高压充油电缆与交联聚乙烯电缆的比较

高压充油电缆与交联聚乙烯电缆的比较

高压充油电缆与交联聚乙烯电缆的比较

一、前言

在110kv 及以上电压等级的高压电缆线路中．目前普遍使用的是充油电缆和交联聚乙烯（简称交联电缆）。由于绝缘材料和结构都不同（前者属复合介质的油纸绝缘，后者属单一介质的挤塑绝缘），它们的件能特点有较大差异、二者的使用条件和适用场合也有所不同。

高压电缆的选型是电力工程建设中一个重要的组成部分，而充油电缆和交联电缆又是目前可供选择的两种主要型式、在具体的工程项目中、选择哪一种电缆比较安全和经济，则要进行详细的技术比较。本文从使用者的角度，对这个问题作一综述，以供同行参考。

二、充油电缆充油电缆的结构特点是用低粘度的绝缘油充入电缆绝缘内部，并由供油设备供给一定的压力以消除绝缘内部产生气隙的可能性，是"压力型" 电线的代表产品。它主要应用于高电压（110kV 及以上）、大容量的场合．如城网中的主干线和大型水、火电厂以及枢纽变电站的进出线等充油电缆已有约70年的使用历史。1924 年意大利安装了第一条130kV 充油电缆；美国自1927年首次使用132kV充油电缆，并于1934年完成第一条220kV电缆的敷设；法国在1955年制成了425kV充油电缆；目前，日本已着手研制和试运行750-800kV 的超高压充油电缆。目此．无论在制造上和使用上，充油电缆都有一套比较成熟的技术和经验，即使在我国也有30多年的使用历史。

1. 优点

充油电缆主要有以下优点：

•可靠性高由于电缆绝缘内部保持一定的压力，外界水分和空气不能从电缆本体或附件进入绝缘内部，因此，充油电统只要油压正常，它的长期运行可靠性就不成问题，使用寿命可达四、五十年。如大连某发电厂30年代敷设的两回66kY的充油电缆直至60年代才第一次换油；上海和天津等老城区有大量在二、三个年代敷设的油纸绝绿电缆直到现在仍在使用。这些事例说明了以天然矿物油为主体的电缆绝缘在电场中有很高的稳定性．充油电缆即使出现外力破坏损伤护层造成漏油或护层接地以及短时超负荷高温等异常现象，运行人员也可根据油压指示异常和报警装置动作而及时采取措施进行处理，避免造成事故。如果漏油量不大可通过供油装置维持油压继续运行，待计划停电时再处理．从广州地区的使用情况来看．除出现过极个别的电缆在安装中造成爆炸事故外运行情况正常。

• 维护工作量少由于充油电缆绝缘处于一个密封系统内所以当电缆线路敷设安装完成，经交接试验合格投产后，不需进行维修或预防性试验只需配合停电定期取油样化验。按常规做法，只要油质量合格，电缆绝缘就是正常的。即使油化验不合格．也可经滤油处理后继续使用。

• 所需备品少

充油电缆不论是电缆本体还是附件．其通用率较高，从而可大大减少备品的数量。多年来，电缆运行部门对于同一电压和规格的接头，终端头均只备1-

2 套备品即可，且备品的保存时间也相当长，其中的绝缘油如出现劣化，经过滤处理后仍可继续使用。如果用国产充油电缆，其备品订购或补充部比较容易不需外汇资金。

•适用更高的电压等级

近年，国外出现了一种新绝缘结构的充油电缆．即pplp 结构．它用两层低损耗的木质纤维纸中间夹人一层聚丙烯薄膜构成复合绝缘纸，和普通的电缆绝缘纸相比，它具有很高的绝组强度和很低的介质损耗（ =2.8*0.001, 普通充油电缆为3.4-3.7x0.0025-0.004）, 这种结构用在500-800kv 的充油电缆中是很有前途的。目前，日本已成功地开发了这种产品，其试验段正在进行长期可靠性验证试验。

2. 缺点

充油电缆主要有以下缺点

• 敷设安装不方便由于充油电缆本体任何时候都不能离开压力箱和油管等设施，这样就人大增加了敷设施工的难度和复杂性，因而对施工人员的专业要求较高．如敷设过程中需割断电缆，在操作中稍有不慎就会导致绝缘油流失或空气潮气及钢屑等进入绝缘内部而造成隐患。

油务（真空）工作是充油电缆施工中的重要组成部分。它是一个特殊的工种，有一整套的工艺要求，必须由受过专门训练的油务工作人员进行，还要添置一套油务（真空）装置和仪器。由于需安装供油系统各项附属设备和进行真空注油等工作．充油电缆接头终端头的安装工期比较交联电缆要长，如安装一组110kv 交联电缆接头或终端头计划时间是 1 周（实际可缩短4-5 天），而安装一组充油电缆终端头则需 1 同半的时间，如要进行油处理，往往要2-3 周。

