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電力電纜概述

發布時間:2018-04-21

一、電力電纜的發展

隨著電能的應用和發展,為了適應輸送和分配大功率電能的需要,在110年前世界上首次出現了電力電纜。1890年,英國開始安裝了10kV單相電纜。20kV及35kV三芯電纜是在1910年以后才逐步發展使用的。1920年英國第一次設計并于1926年生產了33~66kV充油電纜。由于充油電纜運行后,性能良好,因而20世紀30年代英國城市的主要輸電線路,廣泛地采用了66kV充油電纜。1927年美國開始采用132kV充油電纜,1934年又敷設使用了第一條220kV充油電纜。法國于1952年和1960年先后制成了380~425kV和500kV充油電纜,并于20世紀70年代初在一些國家投入運行。我國電力電纜的生產是在20世紀30年代后期開始的,到1949年,電力電纜的生產規模還很小,能力還很薄弱,曾生產過6.6kV橡膠絕緣鉛護套電力電纜。新中國成立后,隨著國家開展大規模經濟建設,電力工業快速發展,電力電纜的品種和數量也迅猛增長。1951年研制成6.6kV鉛護套紙絕緣電力電纜,在此基礎上,生產了35kV及以下黏性油浸紙絕緣電力電纜的系列產品。1966年生產了第一條66kV充油電力電纜,并在大連第二發電廠投入運行。同時研制生產了九江和南京燕子磯橫過長江的110kV充油電力電纜。1968年和1971年先后研制、生產了220kV和330kV充油電力電纜,并先后在劉家峽、新安江、漁子溪、烏江渡等水電站投入運行。1983年研制了500kV充油電力電纜,并在遼寧省內投入試運行。

1978年我國改革開放以來,電力工業得到更為迅猛地發展。1996年起,每年裝機容量達1400萬kW,1999年發電量已達12393億kW·h,為1957年的64倍。電纜工業也隨之迅速發展,電纜新材料、新產品不斷涌現,這期間生產了10kV及以下的聚氯乙烯絕緣電力電纜和35kV及以下交聯聚乙烯絕緣電力電纜,并得到廣泛使用。110kV交聯聚乙烯絕緣電力電纜也開始生產并在電網上使用。220kV交聯聚乙烯電力電纜不久也將生產應用。1982年我國生產和敷設了超長的35kV海底電力電纜。

為了提高黏性油浸紙絕緣電力電纜的敷設位差,1973年起我國生產了35kV及以下不滴流油浸紙絕緣電力電纜,后來又研制生產出滴干型油浸紙絕緣電力電纜,解決了浸漬劑流淌的問題。這種電力電纜允許工作溫度高,老化穩定性好,不滴流油浸紙絕緣電力電纜已形成與黏性油浸紙絕緣電力電纜相應的系列產品。

自容式充油電力電纜的絕緣結構性能較為優良,能承受很高的工作電場強度,且介質損耗低,散熱性能良好,今后將會向更高一級電壓的自容式充油電力電纜和管道式充氣電力電纜發展,可使輸電線路的容量大大的提高。

二、電力電纜線路的特點

傳送電能的線路有架空導線和電力電纜兩種。架空導線與電力電纜相比,各有其優點。架空導線具有結構簡單、制造方便、造價便宜、施工容易和便于檢修等優點。而電力電纜線路一般埋于土壤或敷設于管道、溝道、隧道中,不用桿塔,占用地面和空間少;受氣候和周圍環境條件的影響小,供電可靠;安全性高;運行簡單方便;維護費用低;市容整齊美觀。

電力電纜線路的特點具體體現在以下幾個方面:

(1)由于城市的發展,使得城市的用電密度增高,用電量愈來愈大。而架空導線又受到大城市地面、空間、環境保護以及安全的限制,因此輸、配電線路只能采用電纜進入地下,并發展成為電纜配電網絡。即使是中等城市,采用地下電力電纜線路,來代替架空導線的,也日漸增多。20世紀80~90年代,北京、上海、南京等城市在對城市電網進行改造的過程中,大量使用了電力電纜。根據1981年底的統計,上海已敷設6~10kV電力電纜線路1330km、20~35kV電力電纜線路460km、110~220kV充油電力電纜線路25km。

(2)一些發電廠、變電所特別是水電站,由于受地形、環境和建筑的限制,使得進出線走廊擁擠,或者架空線路方案難于實施,因此只得采用電力電纜線路作為進出線或電站內部的聯絡線路。

(3)輸電線路跨越江、河、湖、海峽等而不能用架空導線時,采用在橋上或水底敷設電力電纜的亦愈來愈多。

(4)現代化的工廠、礦山企業及大型體育場館、飯店、交通單位等用電量是很大的,這些工廠與場所的配電線路和對廠內機器設備的供電,都需要采用電纜線路。而電力電纜的需用量是很大的,例如一個10萬kW的發電廠,需要電纜的總長度可達70km,其中電力電纜約為30km。容量更大的火電廠或其他大型工廠,電纜的用量將達100km以上。

