高压超高压交联电缆的发展及应用
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0 引 言
聚乙稀交联方法的发明及在电缆上的应用, 增 强了塑料绝缘电力电缆的竞争力, 为 XL PE 绝缘电 力电缆向高压、超高压发展奠定了基础。随着交联电 缆技术的成熟和交联电缆的发展, 现在绝缘电力电 缆已在欧洲 400 kV 领域中大量运行, 日本 500 kV 也积累了丰富的运行经验, 我国 110、220 kV 绝缘 电 力 电 缆 通 过 技 术 引 进 也 趋 于 成 熟, 500 kV 的 XL PE 电缆也运行数年, 故 XL PE 绝缘电力电缆[1] 已成为高压及超高压电缆重点发展产品之一。
陈沛云 1956 年生, 1982 年哈尔滨电工学院毕业, 高工, 从事电缆制 造技术, 电话: (0532) 8817562。
(上接第 2 页) 代表性。 从试验结果的分析中可以得出以下意见:
a1 被试的 110 kV 交联聚乙烯绝缘电缆及接头 可满足使用寿命超过 30 年的要求。
b1 与试样同批投入运行的电缆和接头在保证 制造、安装工艺的质量的前提下有同样的运行寿命。
青岛汉缆集团有限公司 (青岛 266102) 陈沛云
摘 要 介绍了近几年应用于高压电缆上的基础理论及一 些新技术的工作原理, 包括固体绝缘树枝状放电理论, 导体 预热技术, 绝缘材料的纯净度扫描, 在线应力松减系统及电 缆金属护套的焊接等。 Abstract T he developm en t of XL PE cab le is review ed. T he m a in p u rpo se is to show the p rom o tion action of the ba sic theo ries and to a rou se m o re a tten tion to the fundam en ta l w o rk fo r XL PE cab le. T he app lica tion of som e new techno log ies in h igh vo ltage cab le and their op era tion p rincip le, a s w ell a s som e p ersona l view po in ts a re a lso in troduced. 关键词 XL PE 绝缘电力电缆 技术发展 新技术应用 Key words XL PE HV in su la ted cab le developm en t app lica tion of new techno logy 中图分类号 TM 247 文献标识码 B
高压、超高压 XL PE 绝缘电缆的金属护套中铝 护套使用最多。 新发展的焊接生产法可适用于铝铜 和不锈钢, 已为世界各国广泛采用。其优点为: a1 设 备投资低, 生产成本低。b1 设备灵活, 生产产品范围 广。 c1 产品质量易控制。
参考文献
1 江日洪 1 交联聚乙烯电力电缆线路 1 北京: 中国电力出 版社, 1997 (收稿日期 2001203209)
1 高压、超高压 XL PE 绝缘电力电缆的技术发展
联技术和交联电缆的性能有了显著的提高。 不同交
联方式生产的交联电缆绝缘中水质量分数 w (H 2O ) 及气孔面密度的比较、通用绝缘料和超净绝缘料的
杂质含量比较以及通用屏蔽料和超光滑屏蔽料表面
ຫໍສະໝຸດ Baidu
粒结的比较分别见表 1、2、3。
表 1 电缆绝缘中水份及气孔的数据
陆国 俊 1972 年 生, 工 程 师, 从 事 高 电 压 技 术 工 作, 电 话: ( 020) 87774223
刘毅刚 1956 年生, 主任工程师, 从事高压技术工作。 吴 倩 1968 年生, 工程师, 从事技术管理工作。
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
交联方式
w (H 2O ) 10- 6
