500kV超高壓電纜設(shè)計(jì)

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)摘要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和用電需求的不斷增長(zhǎng)，城市輸電系統(tǒng)正在逐步從架空線路向電力電纜方向發(fā)展，電力電纜正逐步向更高電壓等級(jí)、更大傳輸容量發(fā)展，500kV超高壓電力電纜的應(yīng)用將逐漸擴(kuò)大。但目前國(guó)內(nèi)對(duì)超高壓電纜及附件的開(kāi)發(fā)能力、長(zhǎng)距離500kV電纜的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行等問(wèn)題的研究還比較薄弱，相應(yīng)的技術(shù)很難跟上發(fā)展的速度，500kV超高壓電力電纜的設(shè)計(jì)、選材和生產(chǎn)也面臨著重重問(wèn)題，超高壓電力電纜的設(shè)計(jì)研發(fā)經(jīng)迫在眉睫。本文簡(jiǎn)述了500kV電纜的研究背景及意義，介紹了國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀并著重了解了日本的發(fā)展過(guò)程。給出了500kV單芯電力電纜的典型結(jié)構(gòu)，對(duì)充油電纜和XLPE電纜進(jìn)行了對(duì)比，給出了生產(chǎn)XLPE聚乙烯料應(yīng)滿足的性能需求及擠包的相關(guān)問(wèn)題。概述了超高壓電纜的屏蔽層緩沖層的意義，對(duì)金屬護(hù)套的選擇和生產(chǎn)工藝進(jìn)行了詳細(xì)介紹，敘述了超高壓電纜外護(hù)層的性能要求和阻水的意義等相關(guān)問(wèn)題，簡(jiǎn)要介紹了載流量的計(jì)算。最后，通過(guò)對(duì)XLPE電纜和充油電纜的對(duì)比可以知道XLPE電纜優(yōu)勢(shì)明顯，必然成為EHV發(fā)展的主要趨勢(shì)。本文對(duì)500kVXLPE的選材結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了較為全面的介紹，希望可以為500kVXLPE電纜的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供一些幫助。關(guān)鍵詞500kV；XLPE絕緣；超高壓；電力電纜---TheodoreAbstractWiththedevelopmentofsocialeconomyandthegrowingdemandforelectricity,citytransmissionsystemdevelopsgraduallyfromoverheadlinetothepowercable,powercablegraduallycometohavethehighervoltage,largertransmissioncapacity,theapplicationof500kVultra-highvoltagepowercablesgraduallyexpand.ButatpresentthedesignofdomesticEHVcablesandaccessoriescapacity,constructionandoperationofresearchisstillrelativelyweak,thecorrespondingtechnicalisdifficulttokeepupwiththespeedofdevelopment.Thedesignofultra-highvoltagepowercablematerialandproductionisfacedwithmanyproblems,Thedesignandresearchofultra-highvoltagepowercableareattheimminent.Thispaperdescribestheresearchbackgroundandsignificanceof500kVcable,introducingthedevelopmentstatusathomeandabroadandfocusingontheunderstandingleveloftheprocessinJapan.Wealsocomparethetypicalstructureofthe500kVsinglecorecables,theoil-filledcableandXLPEcables,theperformancedemandfortheproductionofXLPEpolyethylenematerialanddescribetheneedswhichmeettherelatedproblems.WeoverviewthesignificanceoftheshieldinglayerofbufferlayerofEHVcableandtheselectionandproductionprocessofmetalsheathindetail,aswellastheproblemsrelatedtoperformancerequirementsofprotectivelayerofEHVcableandthesignificanceofwaterresistance,wealsobrieflyintroducesthecalculatingoftheloadflow.FinallywecanknowtheadvantagesofXLPEcablebycomparingwithoil-filledcable.AndwebelievethatitwillbethetrendforEHVdevelopment.Inthispaperweintroducethematerialselectionandstructureindetails,hopingthatitcanprovidesomehelpfordesignandproductionofXLPEcable.Keywords500kV；XLPEinsulationcable；EHV；Powercable目錄摘要 =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANII緒論課題背景目前，城市電力負(fù)荷需求越來(lái)越大，電壓等級(jí)越來(lái)越高，為適應(yīng)都市化負(fù)荷密集、城市容貌、網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜等狀況，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)考慮，用電纜作引出線己經(jīng)成為城市供電線路最佳選擇。選用高耐電強(qiáng)度與介電系數(shù)的電力電纜，具有全封閉、全屏蔽、緊湊型的結(jié)構(gòu)、有一定的可撓性、可穿越水中、地下埋設(shè)、免維護(hù)和高可靠性等特點(diǎn)，大大地降低了對(duì)空間尺寸和環(huán)境條件的要求，降低了維護(hù)成本，提高了供電可靠性。這些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，使城市電網(wǎng)的輸電已經(jīng)由架空線路逐步向地下電纜轉(zhuǎn)變，且電力電纜的電壓等級(jí)也在不斷提高[1-2]。近年來(lái)，隨著我國(guó)智能電網(wǎng)的開(kāi)發(fā)、電網(wǎng)容量的擴(kuò)大和改造以及城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，對(duì)EHV電纜的需求大量增加，隨著絕緣耐壓水平的提高，高壓、超高壓電纜的應(yīng)用也越來(lái)越多。新能源電站的興建、裝備制造的發(fā)展、軌道交通的推廣等又極大擴(kuò)充了電纜的新型應(yīng)用領(lǐng)域?？陀^預(yù)測(cè)：2020年前我國(guó)110kV及以上高壓超高壓交聯(lián)電纜的年需求增長(zhǎng)率平均為15％，根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)資料和市場(chǎng)分析，500kV超高壓電纜2008年為213km，2010年為近400km，2015年將達(dá)870km，2020年預(yù)計(jì)為1700km[3]。但目前國(guó)內(nèi)對(duì)超高壓電纜及附件的開(kāi)發(fā)能力、長(zhǎng)距離500kV電纜的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行等問(wèn)題的研究還比較薄弱，缺乏已達(dá)到共識(shí)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。500kV超高壓電纜的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行、維護(hù)、推廣的研究已迫在眉睫[4]。我國(guó)超高壓電纜材料目前仍需要進(jìn)口，國(guó)際上的主供應(yīng)商是陶氏化學(xué)和北歐化工兩家。110kV電纜代表規(guī)格800mm2絕緣料用量為2.5t/km，220kV代表規(guī)格1200mm2絕緣料用量為5.2t/km，500kV代表規(guī)格1600mm2絕緣料用量為14.0t/km。我國(guó)國(guó)產(chǎn)高壓超高壓電纜附件一直落后電纜本體，220kV電纜附件的制造商就已經(jīng)非常少，在國(guó)家電網(wǎng)武漢高壓研究院通過(guò)型式試驗(yàn)和預(yù)鑒定試驗(yàn)的只有青島漢纜股份有限公司、長(zhǎng)沙電纜附件有限公司、沈陽(yáng)古河電纜有限公司、江蘇安靠超高壓電纜附件有限公司等為數(shù)不多的幾家。在220kV、500kV的超高壓地下輸電線路中，電纜附件的需求量分別為420m一套和400m一套。因此，我國(guó)超高壓電纜企業(yè)和有關(guān)科研機(jī)構(gòu)應(yīng)加大對(duì)超高壓電纜材料和電纜附件的研發(fā)進(jìn)程，早實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，搶占高壓電力電纜的技術(shù)制高點(diǎn)，振興我國(guó)線纜民族工業(yè)。國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)近代，500kV及以上電力電纜的開(kāi)發(fā)應(yīng)用已成為熱潮．自第一條500kV電纜1975年在日本問(wèn)世；上世紀(jì)七十年代末，意大利、美國(guó)等國(guó)家也著手開(kāi)發(fā)750kV及以上電壓等級(jí)的特高壓電纜。1988年由日本研制的500kV交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜問(wèn)世，實(shí)現(xiàn)了電纜“無(wú)油化”的要求、深受歡迎；1993年后日本開(kāi)始長(zhǎng)距離500kVXLPE電纜的商業(yè)應(yīng)用，即500kV電纜長(zhǎng)度由適應(yīng)于電源網(wǎng)點(diǎn)間連接的百米級(jí)長(zhǎng)度，擴(kuò)展到城區(qū)網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)，長(zhǎng)度則以公里乃至上百公里，如東京灣的新京葉工程和大阪、名古屋的城網(wǎng)工程。在歐洲，繼丹麥的哥本哈根環(huán)網(wǎng)電纜工程之后，德國(guó)柏林的BAWAG也在建設(shè)420kVXLPE電纜環(huán)網(wǎng)[5-8]。我國(guó)超高壓電力電纜研究起步較晚，略為滯后歐美日等國(guó)家，但進(jìn)程很快。80年代初期沙江線工程的沙角A廠、廣州抽水蓄能電站1、II期工程選用的500kV充油電纜，90年代的天荒坪選用了XLPE電纜，近年投產(chǎn)的四川二灘水電站則是LDPE電纜，頗具特色的東北的董家變?nèi)N500kV電纜兼而有之，已有的各類型500kV電纜在國(guó)內(nèi)都可找到其應(yīng)用業(yè)績(jī)[9-10]。2007年2月3日，國(guó)家電網(wǎng)武漢高壓研究院主辦的“全國(guó)500kV交聯(lián)電纜應(yīng)用技術(shù)研討會(huì)”在武漢召開(kāi)，標(biāo)志著我國(guó)第一個(gè)城市電網(wǎng)用500kV交聯(lián)電纜系統(tǒng)應(yīng)用取得突破性的進(jìn)展。