□ 姚 凱 □ 王馥華 □ 陸 軼 □ 胡光煒

上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院 上海 200072

當(dāng)前,國家推進(jìn)綠色低碳轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展。為確保如期實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo),國家持續(xù)大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)。風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)在旺盛發(fā)展的同時,促進(jìn)了電纜的需求。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所處的環(huán)境相對惡劣,并且使用年限較長,因此對風(fēng)力發(fā)電用電纜提出了很高的要求,特別是耐扭曲電纜,以往一直依賴進(jìn)口,價格較為昂貴。近年來,國內(nèi)多家電纜生產(chǎn)企業(yè)對耐扭曲電纜進(jìn)行研究,已研發(fā)出國產(chǎn)耐扭曲電纜。耐扭曲電纜的質(zhì)量對風(fēng)力發(fā)電運行有至關(guān)重要的影響,國家出臺了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來對耐扭曲電纜進(jìn)行規(guī)范。筆者介紹風(fēng)力發(fā)電用耐扭曲電纜的常用檢測項目和影響因素。

1 導(dǎo)體電阻試驗

導(dǎo)體電阻試驗是耐扭曲電纜最基本的例行檢測項目之一。導(dǎo)體電阻的大小直接關(guān)系到電能的利用率,電纜的導(dǎo)體電阻值越小,電能損耗也越小。導(dǎo)體電阻值過大,會引起發(fā)熱,造成絕緣熱擊穿。對于風(fēng)力發(fā)電用耐扭曲電纜,導(dǎo)體采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3956—2008《電纜的導(dǎo)體》中的第五種柔軟圓形絞合導(dǎo)體。銅的電阻值受溫度和濕度影響,會產(chǎn)生較大的波動,所以對試驗時的環(huán)境溫度必須嚴(yán)格控制,一般環(huán)境溫度應(yīng)控制為20 ℃±5 K,空氣相對濕度不高于85%,被測試樣在環(huán)境中放置足夠長的時間,溫度保持恒定,波動不超過1 K。電阻的測量儀器一般采用單雙臂電橋或高精度數(shù)字式直流電阻測試儀,同時要對導(dǎo)體截面積和導(dǎo)體截面積均勻性等加強(qiáng)監(jiān)督檢測,確保風(fēng)力發(fā)電用耐扭曲電纜的質(zhì)量。

2 絕緣電阻試驗

絕緣電阻試驗是電纜電性能的主要指標(biāo),反映了電纜絕緣的耐電擊穿和耐熱擊穿能力,也反映了電纜絕緣材料和工藝的好壞,直接影響電纜的使用品質(zhì)。應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電相對惡劣環(huán)境,絕緣電阻試驗更要嚴(yán)格把關(guān)。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行絕緣電阻試驗,環(huán)境溫度應(yīng)控制為20 ℃±5 K,空氣相對濕度不高于80%,也可在水中進(jìn)行。絕緣電阻試驗時,需將被測試樣放入烘箱中,在達(dá)到規(guī)定試驗溫度后,再保溫2 h,之后進(jìn)行測量。試驗一般采用高精度數(shù)字式絕緣電阻測試儀進(jìn)行測量,在進(jìn)行試驗時,注意不要劃傷電纜的絕緣層,否則會造成試驗結(jié)果失真。

3 扭轉(zhuǎn)試驗

因為耐扭曲電纜被使用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的塔架部位,耐扭曲電纜會被頻繁扭轉(zhuǎn),所以耐扭曲電纜的耐扭轉(zhuǎn)性能是主要考核指標(biāo)。扭轉(zhuǎn)試驗分為常溫扭轉(zhuǎn)試驗和低溫扭轉(zhuǎn)試驗,在客戶有要求時,還可以進(jìn)行高溫扭轉(zhuǎn)試驗和負(fù)載扭轉(zhuǎn)試驗。常溫扭轉(zhuǎn)試驗時,取長度約為12 m的試樣,在環(huán)境溫度中放置0.5 h,然后將試樣一頭固定在專用的電纜扭轉(zhuǎn)試驗裝置的轉(zhuǎn)輪上,另一端固定在轉(zhuǎn)輪下方的支架上。安裝好試樣后,將轉(zhuǎn)輪順時針扭轉(zhuǎn)1 440°,然后逆時針扭轉(zhuǎn)1 440°,接著再逆時針扭轉(zhuǎn)1 440°,然后順時針扭轉(zhuǎn)1 440°,結(jié)束后使試樣恢復(fù)到初始狀態(tài),此過程作為一個周期。標(biāo)準(zhǔn)中推薦進(jìn)行10 000個周期的試驗。低溫扭轉(zhuǎn)試驗和高溫扭轉(zhuǎn)試驗與常溫扭轉(zhuǎn)試驗相同,僅僅是試驗溫度、轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速、試驗周期不同。通電負(fù)載扭轉(zhuǎn)試驗的安裝方式和試驗流程與常溫扭轉(zhuǎn)試驗相似,但在試驗期間應(yīng)同時通電加熱。扭轉(zhuǎn)試驗結(jié)束后,需檢查試樣表面,觀察電纜是否出現(xiàn)裂紋及扭曲現(xiàn)象。如無此類現(xiàn)象,再進(jìn)行15 min交流電壓試驗,觀察是否擊穿。

4 燃燒試驗

阻燃電纜相比普通電纜,能夠延緩火焰沿電纜方向的燃燒,從而避免火災(zāi)事故擴(kuò)大。風(fēng)力發(fā)電用耐扭曲電纜為了保證安全,也要求使用阻燃材料。風(fēng)力發(fā)電用耐扭曲電纜的阻燃試驗包括單根燃燒試驗和C類阻燃電纜成束燃燒試驗。單根燃燒試驗時,將一根600 mm長電纜試樣在環(huán)境溫度23 ℃±5 K、相對濕度50%±20%環(huán)境中放置最少16 h,之后校直試樣,并用細(xì)銅絲固定在水平支架上,調(diào)整火源高度,使火源焰心對準(zhǔn)線纜上的相應(yīng)標(biāo)記,供火時間依據(jù)電纜的外徑而定。停止供火后,測量上支架的下緣與電纜碳化部分上部起始點之間的距離、上支架的下緣與電纜碳化部分下部起始點之間的距離。C類阻燃電纜成束燃燒試驗時,電纜試樣由若干根等長的電纜試樣段組成,每根電纜試樣段的最小長度為3.5 m,在環(huán)境溫度20 ℃±10 K下放置最少16 h。將若干根電纜試樣段按照標(biāo)準(zhǔn)用金屬線固定在鋼梯的各個橫檔上,調(diào)整丙烷氣體和空氣流量,點燃火焰,將火焰對準(zhǔn)電纜的相應(yīng)位置燃燒。C類阻燃電纜的標(biāo)準(zhǔn)要求供火時間為20 min,之后關(guān)閉燃燒的混合氣體,記錄火焰持續(xù)燃燒的時間。待完全熄滅后,測量成束電纜試樣碳化的長度。若停止供火后電纜燃燒時間超過1 h,則需要強(qiáng)行熄滅火焰。燃燒試驗會產(chǎn)生大量有毒氣體,試驗人員必須做好個人防護(hù)工作。

5 結(jié)束語

風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔能源,對我國的可持續(xù)發(fā)展起著推動作用,是目前發(fā)展最快、最成熟的發(fā)電方式。作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重要組成部分,風(fēng)力發(fā)電用耐扭曲電纜的質(zhì)量不可忽視。在選型時,可以重點關(guān)注以上常用檢測項目,減少因電纜引起的風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障,延長風(fēng)力發(fā)電機(jī)的使用壽命。