气孔面密度 个·mm - 2
最大气孔 Λm
蒸汽交联
1000～ 2000
105
30
氮气交联, 水冷却
< 200
6×104
15
氮气交联氮气冷却 50～ 100
104
15
长模法 (M DV )
50～ 100
104
10
硅油交联
80
104
15
表 2 绝缘材料允许杂质数 个 m 2
绝缘料纯净度扫描系统 CSS2 是由扫描器、连 接挤出机和挤出机机头的特殊联接器所组成见图 1, 该系统还可在线监测, 但存在的不足是: ①它仅是 绝缘料污染情况的一个监测系统, 不能提高绝缘料 或电缆绝缘的纯净度。②扫描腔改变了绝缘料流道, 容易产生融体滞留, 增加焦烧的危险。③扫描窗到挤 出机出口间的问题无法监测。
算方法进行, 且试验样品只有 1 个, 而且电缆和中间 接头可能会因多方面因素的影响使其使用寿命分散 性变大, 所以评估的剩余寿命值并非精确, 但反映出 其绝缘性能仍十分良好的试验地运行工作仍有重要 的指导意义。
参考文献
1 卓金玉 1 电力电缆设计原理 1 北京: 机械工业出版社, (收稿日期 2001203218)
· 4 · J u l. 2001 H IGH VOL TA GE EN G IN EER IN G V o l. 27 Ser. N o 104
驱除导体中的潮气, 提高挤包层的流动性和表面光 滑性, 减少半导电层的表面凸起, 加快交联速度, 提 高生产效率。 导体加热系统和导体预热系统有相同 的加热机理, 但加热位置和作用不同, 前者是在超高 压交联电缆生产过程中, 为解决绝缘材料传热慢, 温 度分布不均而开发的, 通过高频加热线圈导体感应 发热到～ 180℃, 因绝缘层内外同时加热交联, 温度 分布均匀, 减少了因绝缘温度不均而产生的机械应 力, 杜绝了绝缘内部气孔和应力开裂的产生, 即是使 用水冷却方式也能生产高质量的交联电缆。 212 绝缘料纯净度扫描系统
艺, 保证整根电缆性能一致的初步成熟阶段。在交联 电缆发展初期, 为提高电缆的可靠性和电压水平, 对 塑料绝缘材料的击穿机理进行了深入研究, 建立了 聚合物本征击穿、固体绝缘的热击穿、电一机械力击
度不断增加, 引起电缆偏芯问题, 绝缘内部的应力集 中问题, 为此开发了上、下旋转牵引技术和绝缘线芯 冻结固定技术, 广泛采用立式交联技术, 推广应用导 体预热, 导体加热, 在线应力减小系统和在线应力松
穿等一系列击穿理论。70 年代又针对绝缘中发现的 弛系统, 使交联电缆的生产技术进一步完善。
树 枝状放电等现象进行了深入的研究, 以“电树”、 211 导体预热及导体加热系统
“水树”、“化学树”等理论为指导, 发展了干式 (氮气)
导体预热装置是一种已在高压交联生产线上普
交联, 全干式 (氮气交联氮气冷却) 交联等各种交联 遍采用的新技术。原理是利用高频感应加热, 将导体
c1 电缆附件是电缆线路上的绝缘薄弱点已为 多年的运行经验证实, 本次试验使用的终端头是现 场组装的油水式临时终端, 无法对现场运行的终端 头进行评估, 但试验结果已说明电缆本体的绝缘性 能优于电缆接头。
d1 绕包式电缆接头对安装现场的环境和组装 工艺的要求很高, 否则容易发生绝缘击穿事故。
e1 试品剩余寿命分析仅采用了简单的等效计
215 mm
0
0
最初的湿法 (蒸汽) 交联阶段。 ②以全干式 (氮气交 注:W 50 为粒结高度 50% 处的宽度。
联、冷却) 交联, 三层挤出材料超净为标志的发展阶 段。③改进输料系统用自动检测系统净化材料, 用计 算机全自动控制在线自动检测装置监测稳定生产工
2 新技术在高压、超高压电缆中的应用 随着交联电缆向高电压等级发展, 电缆绝缘厚
2001 年 7 月 高 电 压 技 术 第 27 卷总第 104 期 · 3 ·
高压、超高压交联电缆的发展及应用
T echno logy D evelopm en t and A pp lica t ion of H igh and Ex t ra H igh V o ltage Cab le
杂质尺寸
通用级 R
超净级 S
mm
C1
C2
C
