关于中国电缆及附件现状与超高压附件的发展

城市地价的上涨，是导致地下电缆使用量激增的主要原因。政府或开发商将架空线路转换成地下电缆线路，虽然花费了大量投资，但地皮增值的资金，远远大于投资，这种转换有利可图，市场经济的条件下，地下电缆的采用是不可阻挡的。

　　到2020年，我国计划发电装机容量达12×108 kW，但实际可能要达到15×108 kW。即使达到15×108 kW装机容量，人均也才1 kW而已，与美国的人均接近3 kW相比，还有很大的差距，还需要发展。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也非常之大。估算下来，每增加1 kW的发电容量，全社会就需要配套100 m线缆。

　　新增的电力输送到用户，配套输变电变压器容量将最少是装机容量的四倍。将这些设备连接起来，就需要使用电线电缆。长距离的输电，使用架空线路，因此，需要大量的钢芯铝绞线。在发电厂，变电站，甚至城市内，工厂里就得使用地下电缆来输配电。

　　因此，电缆及附件产业在未来十五年里，一直处于发展之中。

　　根据IEC 标准，结合我国的情况，电缆电压等级的划分比架空线低一个等级。具体为1 kV及以下，即380 V/220 V，为低压;3 kV至35 kV为中压;66 kV至110 kV为高压;220 kV至500 kV为超高压;750 kV至1000 kV为特高压。

　　1　中压电缆及附件

　　城市配电网中中压主要使用的是交联聚乙烯绝缘电力电缆。全国电网2007年10 kV XLPE电缆使用量达到40000 km，推算全国各行业使用量达到120000 km。

　　这么多电缆都需要附件，即电缆终端，接头与之配套安装后，与其它电器设备相连。中压电缆附件的使用量达到50万套。35 kV及以下的电缆附件类型有绕包，热缩，预制，冷缩以及插拔式终端。各种附件电网中使用量和发展趋势见表1。
 

表1　中压电缆附件使用趋势

　　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比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。中压抗水树交联电缆将作为一项新技术在电网应用推广。

　　国内城网10 kV~35 kV系统中，地下使用的普通XLPE绝缘电缆，普遍在运行8至12年生长出大量水树，致使大量交联电缆发生因水树击穿造成事故，寿命短，影响电网的安全运行。国网电力科学研究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，具有不低于30年的正常使用寿命。

　　欧洲和北美电力系统的中压交联电缆，抗水树交联电缆技术拥有高达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。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高。推荐城网地下电缆采用抗水树交联电缆。抗水树交联电缆技术在国内电力系统应用逐年增加，上海为采用抗水树电缆作了一系列研究，并已经在35 kV中采用，天津已开始招标采用。

　　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导致交联电缆的成本价格上涨约5%，价格的微小变化不会在经济层面上影响该技术的推广。

　　国网电科院电缆所已在研究试验的基础上，进行相关的技术规范或试验标准的起草工作，已经报批了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。

　　推广目标与原则：

　　(1) 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该项推广技术的重要意义充分理解。

　　(2) 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和使用寿命。

　　2 高压超高压电缆及附件

　　高压超高压交联电缆在城市电网中的使用量剧增，不仅是电力部门，包括政府，房地产商，民众均有强烈的要求，城市电网地下化。

　　2007年内，仅国家电网公司集中规模招标采购220 kV交联电缆约936 km，具体细节见表2。
 

表2　2007年国网招标采购220 kV交联电缆情况
 

　　向国家电网供货有资质的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 kV电缆均为立式交联线生产，均在国网电科院电缆所通过了为期一年的预鉴定试验。这些企业不仅质量好，而且产能也很大，沈古，汉河均有两座立塔，特变电工山东鲁能、普睿司曼和华新也要建第二座立塔。

　　国内已建在建的立塔超过30座，进口立式交联生产线达40条，但真正要具备过硬的质量，具备供货资质，还有很长的路要走。

　　在500 kV电缆方面，电网已开始有工程使用。上海已招标采购三回中的二回共102 km单芯长 500 kV 2500 mm2交联电缆用于世博地下变电站的电源进线。

　　海南联网工程也已采购一回93 km单芯长 500 kV 800 mm2海底充油电缆。

　　北京正在设计500 kV交联电缆线路。

　　500 kV电缆在国内还是空白，电网工程所需电缆全部进口，工程投资巨大。

　　国网电科院电缆所全力推动500 kV电缆系统的国产化。现在沈古500 kV交联电缆系统正在进行一年的预鉴定试验，如果通过，2008年将有国产500 kV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 kV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 km 110 kV交联电缆。110 kV附件，国产和进口并存，国产附件逐步走向独占市场。

