張東斐， 唐慶華， 滿玉巖， 王 偉， 孫建生，劉定成， 徐曉峰， 李春剛

(1.天津市電力公司，天津300010;2.天津市電力科學研究院，天津300384;3.上海電纜研究所，上海200093)

0 引言

我國正處在工業(yè)化及城市化階段，對能源的需求非常迫切。隨著城市化建設要求的不斷提高，我國發(fā)達地區(qū)城市及省會城市趨向于在城市中心區(qū)域用高壓電力電纜傳輸電能。目前，高壓電纜輸電網(wǎng)絡在快遞增長，故障率也有逐漸升高的趨勢，其中除了安裝敷設以及后期的運行維護階段的因素外，高壓電力電纜系統(tǒng)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)也是十分重要的。

1 概述

近年來，我國高壓電纜市場需求激增，由此也促進了高壓電纜生產(chǎn)建設規(guī)模及產(chǎn)能的擴張，尤其是2008年以來，以立式連續(xù)交聯(lián)(VCV)為代表的高壓電纜生產(chǎn)建設異突起。圖1顯示了歷年來我國VCV生產(chǎn)線累計投產(chǎn)情況，特別是最近兩年，新增的VCV生產(chǎn)線超過了以前20年的總量，這表現(xiàn)出我國線纜行業(yè)高壓電纜發(fā)展的現(xiàn)狀，但同時可能帶來的諸多問題也令整個行業(yè)乃至社會憂慮。

本文在對超高壓電纜和附件生產(chǎn)進行調研的基礎上，對提高電纜系統(tǒng)可靠性相關的因素進行了初步分析，提出若干建議。

圖1 歷年來我國VCV生產(chǎn)線累計增加情況

1.1 全球高壓及超高壓電纜應用情況

據(jù)第二屆世界電線電纜大會英國商品研究所(CRU)的資料統(tǒng)計，2008年全世界高壓及超高壓電纜的總產(chǎn)量為14.21萬t標準銅，按代表規(guī)格1 000 mm2計算，約合16 000 km。高壓及超高壓電纜的用銅量為電力電纜總用銅量的3%，產(chǎn)值是電力電纜總產(chǎn)值的8%，產(chǎn)量及產(chǎn)值只占整個電力電纜市場的一小部分。同為CRU統(tǒng)計，中國超高壓電纜的應用僅占世界的9%，由此可見，中國的超高壓電纜應用仍有較大空間。

1.2 我國高壓及超高壓電纜發(fā)展情況

據(jù)上海電纜研究所信息中心(SECRI－INFO)統(tǒng)計，2003～2008年我國高壓電纜導體產(chǎn)量的復合年度增長率(CAGR)為33.4%，同期全部電力電纜導體產(chǎn)量CAGR為13.8%。

2008年我國高壓及超高壓交聯(lián)電纜的產(chǎn)量約為9 450 km，同比增長29.6%。SECRI－INFO調查了國內(nèi)20家企業(yè)，2007、2008年這20家企業(yè)產(chǎn)量分別占當年全國總產(chǎn)量的89.6%和88%。其結構性的數(shù)據(jù)分析反映了高壓及超高壓交聯(lián)電纜制造和生產(chǎn)集中度的實際情況。

1.3 我國高壓及超高壓電纜附件發(fā)展情況

在110 kV電壓等級，我國電纜附件制造企業(yè)在國際上已經(jīng)處于中上等水平，國產(chǎn)附件也占據(jù)了國內(nèi)絕大部分市場。但是我國超高壓(220～500 kV)電纜附件發(fā)展仍遠遠落后于電纜本體發(fā)展，中國市場幾乎被實力雄厚的日本和歐洲的公司所占據(jù)。我國有實力制造超高壓電纜附件的企業(yè)屈指可數(shù)，220 kV電纜附近件通過一年預鑒定試驗的只有四家企業(yè)，截至2009年年底，500 kV電纜附件在國內(nèi)僅有一家企業(yè)通過了有關機構的型式試驗。

我國超高壓電纜附件與國外差距比較大，只能配套220 kV等級電纜，中間接頭關鍵部件還大多依賴進口，500 kV電纜附件在研究之中，因此在超高壓領域，我國仍較多采用國外電纜附件。

2 高壓電力電纜制造影響因素分析

2.1 原材料

優(yōu)質的原材料是生產(chǎn)高質量電纜的前提條件這一。運行良好的供應商評價體系、完善的原材料檢測手段、可追溯的質量信息管道成為超高電纜原材料質量控制的關鍵組成。