2009年3月，海南聯(lián)網(wǎng)500kV海底電纜敷設(shè)成功，是我國(guó)第一條超高壓、大容量、長(zhǎng)距離的跨海聯(lián)網(wǎng)工程，屬亞洲首創(chuàng)、世界第二。2010年上海世博會(huì)500千伏靜安變電站輸電線路全程采用了500kV電力電纜，我國(guó)500kV超高壓電纜在城市電網(wǎng)已進(jìn)入實(shí)施階段[11]。2012年北京海淀500kV也采用電力電纜作為電源輸電線路，我國(guó)是繼日本之后，第二個(gè)將500kV電力電纜應(yīng)用于城市電網(wǎng)的國(guó)家。國(guó)內(nèi)500kVXLPE絕緣電力電纜及其附件發(fā)展?fàn)顩r“十一五”期間，我國(guó)輸電線路電壓從220千伏、330千伏、500千伏到750千伏，電壓等級(jí)在逐步提高。隨著電網(wǎng)建設(shè)的加快，輸電線路電壓等級(jí)的提高，發(fā)電設(shè)備、變壓器等產(chǎn)品的性能、質(zhì)量也將隨之提高，這就要求電線電纜行業(yè)提供與之相適應(yīng)的配套產(chǎn)品。此前因設(shè)計(jì)與研發(fā)空白，國(guó)內(nèi)超高壓500千伏及以上電壓等級(jí)的交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜市場(chǎng)一直被國(guó)外高壓電纜生產(chǎn)商壟斷，導(dǎo)致超高壓電纜市場(chǎng)價(jià)格畸高，售后服務(wù)延誤，為此我國(guó)每年需花大量外匯進(jìn)口，以滿足國(guó)內(nèi)電站建設(shè)需求。2011年我國(guó)企業(yè)研制并成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)大型水電項(xiàng)目的“國(guó)產(chǎn)500千伏交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜”通過(guò)成果鑒定，宣告了這一時(shí)代的終結(jié)。目前生產(chǎn)高壓XLPE電纜所需的超凈可交聯(lián)絕緣料與超光滑半導(dǎo)電屏蔽料仍然依靠進(jìn)口；高壓XLPE電纜附件的橡膠預(yù)制件的材料配方與工藝尚待完善提高。500kV超高壓電纜及附件基本依賴進(jìn)口，中國(guó)海南500kV海南聯(lián)網(wǎng)工程用海底電纜及附屬設(shè)備，500kV海底充油電纜總長(zhǎng)度104.1公里，由NEXANS和VISCAS設(shè)在日本的合資的NVC工廠制造并承擔(dān)敷設(shè)工程。中國(guó)上海世博會(huì)500kV供電專線用500kV交聯(lián)電纜102公里以及所用的全部電纜附件，均由VISCAS公司提供產(chǎn)品和承擔(dān)敷設(shè)工程。這樣，超高壓電纜的使用成本非常之高，制約了超高壓電纜的使用和發(fā)展[12]。參照國(guó)際電纜制造廠商的經(jīng)驗(yàn)，要使超高壓聚乙烯絕緣電纜趨于成熟，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)及應(yīng)用500kVXLPE電纜，發(fā)展超高壓、特高壓主要從以下幾個(gè)方面解決技術(shù)問(wèn)題：包括采用三維靜電場(chǎng)計(jì)算技術(shù)對(duì)絕緣支撐件的形狀作優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)絕緣支撐件澆注材料及工藝以提高絕緣件性能以及制造金屬嵌件元件；掌握絕緣氣體凈化技術(shù)及金屬微粒陷阱捕獲裝置設(shè)計(jì)；掌握導(dǎo)體及外導(dǎo)體內(nèi)表面提高光潔度處理技術(shù)、導(dǎo)體與外導(dǎo)體制造技術(shù)、氣體密封及檢漏技術(shù)、單元段(12～18m)導(dǎo)體插接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與外導(dǎo)體自動(dòng)焊接技術(shù)以及電纜終端與各種配套的單元組件包括轉(zhuǎn)角形單元、曲線形單元、伸縮單元及塞止單元的設(shè)計(jì)與制造。其關(guān)鍵問(wèn)題是研發(fā)出特超凈絕緣料及超光滑半導(dǎo)電料在運(yùn)輸以及生產(chǎn)過(guò)程中保持超凈狀態(tài)以及500kVXLPE電纜附件配套供應(yīng)[13]，并建立從聚乙烯基料、高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣塑料到超高壓交聯(lián)聚乙烯電纜的完整體系．同時(shí)通過(guò)XLPE電纜制造設(shè)備與技術(shù)引進(jìn)，通過(guò)產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)，迅速縮短高壓XLPE電纜與附件制造水平與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的差距，提高電纜的科技含量，提高技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的高端化。國(guó)內(nèi)500kVXLPE絕緣電力電纜目前在國(guó)家大力拉動(dòng)下，我國(guó)的500kV等高壓超高壓電纜的生產(chǎn)也取得了一些成績(jī)。1.山東陽(yáng)谷電纜集團(tuán)有限公司山東陽(yáng)谷電纜集團(tuán)有限公司是國(guó)內(nèi)電線電纜行業(yè)的領(lǐng)頭雁企業(yè)，2008年被國(guó)家統(tǒng)計(jì)局評(píng)為中國(guó)最大的1000家企業(yè)集團(tuán)、中國(guó)大企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力500強(qiáng)企業(yè)和中國(guó)電線、電纜、光纜及電工器材制造行業(yè)效益十佳企業(yè)?！叭蛰x”電纜被認(rèn)定為國(guó)家免檢產(chǎn)品，“日輝”商標(biāo)被認(rèn)定為中國(guó)馳名商標(biāo)。第一條總投資2億元的500kV交聯(lián)電纜生產(chǎn)線已于2005年10月竣工投產(chǎn)，第二期，總投資為3.6億元，其中固定資產(chǎn)投資2.8億元，企業(yè)自籌1.32億元。購(gòu)進(jìn)德國(guó)特樂(lè)斯特公司的兩條VCV交聯(lián)生產(chǎn)線，設(shè)備配置參數(shù)是目前在國(guó)內(nèi)線纜行業(yè)中屬于最先進(jìn)和最可靠?？缮a(chǎn)750kV超高壓交聯(lián)電纜，電纜截面可達(dá)到3500mm2，可新增生產(chǎn)能力超高壓電纜150千米，預(yù)計(jì)新增銷售收入9億元，利稅1.34億元，利潤(rùn)1.1億元，電纜集團(tuán)總形成500kV交聯(lián)電纜225千米的生產(chǎn)能力，交聯(lián)電纜生產(chǎn)能力一躍成為國(guó)內(nèi)首位。2．青島漢纜集團(tuán)有限公司從事電線電纜高新技術(shù)研究和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的技術(shù)密集型、高效益的大型企業(yè)，擁有國(guó)際90年代先進(jìn)水平的500kV及以下多條交聯(lián)電纜生產(chǎn)線。公司擁有從芬蘭引進(jìn)的220kV立塔交聯(lián)生產(chǎn)線、船用、礦用電纜生產(chǎn)線等十幾條國(guó)際先進(jìn)水平的電纜生產(chǎn)設(shè)備，其中220kv大截面分裂導(dǎo)體結(jié)構(gòu)電纜、35kV乙丙膠絕緣電力電纜，可填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。同時(shí)公司還有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的超高壓電纜檢測(cè)裝置。3．河北省的寶豐電纜集團(tuán)配置了當(dāng)今世界最先進(jìn)的自動(dòng)化電纜生產(chǎn)線和線纜檢測(cè)設(shè)備，擁有世界上最高的750kV特高壓VCV生產(chǎn)線，10-110kV全干式CDCC交聯(lián)電纜生產(chǎn)線，1-10kV一步法四層共擠硅烷交聯(lián)電纜生線；及從德國(guó)西門(mén)子公司引進(jìn)的10-110kV局部放電檢測(cè)設(shè)備和從瑞士哈佛萊公司引進(jìn)的1000kV雷電沖擊型式試驗(yàn)檢備。4．山東魯能電纜有限公司其前身是山東魯能泰山電纜股份有限公司，國(guó)家大型一檔企業(yè)，國(guó)家電線電纜骨干企業(yè)。公司擁有先進(jìn)的電線電纜制造設(shè)備526臺(tái)套，其中關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備是從德國(guó)SKET、KRUPP、芬蘭NOKIA、加拿大CEECO公司引進(jìn)的具有國(guó)際先進(jìn)水平的專業(yè)制造設(shè)備，具備年生產(chǎn)中低壓電纜6000km、高壓電纜800km、各類祼電線30000噸的能力，公司具有自營(yíng)出口權(quán)，建有國(guó)家級(jí)技術(shù)中心，有雄厚的自主研發(fā)實(shí)力。公司擁有先進(jìn)的生產(chǎn)和檢測(cè)設(shè)備1176臺(tái)(套)，先后引進(jìn)了芬蘭諾基亞公司35－220kV立式交聯(lián)電纜生產(chǎn)線；瑞士哈佛萊公司750kV局部放電測(cè)試儀等世界先進(jìn)水平的電線電纜生產(chǎn)和檢測(cè)設(shè)備210臺(tái)(套)。公司500kV及以下高壓電纜電性能試驗(yàn)屏蔽大廳為國(guó)內(nèi)一流水平，并達(dá)到當(dāng)今世界先進(jìn)水平，為公司高壓電纜的研制、開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定提高奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。除了上述幾家公司外我國(guó)還有許多公司可以生產(chǎn)500kV及以上耐壓等級(jí)的電纜，如浙江晨光電纜有限公司、渝能泰山電線電纜有限公司、廣州市明興電纜有限公司、湖北永鼎紅旗電氣有限公司（湖北紅旗電纜廠）、河北新華立達(dá)線纜有限公司、河南金龍電纜集團(tuán)有限公司、寶勝集團(tuán)、沈陽(yáng)古河電纜有限公司、上海電纜廠有限公司、廣州嶺南電纜有限公司、杭州華新電力線纜有限公司、浙江萬(wàn)馬等。綜合考慮我國(guó)高壓XLPE電纜技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)水平尚有差距。武高所正全力推動(dòng)500kV電纜系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化，我國(guó)開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)500kVXLPE電纜及附件對(duì)于電纜制造企業(yè)與電力工業(yè)單位均是必然的選擇。完成這項(xiàng)工作需要有政府部門(mén)的大力支持，線纜行業(yè)管理部門(mén)和技術(shù)歸口部門(mén)的宏觀調(diào)控，需要有遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)的學(xué)者和企業(yè)家攜手，需要相關(guān)有研發(fā)能力的行業(yè)應(yīng)集結(jié)高技術(shù)的專家加大研發(fā)力度，研究出超高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣塑料和超高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，能夠達(dá)到500kV以上的耐壓等級(jí)[14]。國(guó)內(nèi)500kVXLPE電力電纜附件的發(fā)展?fàn)顩r發(fā)展長(zhǎng)距離500kV的XLPE電纜線路工程時(shí)，接頭是必不可少的附件，城市電纜敷設(shè)需要大量電纜接頭，且電纜萬(wàn)一發(fā)生事故時(shí)，必須采用接頭進(jìn)行電纜接續(xù)，國(guó)產(chǎn)高壓、超高壓電纜附件一直落后電纜本體，500千伏XLPE電纜連接接頭至今未完成開(kāi)發(fā)研制及實(shí)用化，附件技術(shù)的落后現(xiàn)狀已嚴(yán)重制約超高壓電纜推廣應(yīng)用[15]。