树性能鉴定试验方法和要求》标准。
武高院电缆所将力推500 千伏电缆及附件国产化。国产500千伏电缆及附件通过预鉴定试验后,就有资质进入电网商业运行。一旦实现国产化,产品价格将大幅下降,这将直接使电力工程的投资大大节省;同时,如果现有进口500千伏电缆工程出现故障,国内将有技术实力维修,这样可以打破国外垄断,缩短停电时间,保证电网安全。500千伏电缆及附件国产化将使制造商的立塔发挥效益,同时也将提高超高压电缆制造技术水平。
为配合国家电网公司的特高压(交流1000千伏,直流±800 千伏)输电线路建设,电缆行业将开展特高压电缆关键技术研究,这是前瞻性电缆技术,武高院电缆所将联手国内外顶尖的电缆制造商及大学参与研究。特高压架空线路在江浙一带遇到不便逾越的敏感地区时,可采用非开挖技术即盾构或顶管,开通地下隧道,在隧道中敷设特高压电缆,将架空线改为地下电缆,通过敏感地区后,再恢复到架空线。
在陆上电缆得到大量应用后,海底电缆和桥上电缆也将开始广泛使用。这实际上是大长度电缆制造技术和装备的提升。这要求电缆车间要建在通大海的码头边上。据了解,国外大型海底电缆厂的订单已接到2011年。
另外,脐带电缆也值得关注开发。