0110～ 0120
3
4
0
0121～ 0150
0
1
0
> 0150
0
0
0
表 3 导电屏蔽材料表面最多允许的粒结数 个 m 2
W 50
通用级
超光滑
> 200 Λm
80
15
> 500 Λm
2
1
115～ 215 mm
1
0
XL PE 绝缘电力电缆的发展分为三个阶段: ①
方式, 使用超净绝缘材料、超光滑屏蔽材料和采用真 加热到 80℃～ 100℃ (最高 120℃) , 接近挤出温度,
空超净输料系统, 三层挤出及三层共挤技术等, 使交 降低导体对挤包层的热量吸收, 然后挤包绝缘层, 以
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
电缆在连续交联生产过程中 XL PE 绝缘的温 度较高, 内部绝缘冷却、结晶并收缩产生径向机械应 力, 降低了导体和导体屏蔽间的压力, 增加了绝缘内 形成裂纹和微孔的危险。
降低应力常用排气法, 针对高压、超高压电缆绝 缘的机械应力, 国外出现了在线应力松驰系统和在 线应力减小系统, 前者是在交联生产线的冷却管中 部增加一加热段 (～ 12 m ) , 使已冷却变硬的绝缘表 面被加热 (～ 150℃) 变软, 在绝缘内部收缩力和外部 压力的作用下而压向导体, 提高导体与屏蔽间压力, 消除绝缘收缩应力; 后者是在生产线交联段的末端 增加冷却保温段 (5～ 16 m ) , 使交联后温度很高的 电 缆 绝 缘 内、外 部 都 降 到 不 阻 碍 绝 缘 收 缩 的 温 度 (110～ 120℃) , 此温度较低, 可减少机械应力。 215 电缆金属护套的焊接技术
图 1 绝缘料纯净度 图 2 X—射线显示的 扫描系统 电缆断面
213 X —射线绝缘厚度测量系统 激光扫描法、涡流电缆法 (感应原理)、超声波法
和 X —射线法是电缆绝缘厚度测量的 4 种方法, XL PE 电缆以 X —射线法为最佳。不仅测量准确, 精
度高, 显示直观见图 2, 而且通过控制模块与生产线 的控制系统组成反馈回路自动调节厚度和外径。 214 在线应力减少系统和在线应力松驰系统
聚乙稀交联方法的发明及在电缆上的应用, 增 强了塑料绝缘电力电缆的竞争力, 为 XL PE 绝缘电 力电缆向高压、超高压发展奠定了基础。随着交联电 缆技术的成熟和交联电缆的发展, 现在绝缘电力电 缆已在欧洲 400 kV 领域中大量运行, 日本 500 kV 也积累了丰富的运行经验, 我国 110、220 kV 绝缘 电 力 电 缆 通 过 技 术 引 进 也 趋 于 成 熟, 500 kV 的 XL PE 电缆也运行数年, 故 XL PE 绝缘电力电缆[1] 已成为高压及超高压电缆重点发展产品之一。
陈沛云 1956 年生, 1982 年哈尔滨电工学院毕业, 高工, 从事电缆制 造技术, 电话: (0532) 8817562。
(上接第 2 页) 代表性。 从试验结果的分析中可以得出以下意见:
a1 被试的 110 kV 交联聚乙烯绝缘电缆及接头 可满足使用寿命超过 30 年的要求。
b1 与试样同批投入运行的电缆和接头在保证 制造、安装工艺的质量的前提下有同样的运行寿命。
青岛汉缆集团有限公司 (青岛 266102) 陈沛云
摘 要 介绍了近几年应用于高压电缆上的基础理论及一 些新技术的工作原理, 包括固体绝缘树枝状放电理论, 导体 预热技术, 绝缘材料的纯净度扫描, 在线应力松减系统及电 缆金属护套的焊接等。 Abstract T he developm en t of XL PE cab le is review ed. T he m a in p u rpo se is to show the p rom o tion action of the ba sic theo ries and to a rou se m o re a tten tion to the fundam en ta l w o rk fo r XL PE cab le. T he app lica tion of som e new techno log ies in h igh vo ltage cab le and their op era tion p rincip le, a s w ell a s som e p ersona l view po in ts a re a lso in troduced. 