我們不得不在購(gòu)買(mǎi)超高壓電纜的同時(shí)，花費(fèi)大量外匯去高價(jià)購(gòu)買(mǎi)國(guó)外的電纜附件，時(shí)常受到外商若干附加條件的限制，備品備件的品種規(guī)格、數(shù)量及時(shí)效的限制等。終端制造難度大，高新技術(shù)含量比電纜本體要高得多，因?yàn)殡娎|整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)中這一部分是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)其設(shè)計(jì)制造時(shí)要極重視接頭部分的電場(chǎng)分布、溫度分布、壓力分布，絕對(duì)消除氣隙，模具設(shè)計(jì)極復(fù)雜，材料配方應(yīng)用也有難度。超高壓擠包絕緣電纜及其附件是電網(wǎng)中極重要的組成部分，其長(zhǎng)期可靠性是首先要考慮的重大課題；與110kV電纜及其附件相比，它們的工作場(chǎng)強(qiáng)很高，故安全裕度較??；它們的絕緣厚度較厚，熱機(jī)械效應(yīng)較嚴(yán)重；隨著電壓的增高，電纜本體與附件的設(shè)計(jì)以及安裝配合，變得更為困難[16-17]。另一方面，電纜附件行業(yè)普遍存在的問(wèn)題是如何對(duì)出廠產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)檢驗(yàn)，這也是作為電纜附件用戶最關(guān)心的問(wèn)題[18]。500kV電纜附件中的戶外終端和接頭，在國(guó)內(nèi)僅有江蘇安靠電纜附件公司通過(guò)了武高院的型式試驗(yàn)，正在籌劃進(jìn)行一年的預(yù)鑒定試驗(yàn)。目前的狀況是附件產(chǎn)品一旦通過(guò)型式試驗(yàn)后，三、五年內(nèi)不再作試驗(yàn)，特別是產(chǎn)品出廠前不做也無(wú)法做試驗(yàn)檢驗(yàn)，容易造成運(yùn)行中的事故隱患。高壓電纜附件研制開(kāi)發(fā)工作是一項(xiàng)資金密集型、技術(shù)密集型的系統(tǒng)工程，需要有電纜運(yùn)行部門(mén)支持和配合，形成跨行業(yè)、多渠道技術(shù)合作，齊心協(xié)力快速發(fā)展我國(guó)高壓電纜附件的民族工業(yè)，及早研制500kVXLPE電纜接頭，提高電纜附件技術(shù)水平。對(duì)橡膠預(yù)制應(yīng)力錐(機(jī)械擴(kuò)張后套在電纜絕緣上)預(yù)置接頭的應(yīng)考慮合成橡膠應(yīng)力錐與浸漬油的相容性：在高電場(chǎng)和熱場(chǎng)作用下，預(yù)模制的橡膠應(yīng)力錐老化會(huì)引起界面壓的變化(松弛)從而降低電氣強(qiáng)度的技術(shù)問(wèn)題，采用合適的材料既可以使合成橡膠與浸漬油相容，又可以確保良好的老化性能。現(xiàn)在開(kāi)發(fā)的硅橡膠絕緣材料可以很好的解決這一問(wèn)題。還可采用彈簧壓緊裝置，在應(yīng)力錐上增加一套機(jī)械彈簧裝置以保持應(yīng)力錐與電纜之間界面上的應(yīng)力恒定，輔以對(duì)付在高電場(chǎng)和熱場(chǎng)作用下，橡膠應(yīng)力錐老化后可能會(huì)引起的界面壓力的變化(松弛)。另外，采用一種非橡膠應(yīng)力錐，我們也可以開(kāi)發(fā)成超高壓電纜附件。在設(shè)計(jì)上它既能提供可靠的應(yīng)力控制又能避開(kāi)應(yīng)力錐與電纜絕緣直接接觸。典型的結(jié)構(gòu)是美國(guó)G&W公司設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，從使用角度來(lái)看，這種結(jié)構(gòu)可以允許配套電纜有較大的直徑和偏心度的制造公差。我們還可以參照國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)超高壓電容錐附件[19]。從原理上講，電容錐控制電場(chǎng)的效果優(yōu)于應(yīng)力錐，但制造上比較麻煩為保證產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)IEC62067:2006標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)性技術(shù)文件GB/Z18890.1～18890.3—2002《額定電壓220kV(Um=252kV)交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜及其附件》對(duì)附件進(jìn)行嚴(yán)格的預(yù)鑒定試驗(yàn)(即為了驗(yàn)證完整的電纜系統(tǒng)具有滿意的長(zhǎng)期可靠性能而進(jìn)行的試驗(yàn))[20]。為了考核超高壓電纜系統(tǒng)的長(zhǎng)期可靠性，可以增加預(yù)鑒定試驗(yàn)，即長(zhǎng)期加速老化試驗(yàn)。一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)電纜附件相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)做出了明確地規(guī)定，我們的權(quán)威部門(mén)在時(shí)機(jī)成熟時(shí)對(duì)電纜及附件也應(yīng)作出相應(yīng)規(guī)定。日本500kVXLPE絕緣電力電纜發(fā)展?fàn)顩r我國(guó)現(xiàn)行電壓等級(jí)規(guī)定高壓的范疇為：IkV、6kV、10kV、35kV、60kV、110kV、200kV；超高壓的范疇為；330kV、500kV、750kV、1000kV。近年來(lái)的我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展和城市進(jìn)程的加快，使得我國(guó)成為世界超高壓XLPE絕緣電力電纜的重要市場(chǎng)。國(guó)外資本在原有的生產(chǎn)規(guī)?；A(chǔ)上，正加緊擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模；國(guó)內(nèi)的電線電纜企業(yè)在超高壓電力電纜制造領(lǐng)域的投資也驟然放大?？墒?，我們對(duì)超高壓電纜制造與使用技術(shù)的積累和目前的技術(shù)需求存在著一定差距。通過(guò)了解國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，是確定行業(yè)的努力方向、迅速提高國(guó)內(nèi)超高壓電力電纜的制造與維護(hù)技術(shù)水平的有效途徑。在國(guó)外500kV電纜的使用以日本為最多，且產(chǎn)量也不大，所以國(guó)產(chǎn)電纜的規(guī)格可以參照日本的產(chǎn)品選用，以便于各國(guó)間電纜使用的統(tǒng)一性和互換性，更便于使用統(tǒng)一的配套附件。在500kV電纜腌制后，有可能首先要與日本或國(guó)外其他的電纜附件配套。所以了解日本500kVXLPE絕緣電力電纜的現(xiàn)狀有助于我國(guó)在此方面的發(fā)展。日本超高壓XLPE絕緣電力電纜的開(kāi)發(fā)日本于1832年開(kāi)始制造銅線、1927年開(kāi)始制造橡膠電纜、1949年開(kāi)始制造聚氯乙烯絕緣電線、1950年開(kāi)始制造聚乙烯絕緣電線、1987年由日本曰立電線株式會(huì)社制造的世界第一根500kVCV電纜入網(wǎng)運(yùn)行。經(jīng)過(guò)十幾年的研發(fā)，2000年11月，世界首條500kV大長(zhǎng)度CV電纜輸電線路在東京都開(kāi)始運(yùn)行。這條線路全長(zhǎng)40km，采用雙回路，共計(jì)敷設(shè)240km單芯l×2500平方毫米CV電纜，單根電纜最大長(zhǎng)度為1800m。采購(gòu)的電纜于1996年8月開(kāi)標(biāo)，從開(kāi)標(biāo)到敷設(shè)完畢其間用時(shí)4年。電纜供應(yīng)商為：日立電線、住友電工、古河電工、藤倉(cāng)電線。各供應(yīng)商提供60km結(jié)構(gòu)參數(shù)完全一樣電纜。對(duì)于絕緣線芯的制造，藤倉(cāng)采用FZCV方式，其他供應(yīng)商采用的是RCP方式。為了制造這條電纜的絕緣線芯，古河電工在千葉縣新建了一座90米高的立塔：藤倉(cāng)電線是在1992年建成的千葉縣富津市工廠里的FZCV生產(chǎn)線上制造這條電纜的絕緣線芯。275kV及以下電壓等級(jí)的XLPE絕緣電力電纜從運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)上看不出RCP和FZCV兩者在質(zhì)量上存在顯著差別。上世紀(jì)七、八十年代。世界對(duì)XLPE絕緣電力電纜進(jìn)行了廣泛深入的研究，其研究成果對(duì)于后來(lái)指導(dǎo)XLPE絕緣電力電纜的制造和運(yùn)行的技術(shù)發(fā)展起到了很好作用。當(dāng)時(shí)制造110kV及以上XLPE絕緣電力電纜絕緣線芯的主要設(shè)備是：干式交聯(lián)生產(chǎn)線。經(jīng)過(guò)20多年的綜合比較，目前日本見(jiàn)諸于報(bào)端的500kVXLPE絕緣電力電纜絕緣層制造方法是：有氮?dú)獗Ｗo(hù)的RCP和硅油保護(hù)的FZCV兩種。XLPE絕緣電力電纜發(fā)展方向是：超高壓化：大長(zhǎng)度化：大截面化。日本目前XLPE電纜的絕緣水平與變遷在日本CV電纜實(shí)用化已有50多年的歷史，隨著材料制造技術(shù)和絕緣線芯加工技術(shù)的進(jìn)步，電纜的工作場(chǎng)強(qiáng)也在逐步提高，下面是到2000年時(shí)，日本XLPE電纜絕緣平均工作場(chǎng)強(qiáng)變化的大致情況：500kV：9.1kV/mm——9.9kV/mm——11.7kV/mm220kV：5.5kV/mm——6.3kV/mm154kV：4.2kV/mm——5.1kV/mm——5.7kV/mm66kV：3.1kV/mm——3.6kV/mm——4.4kV/mm日本對(duì)超高壓電力電纜的檢測(cè)日本雖然在世界上最早完成500kVXLPE絕緣電力電纜的研發(fā)和應(yīng)用，但到目前為止還沒(méi)有收集到日本國(guó)家的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)將收集到的部分企業(yè)對(duì)于500kVCV電纜的要求匯總?cè)绫?.1：表1.1部分企業(yè)對(duì)于500kVCV電纜的要求匯總工頻耐壓試驗(yàn)465kV/15min局部放電試驗(yàn)465kV時(shí)未見(jiàn)放電（檢驗(yàn)設(shè)備靈敏度小于5pc）護(hù)套沖擊試驗(yàn)-90kV/3次安裝后工頻耐壓試驗(yàn)970kV/60min安裝后絕緣沖擊試驗(yàn)士1960kV/各3次安裝后局部放電試驗(yàn)352kV·1h+318kV·168h日本對(duì)超高壓電纜制造的主要要求在日本500kVXLPE絕緣電力電纜從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)品實(shí)用化用了約10年，通過(guò)實(shí)踐認(rèn)為影響其質(zhì)量的主要因素為：異物、氣孔、突起。采取的相應(yīng)控制手段如表1.2：表1.2異物、氣孔、突起采取的控制手段管理項(xiàng)目保證方法異物管理方法由過(guò)濾嘲來(lái)強(qiáng)化過(guò)濾檢查手段使用樹(shù)脂要全部經(jīng)過(guò)檢查，端頭切片檢查氣孔管理方法通過(guò)交聯(lián)專用程序(控制溫度、壓力等制造條件)檢查手段端頭切片檢查突起管理方法由過(guò)濾嘲來(lái)強(qiáng)化過(guò)濾檢查手段端頭切片檢查值得一提的是，異物不僅僅是來(lái)自材料外空間。在材料向擠出機(jī)輸送過(guò)程、材料在擠出機(jī)機(jī)體及機(jī)頭的流動(dòng)過(guò)程中也不可避免地要產(chǎn)生異物。日本的企業(yè)在要求所有可能和樹(shù)脂直接接觸的場(chǎng)所的環(huán)境要滿足1000級(jí)凈化標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，還在擠出螺桿和機(jī)頭上下功夫，努力減少其上的物質(zhì)存留。