35kV冷縮式和熱縮式電纜附件在風電場中的應用

摘  要： 目前很多風電場都建在內(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，風電場的35kV集電線路均采用直埋電纜敷設方式，從運行情況來看，電纜中間頭處存在一些短路問題。
 

新能源在中國的發(fā)展現(xiàn)在已經(jīng)駛上快車道，風電在其中占了不小的份額，很多風電場建在內(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，風電場的35kV集電線路均采用直埋電纜敷設方式，從運行情況來看，電纜中間頭存在放炮現(xiàn)象。

在這里首先引入幾個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。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，接觸電阻應小而穩(wěn)定，能經(jīng)受故障電流的沖擊，運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，附件絕緣的耐壓強度不應低于電纜本身，介質(zhì)損耗應達到相應國家標準和廠家要求；戶外部分還要考慮有嚴酷氣候條件下能安全運行，一般應按電力部標準中三級污穢確定外絕緣長度，而外露導電部分對地距離和相間距離應符合相應要求。對于中低壓電纜附件，由于XLPE絕緣電纜附件多為干式絕緣結構的附件，同時密封的主要作用就是防止運行中環(huán)境的潮氣和導電介質(zhì)浸入絕緣內(nèi)部，引起樹枝放電等危害。對于超高壓電纜，如110kV及以上電壓等級XLPE絕緣電纜，密封不但有上述作用，而且對防止附件內(nèi)部充油的泄漏起關鍵作用。第三是良好的機械強度，附件在安裝和運行狀態(tài)下要受到很多外力作用，如人為內(nèi)力、電動力等，特別是110kV以上電壓等級電纜附件、電纜本身回縮、彈力等也對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）、附件結構、安裝工藝、環(huán)境。

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

電纜附件的發(fā)展從繞包式開始，接著是瓷套式、澆注式、熱縮式、預制式、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。兩種結構類型的產(chǎn)品具有不同特點。

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

2）熱縮式電纜附件的產(chǎn)品特點。熱縮式電纜附件采用橡塑復合材料（聚合物）擠出成型，用高能輻照方法使其交聯(lián)，在出廠前膨脹擴徑到所需的幾何尺寸時冷卻定型；在現(xiàn)場安裝時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，達到絕緣密封的要求。電應力控制單元為參數(shù)型。
 

3）冷縮式電纜附件的特點（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：

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合材料（聚合物），材料本身沒有彈性，只有“彈性記憶”功能。

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

熱縮式電纜附件電應力控制單元為參數(shù)型，即電應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程中容易發(fā)生改變，導致電應力控制單元性能不穩(wěn)定。

③ 結構型式更加理想。冷縮式電纜附件的應力錐與絕緣部分經(jīng)高溫、高壓成型工藝在工廠內(nèi)預制成一整體，安裝時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)場安裝工作量少。

熱縮式電纜附件，其結構為管材：應力管、內(nèi)外絕緣管、半導電管重疊而成，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：無需動火。由于結構型式的限制，在某些忌火的場合，熱縮式電纜附件不適用；而冷縮式電纜附件不受此限制，安裝時無需動火及其他特殊工具，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，同時對界面有較大的壓力，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，常溫下沒有彈性，在安裝就位后，電纜的彎曲揉動會造成熱縮附件與電纜之間脫開；電纜運行過程中、周圍環(huán)境溫度的變化，也將會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，使實際運行中局部放電性能很差，尤其是35kV電壓等級，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，當電纜因溫度產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象時，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力來實現(xiàn)。熱縮附件安裝后，當溫度下降時，電纜隨之收縮（熱脹冷縮），而已收縮好的熱縮部件結構穩(wěn)定，不再具有彈性，故對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。國產(chǎn)冷縮式中間頭（戶外）的材料成本是熱縮式的6-7倍，材料價格約6500元（規(guī)格不同有些差別）；國產(chǎn)熱縮式終端頭（戶外）的材料價格是熱縮式的4-5倍，材料價格約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（即制作所用人工費用）冷縮頭略大于熱縮頭的制作成本。
 

早期大唐輝騰梁風電場35kV集電線路采用熱縮式高壓電纜頭，運行一段時間后，電纜中間頭處開始接二連三出現(xiàn)短路故障，對風電場運行帶來了很大的損失，經(jīng)分析，風電場所處位置海拔較高，有半年時間氣溫基本處于0℃以下，有時可達到-30℃，而熱縮式電纜頭的施工環(huán)境溫度要求在0℃以上；風電場采用的是YJY23-26/35KV聚乙烯電力電纜，在安裝以及運行過程中存在伸縮性，電纜在運行時會有發(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，因此電纜的伸縮導致電纜接頭進水，絕緣降低，從而影響電纜使用壽命。

在后期輝騰梁風電場的擴建過程中，35kV集電線路開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。




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