杨黎明:电网输配电的发展对电力电缆产品的价值要求

发布时间: 2020-06-16 10:13:28   来源:EPTC  作者:杨黎明

  本文描述了在国网加大特高压基建投资和国家新基建投巨资的时代背景下,电缆行业的巨大市场潜力和市场价值。输配电网络的发展,要求电缆产品的使用价值在其一生的服役中无击穿现象发生,只有高质量高可靠性的产品才能实现这个价值。自主创新特别是原创性的产品,解决电网的需求,才能获得高利润。电缆企业必须制造高质量产品,并且加强开发新产品,才可能分享更多的市场。

  教授级高级工程师,IEEE高级会员。曾任武汉高压研究所电缆及附件研究室主任、电缆技术研究中心主任、武汉高压研究院电缆技术研究所所长;2008年8月至2013年8月担任国网电力科学研究院副总工程师;2013年9月至2015年8月担任国网电力科学研究院首席电缆专家。现负责国家电网重大科技专项,柔性直流电缆绝缘料及电缆系统研发,同时系电力行业电力电缆标准化技术委员会特聘专家。曾主持重大科研项目获得国家科技进步二等奖,是国务院授予的享受政府津贴专家和湖北省人民政府授予的有突出贡献的中青年专家。

  新基建带动电缆产品需求

  国家电网恢复去年拟压缩的基建投资,以带动上下游企业的复工生产,尽到央企的社会责任。国家层面,中央和地方总投资近40万亿元,投向新型基础设施建设(新基建),新基建七大领域,特高压也在其中。

  这两大因素将会带动电工设备供应的增长,也必将带动电线电缆产品的生产供应。特高压优化配置新能源,防止大气污染,为未来经济发展配置电力,具有产业链长、带动性强、经济效益和社会效益显著的特点。2020年国网安排投资1811亿元,这不仅需要电线电缆行业提供大量的架空线,而且将这些电量配置到用户,在受端都是城市电网,输电和配电的线路都要采用电力电缆。

  交流电力电缆电压等级分类,根据IEC标准,结合我国电网系统电压的实际情况,电缆的电压等级划分如下,它比架空线低一个电压等级。

  低压,3kV及以下,主要是1kV(电网实际上是220V/380V);

  中压,10kV,20kV,35kV;

  高压,66kV,110kV;

  超高压,220kV,330kV,500kV;

  特高压,750kV,1000kV。

  通常高压及以上电缆运行在输电网络里,中压和低压电缆运行在配电网络里。从低压往特高压排列,电缆需求量呈金字塔排列,金字塔顶端为特高压电缆,现全球无产品供应,但电网有需求,需求量最大的,即金字塔底部为低压电缆,国标里为1kV及以下,实际上就是220V/380V电缆。中压电缆里10kV电缆需求量也将增加。高压电缆中的110kV(东北部分地区有66kV电缆)和超高压电缆中的220kV(西北部分有330kV电缆)将是城市电网中的主流输电线路。北京、上海以及浙江的海洋电网,已经使用超高压电缆中500kV电缆。

  新基建在疫情后将极大地扩大电力电缆的需求,我们将怎样面对新的市场?各电缆制造商要早思考、早安排、早布局。

  电力电缆产品的应用价值要求及实现

  地铁奥凯电缆质量问题出现以后,国家电网更加注重电缆产品质量来保证其应用价值的实现。在招投标中,通过修改评分细则,来引导并促进电缆制造商真正提高质量。通过招投标,采购到高质量、高可靠性的电缆产品,并不追求低价,价格合理合法即可。

  全力保障电网安全稳定运行,全力推进电网高质量发展,提高电网建设质量,适量提高设备层次水平,优选可靠性高和技术成熟的设备。2020年国家电网的这部分的重点工作任务的完成,其实就是要求进网的电工设备的高质量高可靠性,这是实现电缆系统设备应用价值的基本要求。