將追求擠出效率轉(zhuǎn)向追求擠出的塑化質(zhì)量及擠出機(jī)頭各處熔融體流速均一，減小偏芯。在使用氣體傳輸材料時(shí)，由過(guò)去的低壓高速方式轉(zhuǎn)為高壓低速方式。運(yùn)行前的長(zhǎng)時(shí)問(wèn)局部放電試驗(yàn)的目的就是為了檢測(cè)系統(tǒng)(電纜和接頭等)內(nèi)異物、氣孔、突起的水平。本文主要研究?jī)?nèi)容本文概述了500kVXLPE電纜的研究意義和背景，并對(duì)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。詳細(xì)講述了日本500kV超高壓電纜的研究歷程。介紹了典型500kV超高壓電纜的結(jié)構(gòu)，對(duì)充油電纜和XLPE電纜進(jìn)行了對(duì)比，認(rèn)為XLPE電纜具有充油電纜不具備的優(yōu)勢(shì)。對(duì)各部分選材、作用等做了詳細(xì)分析，如導(dǎo)體的選擇、導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)、絕緣的選擇和工藝、屏蔽層、緩沖層、金屬護(hù)套和護(hù)層的選擇等。最后簡(jiǎn)要介紹了電纜的載流量計(jì)算。500kV超高壓電力電纜500kV超高壓電力電纜超高壓電力電纜一般可以分為充油電纜和交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜兩種，下面對(duì)兩種電纜的特性進(jìn)行對(duì)比。充油電纜充油電纜實(shí)際是在傳統(tǒng)的浸漬紙絕緣結(jié)構(gòu)延伸的產(chǎn)品，與66~275kV分相絕緣充油電纜的結(jié)構(gòu)相似．由于有外置壓力油箱所持有的(微)正壓．可以保證各浸漬紙間油道(膜)豐滿．并具有足夠絕緣耐受能力，因而其運(yùn)行可靠性高，過(guò)載能力強(qiáng)和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)已被運(yùn)行實(shí)踐所證明，但其缺點(diǎn)也很明顯[21]：(1)電纜敷設(shè)應(yīng)用將受地理環(huán)境條件及兩終端頭之間自然落差的限制，并會(huì)增加電纜油道的壓力。(2)有潛在的失火危險(xiǎn)，尤其是在敷設(shè)安裝過(guò)程受到意外的機(jī)械損傷等，會(huì)對(duì)安裝現(xiàn)場(chǎng)提出嚴(yán)格的消防要求(3)終端電纜頭需配置壓力油箱、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并需定期維護(hù)和繁復(fù)的檢測(cè)工作，這是現(xiàn)代電力用戶所不希望的。在我國(guó)應(yīng)用歷史最長(zhǎng)，積累的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)最多，但有火災(zāi)危險(xiǎn)，我國(guó)以禮河三級(jí)電站曾先后發(fā)生過(guò)電纜(820kV)失火事故而造成重大損失。充油電纜敷設(shè)維護(hù)均比干式電纜復(fù)雜，安裝高差也有限制，浸漬紙紙絕緣充油電纜的缺點(diǎn)，電力部門(mén)是深有體驗(yàn)，現(xiàn)已被逐漸淘汰[22]。交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜具有無(wú)油化的特點(diǎn)，介質(zhì)損耗小，防火性能好，安裝敷設(shè)方便，維護(hù)工作量少，隨著制造工藝的改進(jìn)和實(shí)際工程運(yùn)行的考驗(yàn)，其可靠性也逐步得到認(rèn)可，應(yīng)用也愈加廣泛，提出電纜“無(wú)油化”的要求是一種必然的，電纜產(chǎn)業(yè)界也一直為此努力尋求適合于制造干式電纜(DryCable)的絕緣材料，在HV和EHV系統(tǒng)中的電纜普遍認(rèn)為聚乙烯是較為理想的絕緣介質(zhì)、現(xiàn)已經(jīng)開(kāi)發(fā)研究并應(yīng)用。由于低密度聚乙烯（LDPE）本身的物理性狀存在的一些不足，如軟化點(diǎn)溫度偏低，電纜的運(yùn)行溫度應(yīng)控制在70℃及以下；過(guò)載能力較低、尤其是在出現(xiàn)外部短路時(shí)，允許的短時(shí)溫升的極限溫度必須控制在PE的軟化點(diǎn)以下等原因，低密度聚乙烯（LDPE）的應(yīng)用會(huì)受到制約，要想有所改觀就只能從分子結(jié)構(gòu)上予以改進(jìn)所謂交聯(lián)就是應(yīng)用物理或化學(xué)手段使分子中的短側(cè)鏈與兩個(gè)長(zhǎng)鏈相接的過(guò)程，就PE而言則需將分子中的氫原子有序地奪走一個(gè)(縱向長(zhǎng)鏈上)代之橫向支鏈接起來(lái)，從而使其具有牢固的晶體結(jié)構(gòu)，類似于橡膠的硫化。故在交聯(lián)的過(guò)程需增加脫氣的工藝，使絕緣由線性結(jié)構(gòu)交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)．其軟化點(diǎn)溫度可以達(dá)到130℃以上現(xiàn)今XLPE電纜的生產(chǎn)工藝流程，雖有懸鏈、水平和垂直布置的交聯(lián)與三層共擠(Trimethoxysilan)生產(chǎn)線的方式之分[23]。但在工藝質(zhì)量的監(jiān)控上更趨連續(xù)性和嚴(yán)密，而仍然保有商業(yè)化流水線連續(xù)生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，電纜的技術(shù)性能則有明顯改進(jìn)，交聯(lián)與乙烯的特性：①長(zhǎng)期持續(xù)運(yùn)行溫度允許值≥90℃②使電纜過(guò)載能力增加，短路運(yùn)行溫度允許≥250℃這就意味著在以載流密度選擇電纜截面時(shí)，截流導(dǎo)體和屏蔽層有色金屬的消耗量可減少而得以充分利用，不必受絕緣材料的限制?，F(xiàn)有500kV電纜綜臺(tái)性能比較將上述各類型電纜的主要性能如表2.1所示。從表中不難看出XLPE在技術(shù)性能指標(biāo)上相對(duì)較好。根據(jù)國(guó)內(nèi)外500kV超高壓電纜應(yīng)用的一些實(shí)例，充油電纜制造經(jīng)驗(yàn)豐富，運(yùn)行歷史長(zhǎng)，可靠性較高；但它也有明顯的缺點(diǎn)：敷設(shè)安裝不方便易燃性高敷設(shè)落差受限制。與充油電纜比較XLPE電纜具有無(wú)油化的特點(diǎn)，防火性能好，敷設(shè)安裝方便，維護(hù)工作量少，而且介質(zhì)損耗低，具有明顯的優(yōu)越性隨著制造工藝的改進(jìn)和實(shí)際工程運(yùn)行的考驗(yàn)，“無(wú)油化”擠塑電纜將是EHV電纜發(fā)展的主要趨勢(shì)，XLPE電纜的可靠性也逐步獲得認(rèn)同越來(lái)越廣泛地得到應(yīng)用。因此，在未來(lái)城市的500kV電纜應(yīng)用中應(yīng)以XLPE電纜為主，這種形式的電纜更適合未來(lái)城市化發(fā)展的要求。自1957年美國(guó)GE公司首先采用過(guò)氧化物蒸汽交聯(lián)聚乙烯獲得成功以來(lái)，交聯(lián)聚乙烯生產(chǎn)技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。現(xiàn)在有特色的交聯(lián)方法有十幾種，交聯(lián)生產(chǎn)線吸收了包括計(jì)算機(jī)在內(nèi)的許多先進(jìn)技術(shù)。交聯(lián)方法表2.1500kV電纜綜合性能比較性能參數(shù)XLPE充油浸漬紙機(jī)械性能抗拉強(qiáng)度/Mpa15伸長(zhǎng)率％600電氣性能體積電阻系數(shù)/Ω·m3≥1016≥1014相對(duì)介電系數(shù)2.33.5介質(zhì)損耗系數(shù)0.050.03絕緣擊穿強(qiáng)度kV/mm40~80最大持續(xù)運(yùn)行溫度/℃9065最大短路運(yùn)行溫度/℃250220抗老化性能100℃時(shí)優(yōu)良120℃時(shí)優(yōu)中105℃時(shí)良差可以分為物理交聯(lián)和化學(xué)交聯(lián)，物理交聯(lián)即輻照交聯(lián)，化學(xué)交聯(lián)可分為過(guò)氧化物交聯(lián)和硅烷交聯(lián)。物理交聯(lián)又稱為輻照交聯(lián)，是利用電子加速成器產(chǎn)生的高能量電子束流，轟擊絕緣層及護(hù)套，將高分子鏈打斷被打斷的每一個(gè)斷點(diǎn)成為自由基。自由基不穩(wěn)定，相互之間要重新組合，重新組合后由原來(lái)的鏈狀分子結(jié)構(gòu)變?yōu)槿S網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)而形成交聯(lián)，由于500kV線徑過(guò)大，輻照交聯(lián)難以保證完全交聯(lián)，不應(yīng)用于超高壓電纜的生產(chǎn)。過(guò)氧化物交聯(lián)是應(yīng)用最廣泛的交聯(lián)方法，聚乙烯也多用過(guò)氧化物法交聯(lián)，電纜用聚乙烯交聯(lián)料是以低密度聚乙烯配合過(guò)氧化物交聯(lián)劑、抗氧劑、填充劑等租場(chǎng)的混合物料。加熱時(shí)，過(guò)氧化物分解為活血火星很高的游離基，這些游離基奪取聚乙烯分子中的氫原子，使聚乙烯主鏈上的某些碳原子為活性游離基并相互結(jié)合，即產(chǎn)生C-C交聯(lián)鍵，形成了網(wǎng)狀的大分子結(jié)構(gòu)。過(guò)氧化物交聯(lián)的幾種方法：飽和蒸汽交聯(lián)：飽和蒸汽的特點(diǎn)是熱量來(lái)自汽化潛熱，熱容量大，傳熱效率高、成本低、壓力和溫度容易調(diào)節(jié)等。它在橡皮電纜生產(chǎn)中得到了廣發(fā)應(yīng)用，但此法中制品在高壓高溫下要與水蒸氣接觸，材料內(nèi)部將吸收水分冷卻時(shí)過(guò)半和水洗出形成大量的微小孔隙。另外飽和蒸汽溫度與蒸汽加壓力有關(guān)，壓力大溫度高。但在高蒸汽壓力下，溫度隨壓力上升而增加的速率會(huì)降低，這就決定了此法交聯(lián)溫度不高，繼而限制了交聯(lián)速度。教練速度低是飽和蒸汽交聯(lián)又一明顯不足。由于上述原因飽和蒸汽交聯(lián)一般用10kV及以下電纜生產(chǎn)，無(wú)法生產(chǎn)超高壓電纜。惰性氣體保護(hù)熱輻射交聯(lián)：針對(duì)飽和蒸汽交聯(lián)的缺點(diǎn)人們開(kāi)發(fā)了惰性氣體保護(hù)的熱輻射交聯(lián)，即所謂干法交聯(lián)，和飽和蒸汽交聯(lián)相比，干法交聯(lián)制品在交聯(lián)過(guò)程中不與水或水蒸氣相接觸，最大限度地控制住了吸水量和微孔尺寸，這對(duì)限制水樹(shù)的生成，提高制品使用壽命無(wú)疑使重要的，其次決定生產(chǎn)速度的交聯(lián)溫度與氣體壓力無(wú)關(guān)，故可根據(jù)工藝要求設(shè)計(jì)交聯(lián)管的加熱溫度，以取得盡可能高的生產(chǎn)速度。熔鹽交聯(lián)：這是以鉀鈉等低熔點(diǎn)金屬鹽溶液為交聯(lián)介質(zhì)的方法，初稱為熔鹽法(LiguidCuringMediun)，簡(jiǎn)稱LCM，后來(lái)改進(jìn)為加壓熔鹽法(PressureLiquidContinueVulcanigation)，簡(jiǎn)稱PLCV。由于熔鹽是導(dǎo)電物質(zhì)，其水溶液是水樹(shù)的促進(jìn)劑，故不能生產(chǎn)高壓超高壓電纜。硅油交聯(lián)：硅油交聯(lián)是70年代開(kāi)發(fā)的新方法。其技術(shù)關(guān)鍵是用不和聚乙烯發(fā)生溶脹作用的加壓硅油作為交聯(lián)和冷卻介質(zhì)，由于硅油到點(diǎn)性優(yōu)異、化學(xué)穩(wěn)定性好、熱導(dǎo)率高并有和聚乙烯相當(dāng)?shù)拿芏?，這就較好的解決了生產(chǎn)中所需的高溫高壓，不惡化制品質(zhì)量及臥式和懸垂式所需的托浮力問(wèn)題。如FZCV機(jī)組交聯(lián)溫度為300℃，和飽和蒸汽方法相比，相同管長(zhǎng)可提高速度10%~25%。生產(chǎn)中硅油有約350KPa的壓力，因此氣隙小，一般小于1微米；制品不和水接觸，含水量也和其他干法交聯(lián)相當(dāng)。