35kV冷縮式和熱縮式電纜附件在風(fēng)電場(chǎng)中的應(yīng)用

摘  要： 目前很多風(fēng)電場(chǎng)都建在內(nèi)蒙古的大草原上，為了不破壞草原植被及草原的整體外觀，風(fēng)電場(chǎng)的35kV集電線路均采用直埋電纜敷設(shè)方式，從運(yùn)行情況來(lái)看，電纜中間頭處存在一些短路問(wèn)題。
 

新能源在中國(guó)的發(fā)展現(xiàn)在已經(jīng)駛上快車(chē)道，風(fēng)電在其中占了不小的份額，很多風(fēng)電場(chǎng)建在內(nèi)蒙古的大草原上，為了不破壞草原植被及草原的整體外觀，風(fēng)電場(chǎng)的35kV集電線路均采用直埋電纜敷設(shè)方式，從運(yùn)行情況來(lái)看，電纜中間頭存在放炮現(xiàn)象。

在這里首先引入幾個(gè)電纜附件的基本概念，電纜附件是指在電纜線路中各種電纜終端和接頭的統(tǒng)稱(chēng)。電纜終端頭是指安裝在電纜線線路的末端與架空線或電氣設(shè)備連接的一種裝置。電纜接頭是指電纜與電纜之間相互連接的裝置。
 

電纜附件要求，首先線芯連接要好，接觸電阻應(yīng)小而穩(wěn)定，能經(jīng)受故障電流的沖擊，運(yùn)行中的接頭電阻不大于電纜線芯本身電阻的1.2倍。其次是絕緣性能，附件絕緣的耐壓強(qiáng)度不應(yīng)低于電纜本身，介質(zhì)損耗應(yīng)達(dá)到相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和廠家要求；戶(hù)外部分還要考慮有嚴(yán)酷氣候條件下能安全運(yùn)行，一般應(yīng)按電力部標(biāo)準(zhǔn)中三級(jí)污穢確定外絕緣長(zhǎng)度，而外露導(dǎo)電部分對(duì)地距離和相間距離應(yīng)符合相應(yīng)要求。對(duì)于中低壓電纜附件，由于XLPE絕緣電纜附件多為干式絕緣結(jié)構(gòu)的附件，同時(shí)密封的主要作用就是防止運(yùn)行中環(huán)境的潮氣和導(dǎo)電介質(zhì)浸入絕緣內(nèi)部，引起樹(shù)枝放電等危害。對(duì)于超高壓電纜，如110kV及以上電壓等級(jí)XLPE絕緣電纜，密封不但有上述作用，而且對(duì)防止附件內(nèi)部充油的泄漏起關(guān)鍵作用。第三是良好的機(jī)械強(qiáng)度，附件在安裝和運(yùn)行狀態(tài)下要受到很多外力作用，如人為內(nèi)力、電動(dòng)力等，特別是110kV以上電壓等級(jí)電纜附件、電纜本身回縮、彈力等也對(duì)附件本身提出較高的要求。
 

影響附件質(zhì)量的主要因素有，電氣絕緣性能、熱性能（抗老化性能、散熱性能）、附件結(jié)構(gòu)、安裝工藝、環(huán)境。

附件安裝的注意事項(xiàng)，電纜和附件的清潔處理；檢查電纜的受潮情況；嚴(yán)格按安裝工藝提供的尺寸進(jìn)行剝切，注意剝切中不能損傷電纜；半導(dǎo)電層與絕緣層光滑過(guò)渡；去線芯表面氧化層；去金具等的毛刺、飛邊；不能有產(chǎn)品開(kāi)裂現(xiàn)象；冷縮產(chǎn)品骨架不能松動(dòng)。

電纜附件的發(fā)展從繞包式開(kāi)始，接著是瓷套式、澆注式、熱縮式、預(yù)制式、冷縮式。

目前用于6～35kV擠包絕緣電力電纜的附件，大部分是冷縮式電纜附件和熱縮式電纜附件。兩種結(jié)構(gòu)類(lèi)型的產(chǎn)品具有不同特點(diǎn)。

1）冷縮式電纜附件的產(chǎn)品特點(diǎn)。冷縮式電纜附件以高彈性特種硅橡膠為材料注射成型。電應(yīng)力控制單元為幾何型：應(yīng)力錐，采用高溫、高壓硫化成型工藝與絕緣主體預(yù)制成一整體，形狀尺寸可靠，電氣性能穩(wěn)定。安裝時(shí)箍緊在電纜上，與電纜成為一體。

2）熱縮式電纜附件的產(chǎn)品特點(diǎn)。熱縮式電纜附件采用橡塑復(fù)合材料（聚合物）擠出成型，用高能輻照方法使其交聯(lián)，在出廠前膨脹擴(kuò)徑到所需的幾何尺寸時(shí)冷卻定型；在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)需要加熱到一定溫度，利用聚合物的“彈性記憶”性能回縮到位，從而將電纜剖切安裝部分箍緊密封，達(dá)到絕緣密封的要求。電應(yīng)力控制單元為參數(shù)型。
 