关键词 XL PE 绝缘电力电缆 技术发展 新技术应用 Key words XL PE HV in su la ted cab le developm en t app lica tion of new techno logy 中图分类号 TM 247 文献标识码 B
高压、超高压 XL PE 绝缘电缆的金属护套中铝 护套使用最多。 新发展的焊接生产法可适用于铝铜 和不锈钢, 已为世界各国广泛采用。其优点为: a1 设 备投资低, 生产成本低。b1 设备灵活, 生产产品范围 广。 c1 产品质量易控制。
参考文献
1 江日洪 1 交联聚乙烯电力电缆线路 1 北京: 中国电力出 版社, 1997 (收稿日期 2001203209)
1 高压、超高压 XL PE 绝缘电力电缆的技术发展
联技术和交联电缆的性能有了显著的提高。 不同交
联方式生产的交联电缆绝缘中水质量分数 w (H 2O ) 及气孔面密度的比较、通用绝缘料和超净绝缘料的
杂质含量比较以及通用屏蔽料和超光滑屏蔽料表面
ຫໍສະໝຸດ Baidu
粒结的比较分别见表 1、2、3。
表 1 电缆绝缘中水份及气孔的数据
陆国 俊 1972 年 生, 工 程 师, 从 事 高 电 压 技 术 工 作, 电 话: ( 020) 87774223
刘毅刚 1956 年生, 主任工程师, 从事高压技术工作。 吴 倩 1968 年生, 工程师, 从事技术管理工作。
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
交联方式
w (H 2O ) 10- 6
气孔面密度 个·mm - 2
最大气孔 Λm
蒸汽交联
1000～ 2000
105
30
氮气交联, 水冷却
< 200
6×104
15
氮气交联氮气冷却 50～ 100
104
15
长模法 (M DV )
50～ 100
104
10
硅油交联
80
104
15
表 2 绝缘材料允许杂质数 个 m 2
绝缘料纯净度扫描系统 CSS2 是由扫描器、连 接挤出机和挤出机机头的特殊联接器所组成见图 1, 该系统还可在线监测, 但存在的不足是: ①它仅是 绝缘料污染情况的一个监测系统, 不能提高绝缘料 或电缆绝缘的纯净度。②扫描腔改变了绝缘料流道, 容易产生融体滞留, 增加焦烧的危险。③扫描窗到挤 出机出口间的问题无法监测。
算方法进行, 且试验样品只有 1 个, 而且电缆和中间 接头可能会因多方面因素的影响使其使用寿命分散 性变大, 所以评估的剩余寿命值并非精确, 但反映出 其绝缘性能仍十分良好的试验地运行工作仍有重要 的指导意义。
参考文献
1 卓金玉 1 电力电缆设计原理 1 北京: 机械工业出版社, (收稿日期 2001203218)
· 4 · J u l. 2001 H IGH VOL TA GE EN G IN EER IN G V o l. 27 Ser. N o 104
驱除导体中的潮气, 提高挤包层的流动性和表面光 滑性, 减少半导电层的表面凸起, 加快交联速度, 提 高生产效率。 导体加热系统和导体预热系统有相同 的加热机理, 但加热位置和作用不同, 前者是在超高 压交联电缆生产过程中, 为解决绝缘材料传热慢, 温 度分布不均而开发的, 通过高频加热线圈导体感应 发热到～ 180℃, 因绝缘层内外同时加热交联, 温度 分布均匀, 减少了因绝缘温度不均而产生的机械应 力, 杜绝了绝缘内部气孔和应力开裂的产生, 即是使 用水冷却方式也能生产高质量的交联电缆。 212 绝缘料纯净度扫描系统
艺, 保证整根电缆性能一致的初步成熟阶段。在交联 电缆发展初期, 为提高电缆的可靠性和电压水平, 对 塑料绝缘材料的击穿机理进行了深入研究, 建立了 聚合物本征击穿、固体绝缘的热击穿、电一机械力击