并且用臥式或懸垂式就可以生產(chǎn)高壓電纜，因此它是目前生產(chǎn)高壓交聯(lián)電纜較為理想的方式。硅烷交聯(lián)是在溫水中進(jìn)行的，故又稱溫水交聯(lián)。溫水交聯(lián)的方法是將電線電纜置于90℃的溫水中浸泡5至7小時(shí)，在此狀況下，氫氧化物將吸收大量的水分，導(dǎo)致絕緣電阻下降，直接影響到電纜的綜合性能。故不應(yīng)用于超高壓電纜的生產(chǎn)。但這種方法設(shè)備簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、工藝靈活、可以著色，改變規(guī)格時(shí)不需浪費(fèi)大量電纜，所以是生產(chǎn)中低壓電纜的比較合適方式[24]。500kVXLPE絕緣電力電纜的結(jié)構(gòu)電力電纜按照單根電纜包含的線芯數(shù)量可分為單芯和三芯兩種，一般來(lái)說(shuō)，500kVXLPE單芯電纜的典型結(jié)構(gòu)，其主要結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)體、導(dǎo)體屏蔽層、XLPE絕緣層、金屬屏蔽層、內(nèi)襯層、金屬護(hù)套以及PVC外護(hù)套等，如圖2.1所示。圖2.1500kVXLPE絕緣單芯電纜的結(jié)構(gòu)1—導(dǎo)體2—半導(dǎo)電帶3—導(dǎo)體屏蔽4—絕緣5—絕緣屏蔽6—半導(dǎo)電阻水帶7—金屬護(hù)套8—防腐層9—聚乙烯外護(hù)層（含半導(dǎo)電層）超高壓電力電纜各部分結(jié)構(gòu)及選材超高壓電纜導(dǎo)體的選擇目前，國(guó)內(nèi)外電纜導(dǎo)體材質(zhì)主要有銅芯、鋁芯兩種。銅芯與鋁芯電纜線芯基本性能比較如表2.2所示：表2.2銅芯與鋁芯電纜線芯基本性能比較材質(zhì)電阻率電阻溫度系數(shù)熱膨脹系數(shù)熔點(diǎn)密度抗拉強(qiáng)度抗腐蝕性能彈性模量載流量銅芯0.01723.9316.610838.9196好11.7高鋁芯0.2823.9236602.778差7.16低從由表中各項(xiàng)性能指標(biāo)不難看出，銅芯電纜比鋁芯電纜有明顯的優(yōu)勢(shì)。主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：(1)銅芯電纜線芯電阻率低：鋁芯電纜的電阻率比銅芯電纜約高1.68倍；(2)銅芯電纜線芯彈性模量高，是鋁芯電纜的1.63倍，可以彎曲、易延展。(3)銅芯電纜線芯抗拉強(qiáng)度是鋁芯電纜線芯的2倍。(4)銅芯電纜抗腐蝕性能好。(5)銅芯電纜的載流量比鋁芯電纜大：同截面的銅芯電纜要比鋁芯電纜允許的載流量高30％左右。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，銅價(jià)格比鋁價(jià)格高很多，鋁芯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯，但500kV超高壓電力電纜導(dǎo)體材質(zhì)的選擇，既需考慮經(jīng)濟(jì)性，更要考慮其較大截面特點(diǎn)和包含連接部位的可靠安全性[25]。綜合考慮銅鋁兩種材質(zhì)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)性能，本課題推薦在城市500千伏超高壓電纜中應(yīng)采用銅芯電纜。除以上經(jīng)濟(jì)技術(shù)術(shù)分析外，還基于以下幾個(gè)重要原因：(1)從國(guó)內(nèi)外運(yùn)行電纜來(lái)看，在中低壓電纜中鋁芯電纜線路故障率高，截止目前還沒(méi)有任何電纜制造廠家在超高壓電纜中采用鋁芯電纜。(2)鋁芯電纜線芯的連接質(zhì)量不易保證，從兩種材料的性能比較中，我們可以看到鋁材與銅材相比較彈性模量小、造成鋁材的接頭易變形、固定不緊易松動(dòng)、接頭接觸不良、接觸電阻高。(3)由于近20年以來(lái)，電力系統(tǒng)均以銅芯電纜為主，目前電纜安裝部門(mén)配置的壓接工具都是以壓接銅芯電纜為主的，壓鋁芯電纜的工具基本沒(méi)有配置?，F(xiàn)在壓接工具制造企業(yè)也基本沒(méi)有制造鋁芯電纜的壓接工具。國(guó)標(biāo)規(guī)定壓接鋁芯電纜采用點(diǎn)壓法。點(diǎn)壓法的優(yōu)點(diǎn)是需要的壓力較小，較容易使局部壓接處接觸表面產(chǎn)生金屬表面滲透，可以破壞鋁芯線及連接管表面的氧化膜，但壓接以后連接管易變形。國(guó)標(biāo)規(guī)定壓接銅芯電纜采用圍壓法，圍壓法的優(yōu)點(diǎn)是壓接后連接管表面形狀比較平直，不變形，容易解決連接管處電場(chǎng)集中的問(wèn)題。參考國(guó)標(biāo)GB/TXXXX《額定電壓500kV（Um=550kV）交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜及其附件》第二部分，500kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜導(dǎo)體用銅單線應(yīng)采用GB/T3953中TR型圓銅線。導(dǎo)體應(yīng)采用緊壓絞合圓形銅導(dǎo)體，截面為800mm2導(dǎo)體可任選緊壓導(dǎo)體或分割導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；1000mm2及以上導(dǎo)體應(yīng)采用分割導(dǎo)體結(jié)構(gòu)[26]。導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)和直流電阻應(yīng)符合GB/T3956和表2.3規(guī)定。表2.3導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)和直流電阻相關(guān)規(guī)定導(dǎo)體標(biāo)稱截面mm2導(dǎo)體中單線最少根數(shù)20℃時(shí)導(dǎo)體直流電阻最大值Ω/km800530.022110001700.017612001700.015114001700.012916001700.011318002650.010120002650.009022002650.008325002650.0073導(dǎo)體便面應(yīng)光潔、無(wú)油污、無(wú)損傷屏蔽及絕緣的毛刺、銳邊以及凸起或斷裂的單線。超高壓電纜導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)電力是重要的綠色能源，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的前提和基礎(chǔ)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力需求劇增，電力設(shè)施朝著大容量(高電壓、大電流)傳輸方向發(fā)展。為了提高電纜的載流量，通常采用增大導(dǎo)體截面的辦法。但是，由于交流系統(tǒng)中集膚效應(yīng)的存在，導(dǎo)致導(dǎo)體中的載流量并不是隨電纜導(dǎo)體截面的增大而成正比例增加，而是當(dāng)導(dǎo)體直徑增大到一定程度時(shí)，集膚效應(yīng)嚴(yán)重，導(dǎo)致導(dǎo)體的交流有效電阻即交流電阻會(huì)明顯大于其直流電阻，因而單靠增大截面也就失去了其實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性[27]。為了最大限度地減輕因集膚效應(yīng)引起的導(dǎo)體交流電阻增大，有效地減小導(dǎo)體的損耗發(fā)熱，增加導(dǎo)體的載流量，就要將大截面導(dǎo)體分割成彼此絕緣的幾部分即形成分割導(dǎo)體。分割導(dǎo)體是由分割股塊、隔離絕緣皺紋紙、扎帶、半導(dǎo)電尼龍帶、導(dǎo)體填充等部分組成，其中，每個(gè)股塊外要縱包隔離絕緣皺紋紙，股塊成纜后在分割導(dǎo)體外首先要用扎帶捆緊，再繞包半導(dǎo)電尼龍帶，最后纏繞無(wú)紡布保護(hù)層。另外，分割導(dǎo)體中心采用導(dǎo)體填充。集膚效應(yīng)即場(chǎng)量比較集中在表面的現(xiàn)象。在電磁場(chǎng)理論中，交流電源與負(fù)載間的能量傳輸是通過(guò)導(dǎo)線中的空間以電磁波的形式進(jìn)行的。坡印亭向量s表達(dá)了能量傳輸?shù)墓β拭芏龋?（2-1）其中：E為電場(chǎng)強(qiáng)度；H為磁場(chǎng)強(qiáng)度。 （2-2）其中：δ為電流密度γ為導(dǎo)體電導(dǎo)率E為導(dǎo)體內(nèi)的分布場(chǎng)強(qiáng)由式（2-1）（2-2）知，導(dǎo)體中的δ分布決定于導(dǎo)體中場(chǎng)強(qiáng)E的分布，也決定于坡印亭向量的分布。由于導(dǎo)體的電導(dǎo)率γ≠∞，即電阻率ρ≠0，所以其中有能量損耗，即有一部分電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)榱藷崮?。因此電磁波在?dǎo)體內(nèi)部，隨著與表面距離的增大，能量逐漸減少，從而引起電磁場(chǎng)量的逐漸減弱。因而集膚效應(yīng)是由于場(chǎng)量在導(dǎo)體內(nèi)部的衰減形成的[28]。場(chǎng)量在導(dǎo)體內(nèi)的衰減快慢又可以用透人深度d或衰減常數(shù)α表示。D表示在平面波條件下，其幅值衰減到表面值的1/e時(shí)的縱深距離。對(duì)于良導(dǎo)體有： （2-3）對(duì)于直流傳輸有ω=2πf=0，d→∞，因而無(wú)集膚效應(yīng)。對(duì)于鋼導(dǎo)體工頻傳輸有：ω=2πf=100π，u=u0.γ=58兆西/米，則有：dcu=9.45mm，即在9.45mm深處，場(chǎng)量衰減到其表面值的0.368倍。而對(duì)于紋合型電纜導(dǎo)體，由于單線間有縫隙，從理論上很難精確計(jì)算透人深度，但dcu＞9.45mm是肯定的。由此可見(jiàn)外徑越大，集膚效應(yīng)就越明顯，導(dǎo)致交流電阻增加的比例也就越大，電纜損耗發(fā)熱越多。由以上分析電磁場(chǎng)理論可知，要想對(duì)大截面電纜導(dǎo)體有效地減輕因集膚效應(yīng)引起的交流電阻增加，就要將導(dǎo)體加工成為由幾個(gè)相互絕緣的獨(dú)立部分構(gòu)成的導(dǎo)體，每個(gè)部分的外形尺寸明顯減小，以達(dá)到減小交流電阻的目的。分割導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)扇形分割：將分割導(dǎo)體加工成幾個(gè)扇形股塊，然后彼此間加以絕緣成纜為一個(gè)圓形導(dǎo)體，如圖2.2所示：圖2.2分割導(dǎo)體扇形分割主要有扇形四分割、五分割、六分割、七分割，以五分割居多。主要適用于中等截面800~1800mm2，具有良好的分割效果。而對(duì)于更大截面，由于扇形高和扇形寬已大于2d，因而分割效果就不再明顯。這種扇形分割方式，在結(jié)構(gòu)和壓型模具設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到成纜后的外觀圓整及導(dǎo)體的電性能，就要保證扇形面的兩個(gè)角越尖，則成纜后每?jī)蓚€(gè)扇形塊結(jié)合處過(guò)渡越平整，無(wú)明顯凹縫，外觀圓整。為了消除分割導(dǎo)圖2.3組合式分割圖2.4扇形分割導(dǎo)體體成纜過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，扇形股塊在紋制時(shí)必須采用預(yù)成型緊壓，成纜則采用具有自動(dòng)糾偏的退扭成纜。組合式分割：組合式分割有兩種結(jié)構(gòu)形式，分別如下：一種是中心是一個(gè)圓形的緊壓導(dǎo)體，外圍為瓦楞形股塊經(jīng)成纜而形成的外觀為圓形的分割導(dǎo)體，如圖2.3所示。另一種中心是扇形分割導(dǎo)體，外圍由兩層銅單線絞合而成，如圖2.4所示。這兩種是扇形分割導(dǎo)體的衍生，可以將分割導(dǎo)體的截面生產(chǎn)的更大。但是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝控制難度較大，電纜附件安裝時(shí)導(dǎo)體處理較為復(fù)雜。分層式分割：分層式分割即在絞制壓型過(guò)程中，每層之間加以絕緣。