  高压超高压电缆在所有电工设备中故障率是最低的,特别是超高压电缆系统,进电网之前,都要在武高院进行一年的高场强热循环加速老化寿命试验,即预鉴定试验,通过了才有资格去参加招投标。有问题在试验室试验中发现,这样大大地提高了超高压电缆系统在电网中的运行质量和可靠性,减少了在电网中的故障率。但是在中压和高压电缆运行中,本体击穿的情况时有发生,特别是35kV电缆,其本体击穿较多。这些击穿都排除了外力破坏,只与绝缘料和生产工艺相关,击穿机理,除了杂质、突起等缺陷或弱点以外,还有其他原因有待工程技术人员去研究破解。

  我国的中压、高压和超高压电缆的绝缘料均为交联聚乙烯,油浸纸绝缘电缆的生产线已经全部拆除,而且10kV及以上电压等级电缆均为管道化学交联,如果采用硅烷交联、辐照交联均不可取的。通常中压电缆采用悬链线生产,高压电缆立式交联线和悬链线各占部分,超高压电缆几乎都是立式交联生产(个别也采用特殊悬链线生产)。中压电缆的绝缘料国产占大部分,高压电缆绝缘料大部分进口,国产料也在奋起直追,超高压电缆绝缘料都是进口。在我国,没有专门基料用于电缆绝缘料的生产,也就是说,没有专门的合成装置用来聚合高分子聚乙烯树脂,这样我们基料采用其它聚乙烯树脂代替,造成含各种杂质(化学杂质、物理杂质)较多,影响电缆产品击穿性能提升。

  电力电缆绝缘的在线监测,如绝缘电阻,介质损失角正切tanδ等均不敏感,不适合做监测项目。局部放电监测是无损且敏感,但现场局放测量受现场干扰影响很大,不容易测准。武高院电缆所在试验室做电缆本体击穿试验时发现,电压升高,一直没有局放,一旦发现局放5pC~8pC,电缆本体在几分钟之内就击穿了,这几分钟时间太短,没有办法用来作为绝缘击穿预警。而且电缆本体的使用寿命40年,局放在线监测仪器一般为电子仪器,寿命不长,如果装在隧道潮湿环境下,仪器更容易受潮损坏。

  由于电缆主绝缘在现场监测的困难而且成本昂贵。因此,国际上电缆专业人员的做法是,生产出“优质的新生儿”,放到地下不出问题,就忘掉它了。IEC电缆标准的变化,就充分体现了这个思路。标准中对电缆的试验越来越严格,就是为了在工厂就得到一个40年不出问题的产品,这样来补偿电缆现场监测击穿预警的困难。

  

国产高质量500kV海底电缆由舟山启明集团在海上敷设

  国家电网今年的重点工作充分体现了抓电网建设质量,这就要求各个电工设备要高质量高可靠性。对于电缆来说,要高质量产品,必须在最后一道工序把好关,即例行试验要严格准确。电缆本体的局放和工频耐压试验必须认真地做好。电缆行业里中压电缆局放试验屏蔽室几乎都在车间,车间的干扰直接进到试验室,造成背景干扰大,有的公司局放波形采用老旧的示波管显示,根本看不清楚局放波形。高压电缆和超高压电缆的局放屏蔽室,有许多公司已经做到,不放在车间内,三独立,即独立屏蔽室、独立电源、独立接地,这样来保证局放背景在1pC左右。国网招投标评分细则已经将局放背景纳入评分,1pC背景,得分最高,小于2.5pC,得分低一点,超过2.5pC局放室就不合格了。长期保持局放室背景1pC,是非常困难的技术工作。未来还将要求独立局放室(在车间之外),单独局放设备(厅内不能放其他设备如冲击电压发生器等),这样来保证最后一道工序的试验质量。

  电缆制造商为了能够多中标,多分享市场份额,必须提供高质量高可靠性的电缆产品。真正做到了这一点,哪怕在疫情的情况下,订单也非常多。江苏省一家电缆公司就是这种情况,全公司从一把手、高管到工人,将产品质量视为饭碗,没有哪一个人愿意砸自己的饭碗,各种简单高效的管理措施,再加上领导和员工的高度质量意识,生产出来的电缆产品质量一直处于市场领先的状态。

  海底电缆的产品质量及可靠性更是第一位的。国内给浙江舟山500kV海缆工程供货的三家海底电缆公司产品,包括一家公司的软接头,在海底运行一年多,没有什么问题,这证明电缆质量是可靠的。如果海底电缆在海底发生击穿,一般可认为是质量问题,因为海缆直埋海底3m深进行保护,外力破坏的可能性非常小。海缆要是有质量问题,制造商赔偿起来数额是非常巨大的。国内三家主流海缆公司的海缆可靠性是有保证的,得到工程的运行证实,故这三家公司海缆订单爆满。