度不断增加, 引起电缆偏芯问题, 绝缘内部的应力集 中问题, 为此开发了上、下旋转牵引技术和绝缘线芯 冻结固定技术, 广泛采用立式交联技术, 推广应用导 体预热, 导体加热, 在线应力减小系统和在线应力松
穿等一系列击穿理论。70 年代又针对绝缘中发现的 弛系统, 使交联电缆的生产技术进一步完善。
树 枝状放电等现象进行了深入的研究, 以“电树”、 211 导体预热及导体加热系统
“水树”、“化学树”等理论为指导, 发展了干式 (氮气)
导体预热装置是一种已在高压交联生产线上普
交联, 全干式 (氮气交联氮气冷却) 交联等各种交联 遍采用的新技术。原理是利用高频感应加热, 将导体
c1 电缆附件是电缆线路上的绝缘薄弱点已为 多年的运行经验证实, 本次试验使用的终端头是现 场组装的油水式临时终端, 无法对现场运行的终端 头进行评估, 但试验结果已说明电缆本体的绝缘性 能优于电缆接头。
d1 绕包式电缆接头对安装现场的环境和组装 工艺的要求很高, 否则容易发生绝缘击穿事故。
e1 试品剩余寿命分析仅采用了简单的等效计
215 mm
0
0
最初的湿法 (蒸汽) 交联阶段。 ②以全干式 (氮气交 注:W 50 为粒结高度 50% 处的宽度。
联、冷却) 交联, 三层挤出材料超净为标志的发展阶 段。③改进输料系统用自动检测系统净化材料, 用计 算机全自动控制在线自动检测装置监测稳定生产工
2 新技术在高压、超高压电缆中的应用 随着交联电缆向高电压等级发展, 电缆绝缘厚
2001 年 7 月 高 电 压 技 术 第 27 卷总第 104 期 · 3 ·
高压、超高压交联电缆的发展及应用
T echno logy D evelopm en t and A pp lica t ion of H igh and Ex t ra H igh V o ltage Cab le
杂质尺寸
通用级 R
超净级 S
mm
C1
C2
C
0110～ 0120
3
4
0
0121～ 0150
0
1
0
> 0150
0
0
0
表 3 导电屏蔽材料表面最多允许的粒结数 个 m 2
W 50
通用级
超光滑
> 200 Λm
80
15
> 500 Λm
2
1
115～ 215 mm
1
0
XL PE 绝缘电力电缆的发展分为三个阶段: ①
方式, 使用超净绝缘材料、超光滑屏蔽材料和采用真 加热到 80℃～ 100℃ (最高 120℃) , 接近挤出温度,
空超净输料系统, 三层挤出及三层共挤技术等, 使交 降低导体对挤包层的热量吸收, 然后挤包绝缘层, 以
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
电缆在连续交联生产过程中 XL PE 绝缘的温 度较高, 内部绝缘冷却、结晶并收缩产生径向机械应 力, 降低了导体和导体屏蔽间的压力, 增加了绝缘内 形成裂纹和微孔的危险。
降低应力常用排气法, 针对高压、超高压电缆绝 缘的机械应力, 国外出现了在线应力松驰系统和在 线应力减小系统, 前者是在交联生产线的冷却管中 部增加一加热段 (～ 12 m ) , 使已冷却变硬的绝缘表 面被加热 (～ 150℃) 变软, 在绝缘内部收缩力和外部 压力的作用下而压向导体, 提高导体与屏蔽间压力, 消除绝缘收缩应力; 后者是在生产线交联段的末端 增加冷却保温段 (5～ 16 m ) , 使交联后温度很高的 电 缆 绝 缘 内、外 部 都 降 到 不 阻 碍 绝 缘 收 缩 的 温 度 (110～ 120℃) , 此温度较低, 可减少机械应力。 215 电缆金属护套的焊接技术
图 1 绝缘料纯净度 图 2 X—射线显示的 扫描系统 电缆断面
213 X —射线绝缘厚度测量系统 激光扫描法、涡流电缆法 (感应原理)、超声波法
和 X —射线法是电缆绝缘厚度测量的 4 种方法, XL PE 电缆以 X —射线法为最佳。不仅测量准确, 精
度高, 显示直观见图 2, 而且通过控制模块与生产线 的控制系统组成反馈回路自动调节厚度和外径。 214 在线应力减少系统和在线应力松驰系统