優(yōu)秀的制造商能夠切實按批次對材料(如銅桿、護套料等)進行抽檢，確保其質量。作為特例，目前我國超高壓電纜采用的關鍵材料，即絕緣和半導電超凈料均為進口。由于其潔凈度的特殊性，沒有一個廠家對這些材料的入庫驗收過程進行實質的質量，一般都是查驗質保文件以及產(chǎn)品的外包裝情況。此外，由于檢測條件的限制，國內(nèi)機構也很少能對些材料進行檢驗。而電纜的絕緣是反映電纜電氣性能的核心部分，絕緣料的耐電強度及其他電氣參數(shù)的高低，直接關系電纜絕緣性能，從而影響電纜系統(tǒng)的可靠性。

2.2 電纜制造工藝過程

(1)導體絞制

導體附近的電場強度最高，因此對超高壓電纜的質量直接相關。目前，國內(nèi)制造電纜企業(yè)對電纜導體的生產(chǎn)都相當重視，大都采用了國內(nèi)甚至國際上先進的絞制和成纜設備，生產(chǎn)能力上調研的廠家能生產(chǎn)的最大導體截面都為2 500 mm2，個別的具備3 000 mm2，圓整度也基本達到要求。實際上，在導體生產(chǎn)過程中，除了設備，還有很多關鍵的因素能夠左右最終的產(chǎn)品質量。如絞制成品上銅屑的處理、半成品的管理(盤具的保護、在收線盤內(nèi)的層間保護以及每層導體間的保護)、大截面分分割導體的成纜圓整度。

調研中發(fā)現(xiàn)，一些廠家在大截面分割導體制造質量上還需要提高工藝水平，主要表現(xiàn)在圓整度不夠，有凸脊突出，進而導致下一工序的導體屏蔽與電纜絕緣界面，就不得不增加導體屏蔽的厚度。

(2)絕緣擠出

超高壓電力電纜絕緣的制造國內(nèi)幾乎都采用了目前世界上最選進的工藝:三層共擠、導體預熱、在線偏心監(jiān)測、熱應力在線松弛，而且國內(nèi)還都用VCV生產(chǎn)線來生產(chǎn)。表1是參加調研的6個廠家的VCV線的數(shù)量和制造廠家。

表1 參加調研廠家的VCV線的數(shù)量和制造廠家

除了先進的制造設備，決定超高壓電纜絕緣質量的還有諸多因素，如材料、工藝條件、連續(xù)開機時間、過濾網(wǎng)、去氣工藝等。

連續(xù)開機時間，參加調研的公司在生產(chǎn)220 kV電纜時一般都控制在7天左右。過濾網(wǎng)的問題，據(jù)有關資料介紹，國外電纜制造商傾向于使用高目數(shù)的過濾網(wǎng)，并且層數(shù)也較多。一些廠家采用的是進口的過濾網(wǎng)，據(jù)稱質量比國產(chǎn)的要穩(wěn)定。

去氣是高壓電纜生產(chǎn)過程中很關鍵的一個步驟，對提高電纜電氣性能和滿足電壓試驗要求至關重要。即使對中壓電力電纜，去氣也是十分重要的，在實際生產(chǎn)中，經(jīng)常會出現(xiàn)交聯(lián)電纜出廠試驗局放超標，放置一段時間后重新試驗又合格的情況。究其原因，主要是交聯(lián)副產(chǎn)物濃度過高。

去氣工藝的關鍵是設備和技術參數(shù)的選擇。技術參數(shù)上溫度一般取60～70℃，時間上與絕緣厚度相關，220 kV電纜一般為10～16天，設備上一般采用帶加熱和溫控設備的烘房。在去氣期間，溫度控制的準確度以及均勻性十分重要。調研中發(fā)現(xiàn)有的廠家采用自制加熱烘房，帶溫控設備。

超高壓電纜絕緣質量缺陷主要有異物、氣孔和突起。工藝上可采取的相應控制手段有:在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，由過濾網(wǎng)來強化過濾，以及控制溫度、壓力等制造條件;在檢查手段方面，所有使用的樹脂都要經(jīng)過檢查，并采用端頭切片檢查。值得一提的是，材料向擠出機輸過程、材料在擠出機機體及機頭的流動過程中也不可避免地會產(chǎn)生異物。同時，還要努力減少擠出螺桿和機頭上的物質殘留。不再單純追求擠出效率，而是轉向追求擠出的塑化質量以及擠出機頭各處熔融體流速均一，減小偏心。