浙江电科院在宁波侧500kV海缆终端站进行安装后电气试验

  电网中正在运行的高压电缆,甚至超高压电缆,潜在着一种击穿的危险,就是制造质量埋下的祸根。电缆挤包外屏与皱纹铝套之间产生局部放电,烧蚀外屏,烧到绝缘层,引起电缆主绝缘击穿。LH检测公司对这个问题作了深入的研究。有关电缆公司也在改进,浙江一家电缆公司研发出平滑铝套,试图解决外屏烧蚀的问题。武高院的专家认为,鉴于铅套电缆没有发现这个问题,平滑铝套有可能解决这个问题。外屏烧蚀问题需要好几年才能呈现出来,任何改进需要几年时间才能观察到结果。

  这么长的时间,我们电网的安全运行等不起。建议隧道里使用的高压超高压电缆取消纵向阻水结构,恢复到早期SG电缆的日式结构,即在绝缘屏外绕包半导电丁基橡胶带,再绕包金布带,这种铜丝金布带,摸上去必须是金属丝带的感觉,不能是绝缘带的感觉。这种不能纵向阻水的结构,确保了铝套与绝缘屏蔽之间良好的接触,不产生局部放电,这样保证了不烧蚀外屏。其实,取消电缆纵向阻水结构,只要电力工程在敷设安装时加强管理,是可以避免进水的。

  高端电缆系统的研发

  现在高质量高可靠性产品可以取得更多的市场。电缆产品的创新,独家拥有,填补市场需要的空白,将会产生高利润。

  (一)超洁净电缆绝缘料的基料

  全国各种电压等级的交联电缆的绝缘料年需求量约为30×104t。但是我们没有一条专用的高温高压管道聚合聚乙烯树脂的生产线。其生产的树脂要无内部杂质和外部杂质,要求超洁净,这样来保证我们的电缆产品击穿裕度,这种电缆专用基料急需开发。

  (二)特高压电缆系统产品

  特高压输电工程中所需电工设备基本都有生产,唯独没有特高压电缆供货。但特高压电缆产品的需求还是存在的。特高压线路在南通市过江就只能采用造价昂贵的江底输电通道,主要缺乏特高压电缆绝缘料和电缆连接件(终端和接头),电缆本体的生产应该难度不大。特高压电缆系统的开发尽管不轻松,但还是有可能开发出来,这个宝塔尖的市场也是存在的。

  (三)±660kV和±800kV柔直电缆系统

  国网的重点工作之一,推进中韩中尼联网,推动全球能源互联网倡议在更多国家传播落地。联网就需要±660kV柔性直流电缆系统产品,甚至±800kV柔直电缆系统产品也需要开发。

  这个系列产品,同样其绝缘料和电缆连接件是关键技术,同时技术难度也非常大,需要电缆行业高度关注并积极投入。

  (四)PP电缆绝缘料及其电缆的开发

  聚丙烯(PP)绝缘电缆是世界NO.1的电缆公司开发出来的,它降低了制造成本,其绝缘料系热塑性材料,回收再用也很简单方便。

通过世界第一的500kV交联海底电缆将大陆强大电能送到500kV舟山主岛变电站

  我国HP电缆与上交大合作,已开发出电缆产品,并且通过了中电联的技术鉴定。10kV PP电缆也在上海挂网运行。

  专用PP料的超洁净也是影响电缆电压等级提升的关键技术。PP电缆导体工作温度可达105℃,由于未交联,短路温度达不到250℃,短路温度相对较低,这个也是电缆运行要研究并协调兼顾好的一个问题。

  电缆行业应有更多的公司来参与开发这个产品,降本环保都是未来社会需要的。

  我国是一个电缆制造大国,但原创性的研发项目几乎没有。我们要加强自主创新,研发更多市场需要的电缆产品,以支持电网输配电的发展,同时收获电缆产品的自身价值。

  该文章来源于《输配电观察》No.22电力电缆刊

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      关键词: 电网,输配电
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