三、電力電纜的應用電壓等級

我國輸電與配電電壓等級劃分為:220/380V、3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV等,并劃分為輸電電壓與配電電壓兩類。

按照原能源部和建設部聯合頒布的《聯合電力網規劃導則》規定,將配電電壓劃分為:

高壓配電電壓35~110kV

中壓配電電壓10kV

低壓配電電壓380/220V

按照輸電技術特點,輸電電壓等級劃分為三級:

特高壓輸電電壓1000kV以上

超高壓輸電電壓330kV及以上

高壓輸電電壓220kV

輸、配電用的電纜稱為電力電纜,電力電纜的電壓等級依照輸、配電電壓等級劃分。不過,電力電纜技術中,通常把35kV及以下電壓等級的電纜稱為中低壓電纜,而把110kV及以上電壓等級的電纜稱為高壓電纜。

我國交流發電機及變壓器的額定電壓為3.15kV、6.3kV、10.5kV、15.7kV、18kV、20kV等,變壓器尚有35kV及以上電壓。因此電力電纜為適應這類設備引出線的需要還生產了6kV、15kV、20kV電壓等級的電纜。

油浸紙絕緣電力電纜生產和使用歷史最長,它具有使用壽命長,電性能良好,熱穩定性高等優點,適用于各種電壓等級,低壓可用在1kV及以下,高壓已用于500kV的輸電線路中,如330kV高壓充油電纜已應用于我國西北地區;而世界上第一條連接歐洲與非洲、從西班牙到摩洛哥的400kV線路已于1998年開始運行。

塑料絕緣電力電纜的電氣性能雖然不如油浸紙絕緣電力電纜優良,但其制造工藝簡單,重量輕而柔軟,沒有敷設落差的限制,電纜的施工、維護比較簡單,且具有抗化學腐蝕的性能,因而在35kV及以下電壓等級中是油浸紙絕緣電力電纜更新換代的主流產品。其中,聚氯乙烯絕緣電纜,由于介質損失大,在較高電壓下運行不經濟,因此主要用在1kV及以下的配電線路上。而交聯聚乙烯絕緣電纜的電氣絕緣性能優良,特別是具有較高的熱穩定性,長期允許工作溫度可達90℃,因此對電壓等級高的電纜經濟效果特別顯著,國內已大量用于110kV及以下輸、配電線路中。

橡膠電力電纜,由于其柔性特別好,運行維護很方便。適用于35kV及以下的線路中,特別適用于礦山、船舶等場所以及其他經常移動的電器設備。

四、電力電纜的應用

電力電纜作為輸、配電線路可分為三大類:

(1)地下輸、配電線路。這種線路的電纜敷設方式有:直埋式、管道式、溝道式。

(2)水下輸電線路。水下輸電線路是將電纜敷設于江河湖水底或海峽水底。

(3)空氣中輸、配電線路。空氣中輸配電電纜敷設方式有:敷設在廠房、溝道、隧道內、豎井中,橋梁上及架空電纜等。

電力電纜的導體有銅導體和鋁導體兩種。110kV及以上電壓等級的電纜,勵磁回路、高溫或易爆場所以及發電廠廠用電等重要線路的電力電纜應采用銅導體,而其他場所用的電纜,視具體情況可用鋁導體或銅導體。由于電力電纜敷設的方式多種多樣,敷設環境條件也各有不同,且要求電纜要可靠運行數十年,為此電力電纜的內護套、外護層的材料與結構也相應的有多種。電纜的內護套有鉛護套、鋁護套、聚氯乙烯護套、橡膠護套等,主要起保護電纜絕緣作用。外護層有鋼帶鎧裝、鋼絲鎧裝、聚氯乙烯護套、聚乙烯護套、麻被層等,用以防止電纜受外力損傷、承受拉力和防腐蝕等。在選擇電纜時,應根據不同場合來選擇電纜的外護層,如直埋敷設或易受到機械損傷且潮濕的地方,應選用內鋼帶鎧裝電纜;在水下敷設時,應選用鋼絲鎧裝電纜;當在水下敷設而采用塑料絕緣電纜時,應采用帶金屬內護套的電纜;當在橋梁上敷設有金屬護套的電纜時,應選用鋁護套的電纜等。

由于電力電纜在應用中具有強電的特點,其電氣性能和熱性能要求很高,而電纜及其附件的品種和電纜敷設的方式又繁多,因此對電力電纜各種方式的敷設和終端、中間接頭各種制作方法的研究、實踐和總結都是十分重要的。