該方案難以保證壓型過(guò)程中絕緣材料不破損，因此未見(jiàn)實(shí)際應(yīng)用，結(jié)構(gòu)如圖2.5所示圖2.5分層式分割超高壓電纜的絕緣層500千伏充油電纜是世界上公認(rèn)的絕緣性能優(yōu)良、運(yùn)行可靠的高壓及超高壓電纜。但由于介質(zhì)損耗系數(shù)較大，故其在超高壓下傳輸大容量電能就受到其他型式電纜的挑戰(zhàn)。超高壓電纜發(fā)展的初期主要以充油電纜為主，上世紀(jì)60年代以后，交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜逐漸開(kāi)始應(yīng)用并得到推廣。XLPE電纜介質(zhì)損耗較低，傳輸容量較大，適合于高落差敷設(shè)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)油化。500千伏皺紋鋁套XLPE電纜已于1998年首先在日本今市電站與下鄉(xiāng)電站安裝運(yùn)行。與XLPE電纜同時(shí)投入運(yùn)行的還有插入全封閉組合電器電纜終端。但500千伏XLPE電纜連接接頭至今未完成開(kāi)發(fā)研制及實(shí)用化。對(duì)于XLPE電纜，特別對(duì)于超高壓XLPE電纜的長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性是世界各國(guó)十分關(guān)注的問(wèn)題。日本500千伏XLPE電纜的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于500千伏系統(tǒng)中采用500千伏XLPE電纜起到了積極的推動(dòng)作用。表2.4交聯(lián)聚乙烯料的性能要求序號(hào)項(xiàng)目單位絕緣料半導(dǎo)電料1抗張強(qiáng)度N/mm2≥17.0≥12.02斷裂伸長(zhǎng)率％≥500≥1503熱延伸試驗(yàn)（200℃，0.2N/mm2,15min）負(fù)荷下伸長(zhǎng)率永久變形％％≤100≤10≤100≤104tgδ≤5.0×10-4—5體積電阻率23℃90℃Ω·cm≥1.0×1015—＜100＜3506短時(shí)工頻擊穿強(qiáng)度MV/m≥22—7凝膠含量％≥82≥658絕緣料雜質(zhì)含量（100g樣帶）雜質(zhì)顆粒尺寸＞0.075個(gè)0500千伏XLPE電纜導(dǎo)體最高溫度為90℃絕緣料推薦采用超凈的可交聯(lián)聚乙烯料，其性能要求見(jiàn)表2.4。早在上世紀(jì)70年代初，人們就發(fā)現(xiàn)擠包絕緣電纜的絕緣擊穿分散性很大，這是因?yàn)閿D包電纜的絕緣是很不均勻的。絕緣中有雜質(zhì)、微孔、和在生產(chǎn)中產(chǎn)生的焦燒、半導(dǎo)電屏蔽層的尖角或突起，以及在交聯(lián)工藝中產(chǎn)生的熱機(jī)械應(yīng)力。特別是后者，交聯(lián)絕緣可在很低的電壓下?lián)舸?。即使是生產(chǎn)工藝很好的企業(yè)，由于生產(chǎn)中存在的微小差異，交聯(lián)絕緣的分子結(jié)構(gòu)就可分為結(jié)晶態(tài)、無(wú)定形態(tài)和兩者過(guò)渡區(qū)之間的過(guò)渡態(tài)等到幾個(gè)部分。結(jié)晶態(tài)的分子排列整齊，絕緣密度最高可達(dá)1g/cm3左右，有著很高的介電性能。而無(wú)定形態(tài)和過(guò)渡態(tài)的結(jié)構(gòu)較為松弛，絕緣密度在交聯(lián)溫度下約為0.7~0.8g/cm3之間，介電強(qiáng)度就差多了。在電纜絕緣運(yùn)行中還會(huì)產(chǎn)生水樹(shù)、電樹(shù)等新增加的因素更加影響其不均勻性。為了區(qū)分不同交聯(lián)絕緣的電氣性能，很多專家、學(xué)者都付出了畢生的精力，進(jìn)行了交聯(lián)絕緣的電樹(shù)、水樹(shù)和電氣擊穿的可靠性統(tǒng)計(jì)研究工作。如NKF的Kreuger，PIRELLI的Occhini，還有日本的Tanaka、Kaneko等都對(duì)絕緣的電樹(shù)、水樹(shù)，絕緣可靠性和威布爾數(shù)理統(tǒng)計(jì)等進(jìn)行了大量的研究工作。早期威布爾的可靠性二元變量方程以及和尺寸參數(shù)有關(guān)的可靠性經(jīng)典公式為： （2-4）式中，R為可靠性方程；F為失效率方程；E,t為擊穿電壓和時(shí)間；E0,t0為威布爾統(tǒng)計(jì)中63%累計(jì)擊穿概率下的電壓和時(shí)間參數(shù)；a,b為擊穿時(shí)間和擊穿電壓的分散系數(shù)。如果選用擊穿電壓一元變量進(jìn)行考，公式(1)中，在給出同樣概率下： (2-5)式中，E2,E1為不同絕緣體積時(shí)的擊穿電壓；L1,L0,r1,r0為電纜絕緣體積的幾何尺寸參數(shù)；H10為不同電纜長(zhǎng)度L，不同半徑r有關(guān)的系數(shù)，近似取H10=1。和電纜絕緣體積(V)、絕緣厚度(d)和導(dǎo)體半徑(r)的有關(guān)的方程，早于1975年就為日本的Kaneko推導(dǎo)出來(lái)了[29]： (2-6) (2-7) (2-8)上述公式說(shuō)明了能采用的電場(chǎng)強(qiáng)度與該處的絕緣體積有關(guān)(即包括絕緣厚度和導(dǎo)體尺寸)[30]在擠包電纜的設(shè)計(jì)中，均應(yīng)考慮到電纜可靠性和電纜絕緣尺寸的關(guān)系，如b值很小，則E2≈E1(r1/r2)2。在上世紀(jì)70年代，日本的擠包電纜均采用平均電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行電纜絕緣設(shè)計(jì)，一直沿用至今。目前中高壓交聯(lián)電纜絕緣模型的b值約為10～20左右，即1/b≈0時(shí)，則E2≈E1，也就是說(shuō)，在電壓分散系數(shù)b值較大時(shí)，電纜絕緣厚度和導(dǎo)體尺寸等已顯得不是最重要了。這種觀點(diǎn)是不正確的，因?yàn)榭煽啃詳?shù)理統(tǒng)計(jì)方法，一般可適用于絕緣設(shè)計(jì)的參考，但不能作為絕緣設(shè)計(jì)的依據(jù)，只有大量的研究試驗(yàn)數(shù)據(jù)和長(zhǎng)期積累的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，才能作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。為此日本六大公司仍采用平均電場(chǎng)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行絕緣圖2.6絕緣的擊穿場(chǎng)強(qiáng)與電纜的結(jié)構(gòu)尺寸及絕緣厚度的關(guān)系設(shè)計(jì)，日本通過(guò)大量的絕緣結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，即使b值較大時(shí)，絕緣的擊穿場(chǎng)強(qiáng)與電纜的結(jié)構(gòu)尺寸及絕緣厚度仍有很大的關(guān)系，交聯(lián)聚乙烯電纜的絕緣厚度和工頻擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系，如圖2.6所示。從上圖可見(jiàn)，電纜絕緣的電場(chǎng)強(qiáng)度隨著電纜絕緣厚度的增加，將大為下降，在上世紀(jì)90年代初，日本六大公司都做了大量研究試驗(yàn)工作，得出了電場(chǎng)強(qiáng)度和電纜絕緣厚度的關(guān)系公式為[31]： (2-9)式中，E為電纜絕緣的電場(chǎng)強(qiáng)度；t為電纜絕緣厚度(mm)；A為電纜絕緣為1mm時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度，取為A=78kV/mm。從公式(6)可見(jiàn)，絕緣厚度由25mm增加到35mm時(shí)，即絕緣厚度增加了40%，可是設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)的改善只有5%。截面較小的電纜由于導(dǎo)體表面電場(chǎng)強(qiáng)度大，希望絕緣厚度厚一些，同時(shí)截面大的電纜絕緣，為了要減小電纜絕緣表面電場(chǎng)強(qiáng)度(使電纜附件的電場(chǎng)小一些)，也要求電纜絕緣厚度厚一些，為此日本的500kV電纜選用了一種規(guī)格的絕緣厚度，在絕緣內(nèi)層和絕緣外層的電場(chǎng)都考慮到了，生產(chǎn)和使用也均較為方便。超高壓電纜的屏蔽層在中、高壓電力電纜生產(chǎn)過(guò)程中，由于制造工藝的原因，不可避免地在導(dǎo)體的外表面存在尖端或突起，這些尖端或突起處的電場(chǎng)非常高，將會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體尖端或突起處絕緣的交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)降低。眾所周知，高的電場(chǎng)必然導(dǎo)致尖端或突起向絕緣中注入空間電荷。根據(jù)最新的研究成果，注入的空間電荷將引起絕緣的電樹(shù)枝化或水樹(shù)枝化。而絕緣的外表面和金屬屏蔽之間不可避免地存在空氣間隙，在電場(chǎng)作用下會(huì)引發(fā)間隙放電。為了緩和電纜內(nèi)部的電場(chǎng)集中，改善絕緣層內(nèi)外表面電場(chǎng)應(yīng)力分布，提高電纜的電氣強(qiáng)度，要求在導(dǎo)電線芯和絕緣層、絕緣層和金屬屏蔽層之間分別加有一層半導(dǎo)電屏蔽層，稱為導(dǎo)體屏蔽層和絕緣屏蔽層。國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究表明[32]，控制半導(dǎo)電屏蔽層性能是改善電纜運(yùn)行特性、提高電纜運(yùn)行壽命的重要技術(shù)措施。半導(dǎo)電材料的導(dǎo)電機(jī)理比較復(fù)雜，一般認(rèn)為，半導(dǎo)電層的導(dǎo)電的載流子有兩類：一類是電子或空穴，另一類是離子。電子電導(dǎo)的過(guò)程是電子在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)導(dǎo)帶傳導(dǎo)，而在各導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間由于存在絕緣的阻隔，因此導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間的電導(dǎo)是通過(guò)隧道效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的；離子電導(dǎo)是通過(guò)離子在勢(shì)壘間受熱作用發(fā)生躍遷而實(shí)現(xiàn)的。在溫度較低時(shí)，從室溫到電阻達(dá)到最大值時(shí)的這段溫度區(qū)域，雖然電導(dǎo)是由電子電導(dǎo)和離子電導(dǎo)構(gòu)成，但是由于溫度相對(duì)較低，離子受熱的作用而發(fā)生躍遷的幾率較小，所以以電子電導(dǎo)為主。在這段溫度區(qū)域，隨著溫度升高，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間的距離增大，電導(dǎo)降低。當(dāng)溫度從最大電阻值開(kāi)始繼續(xù)升溫，此時(shí)溫度較高，離子受熱作用，活化能增大，有更多的離子參與電導(dǎo)，載流子濃度變大，所以電導(dǎo)變大。這就導(dǎo)致屏蔽電阻先隨溫度的升高而增大，后隨溫度的升高而減小的現(xiàn)象[33]。伴隨我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電力的需求越來(lái)越大，同時(shí)也極大地帶動(dòng)了高壓輸變電的發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)110kV及以上高壓交聯(lián)電纜的需求量都急劇增加，我國(guó)也引進(jìn)了220kV以及500kV高壓超高壓電。物料在機(jī)頭中的流動(dòng)如圖2.7所示。圖2.7三層共擠機(jī)頭物料流動(dòng)示意圖纜的生產(chǎn)線，而解決影響其產(chǎn)品質(zhì)量的工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造等技術(shù)難題就迫在眉睫。