(精品)风力发电电力电缆

风力发电电力电缆

21世纪，世界各国都将目光投向了核能、光伏、风能等清洁能源，可再生资源的开发已经成为多数国家能源战略。随着大批光伏企业的倒闭，多数国家对于核能的抵制，而风能的清洁性、可再生性、资源广泛性使其备受瞩目，使其成为了所有新能源中最具规模、技术最成熟、最有商业发展前景的发电模式，据不完全统计，我国大陆及近海岸可利用风能资源已近10亿kW，我国《可再生能源中长期发展规划》指出，2020年我国风电总装机容量达到3000万kW，2013-2020年仍是大有可为的黄金时期。同时也促就了风力发电配套的电缆行业的发展，如用于风电机舱和塔筒内的控制电缆、信号电缆、耐扭曲电力电缆等，因风场环境恶劣，且电力电缆随叶轮摆动而扭曲，所以风力发电用电缆一般要求较高，如要求耐低温、耐油、耐扭曲、耐气候、耐紫外线、耐酸碱等，我国目前风力发电电缆暂无国家标准，只有国家电线电缆质量监督检测中心颁发的TICW01-2009《额定电压1.8/3kV及以下风力发电用耐扭曲软电线》行业标准。近年来，相当一部分实力较强的电缆企业积极发展海外风电电缆业务，所以研发生产符合使用国际标准的风电电缆刻不容缓，本文就一种符合UL标准的风力发电电缆的结构设计、材料选择、关键生产工序等做简要介绍。

图1 风力发电所需大类别电缆示意图

2.结构设计思路与材料选择、尺寸界定

2.1 结构设计思路

风力发电电缆使用环境恶劣，须确保电缆在长期使用环境中可以稳定工作，根据美国国家电工法规

NPFA70，电缆型号为WTTC，在UL认证体系中，WTTC涵盖在ZGZN产品类别下，电压等级是0.6/1kV，美标风力发电电缆设计特性如下：

电缆执行标准：UL 2277-2007、UL 1277-2001、UL62-2006、UL1063-2007、UL1685、UL1581

电缆设计使用寿命：20年

敷设位置：风力发电机内的电缆托架、管道

电缆工作温度：-40℃～90℃（干燥或潮湿环境）

电缆最小弯曲：6D D：电缆外径

导体结构：UL62-2006或UL 1063-2007

电缆绝缘护套物理性能满足UL 2277-2007、UL 1277-2001、UL44-2010

阻燃要求：电缆能够经受UL1685规定的垂直托架燃烧20分钟

电缆具有良好的耐油、耐紫外线、耐酸碱、耐盐雾性能满足UL1581

电缆具有良好的低温弯曲性能，可通过UL 1277-2001中规定的成品电缆在-25±2℃，当试验电缆外径≤17.78mm时，在电缆外径5D的中心棒上卷绕4圈，当电缆外径＞17.78mm时，在电缆外径5D的中心棒弯曲180°

电缆护套变形试验与热冲击试验满足UL1581和UL 1277

试验电压：2.0kV-3.5kV。

按照以上思路进行设计，拟定导体、绝缘、护套材料，进一步设计模具、产品结构尺寸、试制机台、工艺等及其他涉及的技术方面。

2.2 材料选择与尺寸界定

产品材料的选择直接影响了产品性能的优劣，导体按UL62-2006、UL 1063-2007或ASTM B33，选择优质退火无氧第五类软铜导体，导体表面光亮、无氧化和毛刺现象，确定1000V电缆的实际截面积、单丝根数及拉丝工艺（模具、拉丝速度、退火温度等）；绝缘选择三元乙丙橡胶，生产采用挤压式绝缘，确定合适的螺杆（合适的长径比）、滤网等工装模具，与材料供方充分沟通，要求三元乙丙橡胶料具有优异的化学稳定性、耐热、耐低温、耐臭氧的性能；护套选择CPE（氯化聚乙烯），该材料具有优良的耐候性、耐臭氧性、耐化学药品性、耐油性、阻燃性，最后确定工艺（挤出温度、速度等）。

3.关键生产工序控制

导体绞合工序对于额定电压为0.6/1kV风力发电电缆来讲具有特殊重要性，可使用国外进口连续退火多头拉丝机拉制，在试制过程中，需跟踪工艺的有效执行及可行性情况，在保证电缆导体的柔和、扭转前提下，有效的调整单丝直径、每股根数、绞合股数、绞合节距、绞合速度，使得电缆的柔软度、扭转性能、圆整度大大提高，值得注意的是，当电缆导体单丝绞合方向是同向时，会有效的提高导体的柔软度，但会降低导体的紧密程度，需要工艺控制和合适的模具才能实现导体单丝同向绞合且不影响导体的相关性能。

绝缘挤出工序应严格控制，特别是如12AWG或14AWG及以下等小规格线缆时尤为重要，因为挤橡机挤出量较小，三元乙丙橡胶绝缘料的加工性能要求较高，如温度、螺杆长径比、螺杆剪切力发热量等比较敏感，如塑化不完全，则表面会出现三元乙丙橡胶生料粒子；如挤出温度偏低，表面会出现毛糙等现象；如果挤出温度过高，则会出现部分焦烧等现象，进而导致生料卡堵在橡机挤螺杆内，影响生产，而使用进口挤出机可有效降低上述问题带来的风险，具有现场可靠性和安全性。护套为CPE，基本要求与控制与绝缘料类似，不多描述。

高电压等级风电电缆如35kV基本采用三元乙丙橡胶或交联聚乙烯三层共挤方式，UL风电电缆体系目前主要以1000V和2000V为主。众多实践证明，只有控制好挤出工艺才能生产出合格的产品，任何一款新产品都要经过不断的验证和调整，才能使得绝缘、护套挤出稳定，性能合格。

3.1 UL2277与TICW1主要区别

首先，电缆型号表示方式不一样，UL体系中的风电电缆主要以WTTC、TC为主，而TICW1中延续了GB 电缆标准的命名方法，如FDEF等；

其次，电压等级不同，UL体系中以1000V和2000V为主，TICW1以450/700V、0.6/1kV、1.8/3kV等为主；

第三，相关测试指标不同，如UL体系是低温弯曲试验，而TICW1则是低温耐扭试验，二种测试方法截然不同，但所考核的指标却有联系；UL体系不考核低温耐扭性能；

第四，UL体系考核烟密度指标，而TICW1不考核烟密度指标。

3.2 一种国外某风力发电电缆简介

本章节介绍一款北美地区某知名电缆公司生产的风力发电用柔性电力电缆，如图2所示，该电缆主要特性如下：

图2 一款国外风力发电用电力电缆

电缆尺寸：2/0AWG（相当于公制外径9.27mm）

ICEA S-95-658/ NEMA WC-70：无屏蔽电力电缆，2000V

UL 44：热固性绝缘电缆，RHH, RHW-2. UL VW-1型

UL 1685：垂直托盘火焰传播和光电缆的烟密度试验(UL,ST-1)

ASTM B-33：电工用镀锡退火软铜导体