(3)金屬護套和外護層

金屬護套生產(chǎn)多樣化，有的采用壓鋁機生產(chǎn)，也有的采用包覆金屬帶有氬弧焊焊接生產(chǎn)。應該說，兩種工藝各有千秋。在調研中我們也發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)企業(yè)為了滿足不同客戶的需要，大多配置了兩套設備，既能擠制金屬護套，也能焊接。表2是參加調研廠家的金屬護套生產(chǎn)線的數(shù)量和型式。

表2 參加調研廠家的金屬護套生產(chǎn)線的數(shù)量和型式(鋁套)

擠制金屬護套的工藝關鍵是在更換鋁錠時溫度的控制，包括降溫措施的應用和可靠性。焊接金屬護套的工藝關鍵是焊縫的處理以及在線探傷設備的應用。調研中發(fā)現(xiàn)有的廠家焊接縫下有較大的顆粒。如果正好軋紋后焊縫下的大顆粒處于波紋的凹處，當電纜在運行中膨脹時，對電纜的運行將會留下隱患。

高壓電纜的外護層除了常規(guī)的機械性能要求外，為了防止因感應電壓造成人員傷害，在出廠試驗中有測試絕緣電阻和進行電壓試驗的要求。外護層過去一般使用石墨涂層作護套耐壓試驗電極，目前有使用擠塑導電層，與外護套一起雙層擠出。

3 電纜系統(tǒng)

根據(jù)ICE 62067［1］最新版規(guī)定，對于高壓和超高壓電纜，更加強調電纜系統(tǒng)的概念。根據(jù)調研的情況，目前有電纜制造公司已經(jīng)有自己制造配套附件的計劃，并且部分已經(jīng)在110 kV等級成功運行。但是附件公司還沒有類似的計劃。我國相應電纜標準也會逐步進行修改，在內(nèi)容上與IEC保持一致，對只生產(chǎn)電纜或附件的公司，可能會增加補充試驗的時間和費用。

4 建議和措施

我國交聯(lián)電纜起步于上世紀80年代，比發(fā)達國家晚近20年。高壓、超高壓電纜的發(fā)展時間更短，是在改革開放后靠引進國外先進設備和技術發(fā)展起來的，本世紀初才形成一定的生產(chǎn)能力。由于我國高壓、超高壓電纜發(fā)展較晚，市場環(huán)境特殊，發(fā)展方式為引進模仿而走了捷徑，因此高壓、超高壓電纜在發(fā)展過程中受到各種不利因素的制約。如果這些問題不盡快得到解決，必將影響到今后我國高壓、超高壓電纜的健康發(fā)展。

(1)注重技術積累和人才培養(yǎng)

改革開放給我國電纜行業(yè)帶來了發(fā)展機遇，為引進國外技術，學習國外經(jīng)驗提供了方便。但不可否認的是，由于在改革開放后電纜企業(yè)和電纜研究機構的體制變革，電纜行業(yè)技術隊伍更加分散，研究能力被削弱。今后我國的高壓、超高壓電纜要更加注重進行基礎技術研究和人才培養(yǎng)，提高自主創(chuàng)新能力并最終實現(xiàn)超越發(fā)展，這才是行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本所在。

(2)加快材料的國產(chǎn)化

絕緣材料是今后制造企業(yè)間競爭力強弱的決定性因素。誰掌握了材料技術，誰就掌握了市場的主動。生產(chǎn)超高壓電纜的企業(yè)必須是一個科研型的企業(yè)集團，材料研究、工藝研究、檢驗技術的研究等等，實際上都落在生產(chǎn)超高壓電纜企業(yè)的肩上。

(3)整合上下游產(chǎn)業(yè)，提高整個輸電系統(tǒng)的供貨能力

我國高壓、超高壓電纜發(fā)展到現(xiàn)在，已擁有了足夠大的生產(chǎn)規(guī)模，已建和在建的生產(chǎn)能力，除滿足國內(nèi)市場的需求外，還有很大的剩余產(chǎn)能可參與國際市場的競爭，這也是解決以后我國高壓、超高壓電纜供求矛盾的基本出路。但是，由于我國高壓、超高壓電纜相關的產(chǎn)業(yè)鏈不健全、不配套，制約了我國產(chǎn)品在國際電纜市場的競爭力，是我國高壓、超高壓電纜的發(fā)展瓶頸。因此提高產(chǎn)業(yè)的配套能力，是促進我國高壓電纜行業(yè)健康發(fā)展、提高產(chǎn)品在國際市場上的競爭力的當務之急。

［1］IEC 62067—2006 Power cables with extruded insulation and their accessories for rated voltages above 150 kV(Um=170 kV)up to 500 kV(Um=550 kV)-Test methods and requirements［S］.