　　220 kV电缆附件的制造商非常少，在国网电科院通过一年的预鉴定试验的有沈古、长沙，江苏安靠和上缆藤仓。一旦国产220 kV附件制造商超过五家通过预鉴定试验，并且运行业绩良好，国网电科院将推荐220 kV附件国产化。

　　500 kV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国网电科院的型式试验，正在筹划进行一年的预鉴定试验。

　　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。

　　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 kV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，并被IEC采用起草了IEC 62067标准于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，所选的加热的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8 h。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 h，接着是至少16 h的自然冷却。

　　在整个8760 h的试验时间内应对被试回路施加1.7 U0电压和热循环，加热和冷却循环应进行至少180 次。

　　试验期间电缆系统不能发生击穿。

　　一年的热循环电压试验结束后，还要对从电缆系统上取下有效长度至少30 m的电缆试样，在导体温度达到90 ℃～95 ℃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 kV正负极性各10 次雷电冲击电压而不发生击穿。

　　最后，还要采用肉眼检查电缆系统，应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国网电力科学研究院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。

　　超高压电缆系统的预鉴定试验是具有研究性试验的性质，所有的电气设备中只有电缆才做一年的试验。由于电缆绝缘的在线监测非常困难，行业里国际上采取产前优生的措施，增加试验项目，提高技术要求，让电缆在工厂里出生就是优生儿，进入电网埋入地下后就忘掉它，三十年运行没有问题。国网电科院电缆实验室强大的设备和技术，保证了进入国网的220 kV电缆优生儿的状态，电缆的故障率在电网中是最低的，这与国网电科院的电缆技术监督和检测确认工作分不开。

　　3　超高压电缆附件的发展

　　世界上超高压电缆附件产品可以分为日式和欧式两大派系。这两大产品技术成熟，运行经验丰富。日式产品结构比较统一，这是日本的电力公司提出的产品结构，要求电缆附件制造企业按统一结构设计产品。日式超高压电缆附件产品结构与欧式超高压电缆附件产品相比，结构较复杂，采用环氧树脂件与橡胶应力锥组合绝缘，有的称为二件式，其生产和制造难度较大，但其可靠性也较高，尤其是接头在国网电科院进行试验后，结果表明其耐压裕度较高，因此，在研制500kV超高压电缆附件方面，日本企业保持了其产品结构特点。欧式产品结构比较简单，只采用橡胶应力锥绝缘，有的称为一件式，制造和安装也较简单。我国企业大多制造欧式产品，少数企业比如长沙电缆附件有限公司同时也生产日式产品。

　　目前，超高压电缆附件以安全环保型为主要研发趋势。超高压电缆附件应用在城市等人口密集区域，如果电缆终端发生爆炸，硅橡胶复合套管相比之瓷套，将不会发生二次危害，伤及人体。由于地球自然环境恶化和人类环保意识的提高，因此，淘汰应用绝缘油和六氟化硫气体的电缆附件产品成为大势所趋。超高压电缆附件使用绝缘油或六氟化硫气体，如果发生渗漏就会造成土壤或空气污染，另外绝缘油废弃后，也不易处理。国外企业已在研发无油无气的电缆附件，欧洲一些企业甚至考虑要实现500 kV电缆附件无油化。我国企业在制造安全环保型产品方面落后于国外企业，但也在努力，比如长沙电缆附件有限公司生产的插入式电缆附件就实现了无油化。另外，我国已经研制成功GIS干式终端产品。

　　如果超高压电缆附件能够实现国产化，也就是有5家以上企业在国网电科院通过一年预鉴定试验(因为只有3家以上企业才能实现招投标)，那么超高压电缆附件售价将下降50%，这将节约电力工程巨额投资资金，同时，如果出现故障，国内将有技术实力进行快速维修，缩短停电时间，保障电网安全。基于此，国网电科院一直致力于推动我国超高压电缆及其附件国产化。近期的目标是220 kV电缆附件的国产化。电缆及附件国产化将使制造商昂贵投资的立塔发挥效益，同时也将提高超高压电缆制造技术水平。制造和电网均受益，这就保卫了国家利益。

　　4　结束语

　　中压、高压和超高压电缆在电网中应用越来越多，而且将会持续相当长时间。

　　在中压电缆中，重点推广应用抗水树电缆，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。

　　220 kV电缆附件的国产化，500 kV电缆及附件的国产化，是国家利益的需要。