3）冷縮式電纜附件的特點(diǎn)（與熱縮式電纜附件比較）。與熱縮式電纜附件相比，冷縮式電纜附件具有下列特點(diǎn)：

① 材料電氣性能優(yōu)良。冷縮式電纜附件所采用的材料為硅橡膠，具有極高的彈性、良好的絕緣性能、抗漏電痕、憎水性、耐氣候性、耐紫外老化。

熱縮式電纜附件所采用的材料為橡塑復(fù)合材料（聚合物），材料本身沒(méi)有彈性，只有“彈性記憶”功能。

② 電應(yīng)力控制單元性能穩(wěn)定。冷縮式電纜附件的電應(yīng)力控制單元為幾何型：即應(yīng)力錐，它是依靠幾何曲線來(lái)改善電場(chǎng)畸變，其形狀在公司已成型好，故電應(yīng)力控制單元性能穩(wěn)定。

熱縮式電纜附件電應(yīng)力控制單元為參數(shù)型，即電應(yīng)力控制單元是采用高介電常數(shù)和體積電阻率介于絕緣材料和半導(dǎo)電材料之間的材料成型而成，這種材料的特殊參數(shù)很難控制且在成型及施工過(guò)程中容易發(fā)生改變，導(dǎo)致電應(yīng)力控制單元性能不穩(wěn)定。

③ 結(jié)構(gòu)型式更加理想。冷縮式電纜附件的應(yīng)力錐與絕緣部分經(jīng)高溫、高壓成型工藝在工廠內(nèi)預(yù)制成一整體，安裝時(shí)只需將附件套裝在已處理好的電纜上即可，其產(chǎn)品質(zhì)量在工廠內(nèi)能得到控制，現(xiàn)場(chǎng)安裝工作量少。

熱縮式電纜附件，其結(jié)構(gòu)為管材：應(yīng)力管、內(nèi)外絕緣管、半導(dǎo)電管重疊而成，各種管材之間難免存在微小的氣隙，尤其是中間接頭其局部放電性能很難保證。

④ 安裝更加方便：無(wú)需動(dòng)火。由于結(jié)構(gòu)型式的限制，在某些忌火的場(chǎng)合，熱縮式電纜附件不適用；而冷縮式電纜附件不受此限制，安裝時(shí)無(wú)需動(dòng)火及其他特殊工具，只需將主體內(nèi)的骨架抽出或用手將主體套入即可。

⑤ 界面特性良好。冷縮式電纜附件所用的材料為高彈性硅橡膠，附件為一彈性體，安裝后附件始終緊緊箍在電纜上，與電纜成為一體，同時(shí)對(duì)界面有較大的壓力，具有良好的界面特性，局部放電性能很好。

由于熱縮式電纜附件的材料加熱后，常溫下沒(méi)有彈性，在安裝就位后，電纜的彎曲揉動(dòng)會(huì)造成熱縮附件與電纜之間脫開(kāi)；電纜運(yùn)行過(guò)程中、周?chē)h(huán)境溫度的變化，也將會(huì)使熱縮附件與電纜之間產(chǎn)生間隙，從而將造成附件與電纜之間的界面性能差，使實(shí)際運(yùn)行中局部放電性能很差，尤其是35kV電壓等級(jí)，更是如此。

⑥ 密封性能可靠。冷縮式電纜附件的因其材料為高彈性硅橡膠材料，安裝后附件與電纜成為一體，當(dāng)電纜因溫度產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象時(shí)，附件也將隨之熱脹冷縮，始終箍緊在電纜上，密封性能優(yōu)良。

熱縮式電纜附件的密封主要靠熱熔膠和收縮壓緊應(yīng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)。熱縮附件安裝后，當(dāng)溫度下降時(shí)，電纜隨之收縮（熱脹冷縮），而已收縮好的熱縮部件結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不再具有彈性，故對(duì)電纜失去彈性壓緊力，密封全靠密封膠，密封性能不可靠。

⑦ 材料及制作成本比較。國(guó)產(chǎn)冷縮式中間頭（戶(hù)外）的材料成本是熱縮式的6-7倍，材料價(jià)格約6500元（規(guī)格不同有些差別）；國(guó)產(chǎn)熱縮式終端頭（戶(hù)外）的材料價(jià)格是熱縮式的4-5倍，材料價(jià)格約3000元（規(guī)格不同有些差別）。其它消耗性材料相差不大。制作成本（即制作所用人工費(fèi)用）冷縮頭略大于熱縮頭的制作成本。
 

早期大唐輝騰梁風(fēng)電場(chǎng)35kV集電線路采用熱縮式高壓電纜頭，運(yùn)行一段時(shí)間后，電纜中間頭處開(kāi)始接二連三出現(xiàn)短路故障，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行帶來(lái)了很大的損失，經(jīng)分析，風(fēng)電場(chǎng)所處位置海拔較高，有半年時(shí)間氣溫基本處于0℃以下，有時(shí)可達(dá)到-30℃，而熱縮式電纜頭的施工環(huán)境溫度要求在0℃以上；風(fēng)電場(chǎng)采用的是YJY23-26/35KV聚乙烯電力電纜，在安裝以及運(yùn)行過(guò)程中存在伸縮性，電纜在運(yùn)行時(shí)會(huì)有發(fā)熱現(xiàn)象。熱縮附件采用的是聚乙烯熱縮套管，在熱縮后一次成形，不能隨著電纜一起熱脹冷縮，因此電纜的伸縮導(dǎo)致電纜接頭進(jìn)水，絕緣降低，從而影響電纜使用壽命。

在后期輝騰梁風(fēng)電場(chǎng)的擴(kuò)建過(guò)程中，35kV集電線路開(kāi)始采用冷縮式高壓電纜頭，雖然投資有所提高，但與發(fā)生故障后影響的發(fā)電量相比，這些投資就可以忽略不計(jì)。




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