•易燃性高

充油电缆用的绝缘油是可燃液体，闪点低（一般低粘度的油闪点在140 下），很容易着火，而封端操作要使用喷灯等明火器具，稍不注意便会引燃起火．另外．如果运行中的充油电缆线路一旦由于外部原因或电缆头爆炸起火，因电缆有"延燃性"，会酿成严重的火灾，这类事故国内外都发生过多次．较典型的事例如美国大古力水电厂由于机组的充油电线着火延燃，导致6回路电缆和2700MW%组全部停运。

•落差受限制充油电缆的金属护套要承受电缆内部油压的作用在高落差的敷设条

件下，静油压加大．虽然可以用增大护套厚度．加强铠装或采用塞止式接头等技术措施来解决，但由于技术上和经济上的原因，其敷设落差还是受较大的限制。

• 用于震动场所时要采取防震措施充油电缆的金属护套在长期承受震动后台产生疲劳龟裂现象，对于敷设在桥梁或其它有震动的场所的充油电缆．要采取特殊的防震措施。

三、交联电缆

交联电缆是"固态"绝缘的代表产品。聚乙烯树脂本身是一种常温下电性能极优的绝缘材料。用辐照或化学方法对它进行交联处理，使其分子由原来的线型结构变成网状立体结构，从而改善材料在高温下的电性能和机械性能。用这种材料作高压电绒的绝缘可以不用绝缘油之类的液体，是一种干式绝缘结构。它适用于10kV 及以上电压等级的输配电线路，使用场合十分广泛。

交联电缆的使用历史不长，只有30年左右，但发展很快。自60 年代初世界上第一条66kV交联电缆投入使用以来，大约每5年便提高一个电压等级。目前•全世界66kV电压等级以下交联电缆的销售量已占电力电缆总量的90％以上。在日本，这等级以下的交联电缆已基本取代了充油电缆•附图是东京自力公司10年间66kV级N电力电缆线路量的变化情况。从图可见，10年间充油电缆几乎没有增加，而交联电缆则从原来月占5％

迅速增加到大约与充油电缆相当的数量。

70年代普遍的看法是交联电线适用限度为110 一220kV级，但随着干式交联工艺、三层挤出工艺及采用超净材料生产线等重大技术进步的实现电缆绝缘性能得了大幅度的提高，以上的界限已被突破。日前法国SLLEC 公司的400kv聚乙烯绝缘电缆和日本日立公司的500kv交联电缆都是有代表性的产品，已有接近10年的使用历史。

我国从80年代中期开始，在京、沪、穗、深等城市陆续进口了一批

110 一220kV交联电缆，运行情况总的来说还是不错的，各地在施工和运行方面也积累了一些有益的经验。

1. 优点

交联电缆主要有以下优点：

•优越的电气性能交联聚乙烯作为电缆的绝缘介质，具有十分优越的电性能，在理论上，其性能指标甚至比充油电缆还好，如附表所示。

表格1

•良好的耐热性和机械性能聚乙烯树脂经交联工艺处理后，大大提高了耐热性和机械性能。由

于耐热性能好，其正常工作温度达90．比充油电缆高，因而在同一导体截面时，载流量比后者高。

•敷设安装方便由于交联电缆是干式绝缘结构不需敷设供油设备．这样给线路敷设

和施工带来很大的方便．接头和终端头的安装比较容易，部分接头和终端头已采用预制成型附件、省却了油务工作，安装时间可缩短，施工现场火灾危险也相对较小。此外，线路高差不受限制．适用于震动场所如桥上敷设，与GIS连接时不存在油混入气体中的问题等。

2. 缺点

高电压等级的交联电缆的开发、使用时间还不长，大约只有20年左右的历史，无论在制造工艺上还是运行使用上的技术和经验远不如充油电线成熟，在理论上和实践上都还有一些问题有待解决。其中最重要的带根本性问题是对其长期运行可靠件与使用寿命的评价至今没有取得一致的结论。

交联聚乙烯作为一种绝缘介质，虽然在理论上具有十分优越的电气性能，但作为制成品的电缆，其性能受工艺过程的影响很大。从材料生产、处理到绝缘层（包括屏蔽层）挤塑的整个生产过程中．绝缘层内部难以避

免出现杂质、水分和微孔，按目前的技术水平，只能尽量控制它们的数量和尺寸，更为不利的是，电缆的电压等级越高．绝缘厚度越大．挤压后冷却收缩过程产生空隙的几率也越大。另外，由于工艺原因，会造成内外半导电屏蔽层的界面不光滑或不均匀。同样会影响电缆的性能。一些研究报告显示，上述的绝缘缺陷不是局部性的，运行一定时期后，由于"树枝" 老

化现象，使整体绝缘下降，从而降低电缆的使用寿命。当然．以上的可靠性问