由于國(guó)內(nèi)建造立塔的費(fèi)用在整個(gè)生產(chǎn)線所占的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)外，所以國(guó)內(nèi)的高壓超高壓電纜生產(chǎn)線大多采用立式交聯(lián)生產(chǎn)線，它能大大降低電纜絕緣及內(nèi)外屏蔽的偏心，提高電纜品質(zhì)。同時(shí)，為了減少灰塵及雜質(zhì)進(jìn)入電纜內(nèi)部，使內(nèi)外屏蔽層及絕緣層三層緊密結(jié)合，提高電纜產(chǎn)品的局放和擊穿水平，都不約而同地采用三層共擠機(jī)頭[34]。三種物料——內(nèi)屏蔽料、絕緣料、外屏蔽料在各自的流道匯流到導(dǎo)體表面，形成對(duì)電纜導(dǎo)體的包覆。如果存在缺陷會(huì)導(dǎo)致絕緣內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)分布不均，局部出現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)集中，從而導(dǎo)致電纜壽命縮短、絕緣直接擊穿。超高壓電纜的緩沖層在高壓與超高壓?jiǎn)涡倦娎|的金屬護(hù)套與電纜纜芯之間均有緩沖層。緩沖層具有半導(dǎo)電特性，能有效緩沖、弱化電場(chǎng)強(qiáng)度，并有效緩沖電纜絕緣與金屬層，防止損傷絕緣。電纜如有縱向阻水要求，緩沖層繞包帶還應(yīng)具有吸水膨脹性能，一般是采用聚酯纖維編織布與遇水可迅速膨脹的聚丙烯酸脂吸水膨脹粉復(fù)合而成。其阻水機(jī)理是，當(dāng)水分從電纜端頭或是從護(hù)套缺陷中進(jìn)入后，這種膨脹粉就會(huì)遇水迅速膨脹，阻止水分沿電纜縱向進(jìn)一步擴(kuò)散，這樣就實(shí)現(xiàn)了電纜縱向阻水的目的[35]。研究表明，具有不同結(jié)構(gòu)與材料的緩沖層，對(duì)電纜本體的熱阻有顯著影響，也對(duì)電纜載流量有著很大的影響。作為電纜本體重要的一部分，它的存在必將對(duì)電纜本體性能產(chǎn)生影響。有學(xué)者對(duì)緩沖層的繞包帶對(duì)電纜局部放電特性的影響開(kāi)展過(guò)研究，圖2.8500kV電纜的縱向剖面圖發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)電帶的半導(dǎo)電特性以及金屬護(hù)套與半導(dǎo)電繞包帶之間的間隙對(duì)于電纜的局部放電特性有重要的影響。典型的500kV電纜的縱向剖面見(jiàn)圖2.8。圖中金屬護(hù)套與電纜絕緣屏蔽之間由兩層構(gòu)成。一層為繞包帶，另外一層為繞包帶與金屬鋁套之間的氣隙。緩沖層由繞包層和氣隙共同組成。對(duì)于電纜的不同功能要求，繞包帶材料可以采用金屬化布(簡(jiǎn)稱金布)、無(wú)紡布，還可以采用半導(dǎo)電橡膠。帶有阻水功能的阻水帶可以分為單面半導(dǎo)電阻水帶和雙面半導(dǎo)電阻水帶。對(duì)幾種典型的繞包帶材料進(jìn)行了熱阻系數(shù)測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表2.5：由表2.5可以看出，阻水帶材料的熱阻系數(shù)在11.0Km/W左右，表2.5常用緩沖材料的熱阻材料名熱阻系數(shù)/（K·m/W）單面半導(dǎo)電阻水帶10.8雙面半導(dǎo)電阻水帶11.3半導(dǎo)電緩沖阻水帶10.5半導(dǎo)電橡膠緩沖帶3.0遠(yuǎn)高于所用聚酯纖維編織帶的熱阻系數(shù)3～7K·m/W，分析其原因主要在于阻水帶的結(jié)構(gòu)特性。上表中的半導(dǎo)電阻水帶材料的熱阻系數(shù)，實(shí)際上是聚酯纖維、空氣的混合熱阻系數(shù)。阻水帶中含有大量靜止空氣，靜止空氣的熱阻系數(shù)約為40K·m/W，比聚酯纖維約高一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，阻水帶的熱阻系數(shù)很大程度上取決于纖維層中所含空氣的狀態(tài)和數(shù)量。在空氣不流動(dòng)時(shí)，纖維層中所保持的空氣越多，材料的熱阻系數(shù)越大。其次是厚度較大，造成電纜的緩沖層熱阻明顯偏大。當(dāng)采用合適的工藝和材料，適當(dāng)優(yōu)化繞包帶結(jié)構(gòu)，減少繞包帶的厚度和氣隙總含量，能起到降低繞包帶熱阻系數(shù)、加強(qiáng)電纜的散熱的作用。超高壓電纜的金屬護(hù)套擠出工藝改革開(kāi)放以來(lái)，電力電纜的應(yīng)用日益廣泛。到目前為止，110kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜(以下簡(jiǎn)稱交聯(lián)電纜)已經(jīng)基本國(guó)產(chǎn)化，220kV交聯(lián)電纜50%以上也采用了國(guó)內(nèi)產(chǎn)品。多年來(lái)，無(wú)論是電纜用戶還是制造商，對(duì)于電纜的結(jié)構(gòu)和性能，都積累了相當(dāng)豐富的寶貴經(jīng)驗(yàn)。高壓、超高壓交聯(lián)電纜的防水問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注，為根本隔絕潮氣、水分從電纜護(hù)套進(jìn)入絕緣，以防止引起水樹(shù)，500千伏XLPE電纜必須采用金屬套。電站要求電纜敷設(shè)落差達(dá)130米，由于鉛套強(qiáng)度較低，不宜采用鉛套XLPE電纜。皺紋不銹鋼套具有較大的電阻，當(dāng)金屬有較高的短路電流通流要求時(shí)，皺紋不銹鋼套下尚需有附加載流導(dǎo)體。因此，對(duì)于電站用高落差500千伏XLPE電纜應(yīng)考慮采用皺紋鋁套結(jié)構(gòu)。高壓、超高壓電力電纜金屬護(hù)套按原材料不同可分為皺紋鋁套、鉛套、皺紋銅套、皺紋不銹鋼套，按生產(chǎn)工藝的不同可分為縱包焊接金屬套、擠包金屬套和綜合護(hù)套?？v包焊接金屬套包括縱包焊接皺紋鋁套、縱包焊接皺紋銅套和縱包焊接皺紋不銹鋼套；擠包金屬套包括擠包皺紋鋁套和擠包鉛套；綜合護(hù)套是指鋁/塑復(fù)合帶縱包與聚乙烯粘結(jié)結(jié)構(gòu)。由于鉛的密度大，鉛包層重量約占電纜總重的40%～50%，使得電纜的重量大大增加，而鉛的資源稀少且有毒，不利于環(huán)保[36]，因此，目前國(guó)內(nèi)很少采用鉛作為電纜的金屬護(hù)套，一般只有海底電纜和傳統(tǒng)的充油油紙絕緣電力電纜采用鉛套結(jié)構(gòu)。歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)電纜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與我們有很大差異，他們通常采用鋁—塑復(fù)合帶縱包與聚乙烯粘結(jié)護(hù)層作為高壓、超高壓交聯(lián)電纜的徑向防水層。這種類型的電纜結(jié)構(gòu)緊密，工藝簡(jiǎn)單，一般無(wú)需在徑向防水層下面設(shè)置縱向防水結(jié)構(gòu)，但是由于鋁/塑復(fù)合帶縱包熱風(fēng)焊接存在一個(gè)重疊的焊縫，國(guó)內(nèi)的電纜用戶不易接受這種結(jié)構(gòu)。銅套和不銹鋼套在國(guó)內(nèi)很少應(yīng)用，國(guó)際上只有美國(guó)、日本等少數(shù)國(guó)家具有一定的生產(chǎn)規(guī)模和較成熟的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。在國(guó)內(nèi)大量使用的高壓、超高壓交聯(lián)電纜大多采用皺紋鋁套。皺紋鋁套具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：(1)鋁資源豐富，占地殼重量的7.58%，在金屬元素中居第一位；(2)鋁的密度小，可使電纜的重量大大減輕，有利于電纜的制造和安裝；(3)鋁的機(jī)械強(qiáng)度比鉛大得多，皺紋鋁套用鋁的抗拉強(qiáng)度為68MPa，是鉛的6倍(鉛套的抗拉強(qiáng)度為11MPa)，因此，皺紋鋁套的機(jī)械抗壓性能很好，采用皺紋鋁套作為交聯(lián)電纜的徑向防水層還可以免去鎧裝結(jié)構(gòu)；(4)鋁的導(dǎo)電性能優(yōu)良，在金屬元素中鋁的導(dǎo)電率僅次于銀、銅、金，居第四位。因此，金屬套損耗也相對(duì)比較小，而且皺紋鋁套的散熱性好，使電纜的載流量大大增加。皺紋鋁套還能夠承受相當(dāng)大的短路電流，該結(jié)構(gòu)電纜一般無(wú)需設(shè)置銅絲屏蔽，大大降低了電纜的制造成本。皺紋鋁套也有相應(yīng)的缺點(diǎn)：(1)鋁元素比較活潑，容易出現(xiàn)電化腐蝕，一般皺紋鋁套的表面需要涂覆一層電纜瀝青或熱熔膠作為防腐層，或者采用表面鈍化處理。(2)由于鋁容易氧化生成Al2O3薄膜，而這層薄膜的熔點(diǎn)在2000°C以上，且比鋁輕，造成焊接困難，因此皺紋鋁套電纜接頭相對(duì)比較困難一些。(3)鋁的線性膨脹系數(shù)(2.4×10－5℃－1)約為交聯(lián)聚乙烯(2.2×10－4°C－1)的1/10，皺紋鋁套內(nèi)必須留有足夠的間隙來(lái)吸收絕緣膨脹，以免絕緣膨脹后在絕緣表面留下波紋的凹痕。因此，一般都在皺紋鋁套下面設(shè)置一層縱向防水層(緩沖層)來(lái)彌補(bǔ)這一缺陷?；诎櫦y鋁套機(jī)械強(qiáng)度高、導(dǎo)電性能好、密度小等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)用戶很喜歡使用該類型的電纜，因此，皺紋鋁套電力電纜在國(guó)內(nèi)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。目前，皺紋鋁套的被覆存在兩種成熟工藝———擠包工藝和縱包焊接工藝。這兩種工藝在國(guó)內(nèi)平行發(fā)展，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中也是相互爭(zhēng)論的焦點(diǎn)，下面就這兩種工藝的特點(diǎn)和各自的優(yōu)缺點(diǎn)做詳細(xì)描述。圖2.9臥式壓鋁機(jī)主體示意圖1—液壓缸2—活塞3—壓芯4—模套5—模芯6—電纜7—鋁層擠包皺紋鋁套是在液力活塞壓鋁機(jī)上進(jìn)行的，壓鋁機(jī)可分為兩大類型：臥式壓鋁機(jī)和立式壓鋁機(jī)。兩種壓鋁機(jī)工作原理都是間歇式的，由于活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，擠壓出來(lái)的鋁管隨著供料間歇而呈非連續(xù)狀態(tài)。擠包皺紋鋁套是將鋁錠在壓鋁機(jī)盛鋁筒內(nèi)加熱到510°C左右，通過(guò)活塞推動(dòng)壓芯，將半固態(tài)鋁通過(guò)模具形成鋁管，然后冷卻，再經(jīng)過(guò)軋紋形成皺紋鋁套[37]。兩種壓鋁機(jī)的設(shè)備組成見(jiàn)圖2.9和圖2.10。圖2.9為臥式壓鋁機(jī)的主體示意圖。鋁套是由兩個(gè)壓芯所擠壓的兩路鋁流而形成的，兩路鋁流合并，就在鋁套上部和下部形成兩條沿電纜的縱向接縫。圖2.10立式壓鋁機(jī)主體示意圖1—液壓缸2—活塞3—壓芯4—盛鋁筒5—鋁6—模具座為了使接縫吻合，必須保證鋁非常純凈。如果氧化鋁等雜質(zhì)進(jìn)入接縫中，將會(huì)造成接縫斷開(kāi)。由于氧化鋁密度比鋁小，通常浮在上面，因此上面的接縫容易斷開(kāi)。為了保證鋁層均勻，臥式壓鋁機(jī)的兩個(gè)活塞必須嚴(yán)格同步，所以臥式壓鋁機(jī)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。圖2為立式壓鋁機(jī)的主體示意圖。立式壓鋁機(jī)的特點(diǎn)是在模具座工作室里面的鋁只從上面受到壓力，所得到的鋁套只在下面有一條接縫。另外，氧化鋁等雜質(zhì)浮在盛鋁筒的表面，很容易被清除。很顯然，立式壓鋁機(jī)的性能比臥式壓鋁機(jī)優(yōu)越得多。但是，由于立式壓鋁機(jī)中的鋁受的是單向壓力，造成模芯和模套之間環(huán)形孔四周的壓力不均勻，影響鋁層厚度的均勻性，需在模套前加設(shè)均壓環(huán)來(lái)補(bǔ)償不均勻壓力。鋁的熔點(diǎn)658℃，如果采用液態(tài)擠壓將會(huì)使壓鋁機(jī)的盛鋁筒、模具座等部件壽命降低，通常采用半熔態(tài)擠壓。但是，為了保證擠壓成形，盡量降低擠出壓力，壓鋁時(shí)壓鋁機(jī)的盛鋁筒和模具的溫度在510°C左右，此時(shí)壓鋁機(jī)的壓桿上的壓強(qiáng)850～900kPa。因此，壓鋁機(jī)的擠壓系統(tǒng)不僅要耐受高溫，還要有很高的機(jī)械強(qiáng)度。擠包鋁套最大的弊病就是容易燙傷絕緣線芯，為了防止?fàn)C傷，需要在模芯內(nèi)加裝冷卻水套。即便如此，絕緣線芯也不能夠長(zhǎng)時(shí)間停留在模芯內(nèi)。絕緣線芯在模芯內(nèi)停留時(shí)間不超過(guò)40s是安全的，如果出現(xiàn)意外停機(jī)，應(yīng)將絕緣線芯及時(shí)繞到電纜盤(pán)上，避免因停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而燙傷絕緣。縱包焊接皺紋鋁套是采用壓延軋制的鋁板經(jīng)過(guò)剪邊、縱包、氬氣保護(hù)焊接、冷卻、軋紋，形成皺紋鋁套，見(jiàn)圖2.11：圖2.11鋁縱包設(shè)備主體示意圖1—切邊機(jī)2—夾持器3—成型輥4—成型模5—?dú)鍤獗Ｗo(hù)焊槍6—承線模縱包焊接皺紋鋁套的原材料是經(jīng)過(guò)壓延軋制的鋁板，鋁板厚度均勻、內(nèi)部晶格排列整齊，縱包焊接皺紋鋁套具有很好的機(jī)械性能，不存在變形現(xiàn)象。該工藝最引人關(guān)注的是焊縫質(zhì)量，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家大力發(fā)展縱包焊接皺紋金屬套設(shè)備主要是改進(jìn)焊接工藝，目前國(guó)內(nèi)的氬氣保護(hù)焊接(簡(jiǎn)稱氬弧焊)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，而且各廠家都在不斷地更新?lián)Q代，相繼出現(xiàn)了雙焊槍焊接、多焊槍焊接和激光焊槍焊接等新型焊接技術(shù)，焊縫質(zhì)量已經(jīng)有了強(qiáng)有力的保證。通過(guò)試驗(yàn)證明焊接時(shí)絕緣線芯表面溫度最高僅僅69°C，不存在燙傷絕緣的現(xiàn)象。皺紋鋁套擠包工藝和縱包焊接工藝在我國(guó)平行發(fā)展，都有各自的特點(diǎn)，因此成了各生產(chǎn)廠家相互爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。從高壓、超高壓交聯(lián)電纜的電性能來(lái)看，兩種工藝沒(méi)有任何區(qū)別，均能滿足產(chǎn)品要求。擠包皺紋鋁套在壓鋁機(jī)上進(jìn)行，壓鋁機(jī)無(wú)論是臥式還是立式，其工作原理都是間歇式的。如果鋁錠和鋁錠之間的界面處理不好，將會(huì)出現(xiàn)夾雜、氣孔等現(xiàn)象，嚴(yán)重的會(huì)造成橫向斷裂。臥式壓鋁機(jī)出來(lái)的鋁管存在上下兩個(gè)合縫，立式壓機(jī)鋁出來(lái)的鋁管存在一個(gè)合縫，在生產(chǎn)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制模具溫度(一般不能低于500°C)，并保證鋁錠純度。一旦有雜質(zhì)混入或有氧氣侵入形成氧化鋁，鋁套的合縫很容易裂開(kāi)，將會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。此外，擠包鋁套時(shí)不能讓絕緣線芯在壓鋁機(jī)內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間停留，意外停車時(shí)應(yīng)立即將絕緣線芯繞到盤(pán)具上，避免燙傷絕緣?？v包焊接工藝簡(jiǎn)單、能耗小是其最大特點(diǎn)，焊縫質(zhì)量的穩(wěn)定是各生產(chǎn)廠家應(yīng)該關(guān)注的問(wèn)題。雖然目前國(guó)內(nèi)的焊接技術(shù)已經(jīng)成熟，但是對(duì)鋁板、氬氣等原材料的質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格加以控制。無(wú)論是擠包皺紋鋁套還是縱包焊接皺紋鋁套，都應(yīng)在生產(chǎn)線上加裝在線探傷監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)控鋁套的擠包或縱包質(zhì)量。我國(guó)正在建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，走可持續(xù)發(fā)展道路，因此縱包焊接皺紋鋁套工藝是我們國(guó)家高壓、超高壓電纜領(lǐng)域今后的發(fā)展方向。超高壓電纜的護(hù)層早期電纜的護(hù)層絕緣是由塑料帶瀝青藻皮繞包的，其絕緣水平為工頻耐壓10kV/min不擊穿，雷電沖擊耐壓為1.2/50微妙550kv，士10次不擊穿。這種護(hù)層絕緣結(jié)構(gòu)水分容易浸入，工頻耐壓水平降低很多。80年代后期，我國(guó)開(kāi)始試制500kV30m落差的充油電纜和110kV交聯(lián)聚乙烯電纜。500kV電纜護(hù)層絕緣采用PVC擠塑型，其絕緣水平為工頻耐壓15kVlmin和雷電沖擊1.2/50微妙72.5kV，士10次不擊穿。電纜護(hù)層絕緣保護(hù)器，70年代后期曾采用壓敏電阻，利用避雷器放電記錄器改裝而成，其通流能力可達(dá)6.6kA，一片的工頻耐壓25大于1kV，10kA下殘壓小于3kV。80年代先后用碳化硅閥片、氧化鋅閥片，并由國(guó)內(nèi)電瓷所研制定型生產(chǎn)電纜護(hù)層絕緣保護(hù)器，其特性很好，最大通流容量可達(dá)8/20微秒20kA，殘壓小于15kV，2ms方波通流可達(dá)400~600A·2s工頻耐壓10kV不擊穿。至此，500kV及以下電纜護(hù)層絕緣保護(hù)器，已定型生產(chǎn)，能滿足電纜護(hù)層絕緣的技術(shù)要求。單芯電纜其金屬護(hù)層只能一端接地，另一端通過(guò)護(hù)層絕緣保護(hù)器接地，以避免電纜金屬護(hù)層流過(guò)環(huán)流，但是電纜在通過(guò)工頻短路或雷電沖擊電流時(shí)，護(hù)層不接地端將產(chǎn)生很高的工頻過(guò)電壓，尤其是沖擊過(guò)電壓。電纜在雷電沖擊波作用下，金屬護(hù)層不接地端出現(xiàn)的沖擊過(guò)電壓，其值與通過(guò)電纜芯線的沖擊電流有關(guān)，由于電纜的波阻抗很小，一般為22~25Q，沖擊電流值可達(dá)十幾千安。對(duì)于500kV電纜，不接地端出現(xiàn)的沖擊過(guò)電壓可高達(dá)1253kV，護(hù)層絕緣一定損壞，造成護(hù)層多點(diǎn)接地，引起環(huán)流損耗，限制了電纜的載流量。因此，不接地端必須裝護(hù)層絕緣過(guò)電壓保護(hù)器，限制沖擊過(guò)電壓。系統(tǒng)發(fā)生對(duì)稱或不對(duì)稱短路時(shí)，其短路電流可達(dá)幾十千安，金屬護(hù)層上出現(xiàn)的感應(yīng)電勢(shì)可高達(dá)十幾千伏，此電壓作用在護(hù)層絕緣和保護(hù)器上，會(huì)危及其安全。試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐確認(rèn)：在每回電纜三相之間，相間距離按“三七”比例分開(kāi)處(以后稱“三七”開(kāi))布置敷設(shè)回流電纜，并在每回電纜的中點(diǎn)換位，如圖2.12所示：圖2.12回路電纜“三七”開(kāi)布置圖電纜正常運(yùn)行時(shí)，回流電纜兩端的感應(yīng)電勢(shì)接近于零。當(dāng)A相電纜通過(guò)單相接地短路電流，并經(jīng)回流電纜返回主變中心點(diǎn)時(shí)，由于反相電流有很強(qiáng)的去磁作用，在電纜金屬護(hù)層與回流電纜構(gòu)成的回路中，感應(yīng)電勢(shì)減小很多。“三七”開(kāi)布置回流電纜，使A、B、C各相與回流電纜的幾何均距相接近，各相電纜的工頻短路過(guò)電壓也較相近，使護(hù)層絕緣水平和保護(hù)器參數(shù)的選擇更為合理。但“三七”開(kāi)布置對(duì)三相對(duì)稱短路，會(huì)使電纜護(hù)層感應(yīng)電壓升高應(yīng)引起注意。超高壓電纜的阻水電纜有金屬護(hù)套、鋁塑聚乙烯護(hù)套、以及聚乙烯和聚氯乙烯護(hù)套，它們的徑向阻水性能按上述先后次序逐步下降，盡管聚乙烯徑向的阻水性能不如前兩者，但仍優(yōu)于聚氯乙烯，因此也可作為電纜護(hù)套，這要視具體的使用環(huán)境及要求和經(jīng)濟(jì)性綜合考慮而選定。交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜(以下簡(jiǎn)稱交聯(lián)電纜)，由于具有優(yōu)良的電氣性能和機(jī)械物理性能，且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)輕便、傳輸容量大、安裝敷設(shè)及維護(hù)保養(yǎng)方便、不受落差限制等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛受到用戶歡迎，特別是隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)的不斷深入，電力需求急劇增加，交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜產(chǎn)品用量也逐年大幅度的增加。但是交聯(lián)聚乙烯絕緣老化程度受到樹(shù)枝放電，即水樹(shù)和電樹(shù)的影響，從而也影響其使用壽命，降低絕緣水分含量是提高交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜使用壽命的方法之一，特別是隨著電壓等級(jí)的提高，電纜阻水性能也就越來(lái)越重要[38]。水樹(shù)是由于水分滲入交聯(lián)聚乙烯絕緣，在電場(chǎng)作用下形成的樹(shù)枝狀物，其特點(diǎn)是引發(fā)樹(shù)枝的空隙含有水分，且在較低的場(chǎng)強(qiáng)下發(fā)生。水樹(shù)的產(chǎn)生，將會(huì)造成絕緣介質(zhì)損耗增加，同時(shí)降低絕緣電阻及絕緣擊穿電壓，加快絕緣老化速度，縮短電纜使用壽命。水樹(shù)的產(chǎn)生既有其內(nèi)在原因也有其外在原因，內(nèi)在原因是電纜絕緣本身的質(zhì)量，即絕緣內(nèi)部含有雜質(zhì)、氣泡、殘留微水分；外在原因是電場(chǎng)及電纜內(nèi)部的潮氣的滲入。內(nèi)在原因可以通過(guò)檢測(cè)并控制絕緣材料及其加工藝的質(zhì)量，而外在原因可在使用過(guò)程中加以防止。水樹(shù)生長(zhǎng)機(jī)理一般可分為剩余應(yīng)變使水樹(shù)枝增長(zhǎng)，或電場(chǎng)下的化學(xué)勢(shì)作用而發(fā)展的水樹(shù)、電泳與擴(kuò)散力理論。剩余應(yīng)變使水樹(shù)枝增長(zhǎng)是在電纜經(jīng)受電壓和水的作用下，導(dǎo)致絕緣內(nèi)應(yīng)變逐漸增加而產(chǎn)生的，這主要是由于間隙內(nèi)的水分因損耗發(fā)熱而產(chǎn)生的熱膨脹力和電致伸縮力而導(dǎo)致的；電場(chǎng)下的化學(xué)勢(shì)作用而發(fā)展的水樹(shù)主要是因?yàn)殡娎|進(jìn)水，導(dǎo)致絕緣浸泡在水中，并在運(yùn)行電場(chǎng)的作用下，水分子逐漸絕緣中存在的含水雜質(zhì)在運(yùn)行電場(chǎng)作用下，形成間隙擴(kuò)大和發(fā)展而形成水樹(shù)枝。雖然水樹(shù)枝不會(huì)直接導(dǎo)致絕緣的擊穿，但水樹(shù)枝在直流電壓下或經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間氧化、轉(zhuǎn)化，也會(huì)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌?shù)枝，并形成放電，致使水樹(shù)、電樹(shù)同時(shí)作用，加速絕緣劣化，這一點(diǎn)往往被忽視，因此必須重視電纜阻水性能，特別是當(dāng)電纜在運(yùn)行過(guò)程中長(zhǎng)期浸泡在水中或處于潮濕環(huán)境時(shí)，如果沒(méi)有很好的阻水結(jié)構(gòu)或措施，那么電纜極容易導(dǎo)致絕緣因水樹(shù)而產(chǎn)生老化，從而造成絕緣性能下降，大大縮短電纜的使用壽命。所以敷設(shè)在有水或潮濕環(huán)境中的電纜，特別是中高壓電纜都要求電纜具有阻水結(jié)構(gòu)[39]。隨著交聯(lián)電纜使用的普通，對(duì)交聯(lián)電纜絕緣狀況檢測(cè)的研