交联电缆与辐照交联电缆技术

交联电缆与辐照交联电缆技术 0前言交联电缆是目前电力建设中应用最广泛的电力之一，其技术性能的优劣、质量水平的高低，直接影响到投运后输配电系统的运行状况。特别是城乡电网改造启动后，随着大量架空线路入地，交联电缆的安全可靠运行在整个配电网运行中更为重要。1交联电缆:1.1电缆绝缘材料耐热性的测定方法电力电缆绝缘材料的耐热性能通常采用人工加速热老化实验方法测定，通过实验测定绝缘材料的热老化寿命，并确定电缆绝缘材料的长期工作温度。电缆绝缘材料的热老化寿命是由在热作用下绝缘材料内部所发生的氧化、热裂解、热氧化裂解、缩聚等化学反应速度所决定。一般是用化学反应动力学导出的绝缘材料寿命和温度的关系作为加速老化的理论依据。1.2交联电缆加速老化实验电缆的交联是一个复杂的过程，而电缆绝缘材料人工加速老化实验更加繁琐，其主要步骤如下:(1)确定热暴露温度点;(2)确定寿终代表参数和寿终;(3)确定各热暴露温度点的实验周期数、周期长度，试样总数及各周期试样分配;(4)按实验计划步骤进行加速老化实验;(5)用数理统计方法处理全部实验数据，找出各热暴露温度点的寿终时间;(6)画出耐热寿命曲线图，并进行验证确认;(7)推出对应于200000小时(20-30年)的温度指数，即长期允许工作温度点。1.3交联电缆性能对比目前在电缆生产中，最常见的绝缘材料有聚乙烯和聚氯乙烯。其中由于聚乙烯材料具有很好的电气性能和较好的交联性能，因而发展了多种工业交联生产工艺，包括蒸汽交联、干法交联、硅烷交联和电子辐照交联四种交联方式，其中蒸汽交联、干法交联、硅烷交联称为化学交联，而电子辐照交联称为物理交联。根据统计资料，各种交联材料电缆特性比较见附表。2电子辐照交联电缆2.1基本情况电缆电子辐照交联系物理交联方式，它是在化学交联迅速发展时期崛起的一门高新技术，是原子能技术和平利用的一个分支。电子辐照交联电缆技术始于20世纪50年代中期。美国电子化学公司利用高能电子射线照射聚乙烯，使聚乙烯分子由线型结构转变为三维网状体型结构，揭开了电子辐照交联电线电缆的序幕。40多年来，随着大功率电子加速器的诞生和辐照工艺的不断完善，电线电缆辐照交联得到了很大发展，并在一些发达国家相继形成了规模化产业。据资料介绍，80年代中期全世界已经有10多个国家的几十家工厂生产辐照交联电线电缆产品，线缆辐照生产线在全世界已经形成规模。电线电缆电子辐照交联，现在已成为一种先进、成熟、可靠的技术。 我国1983年12月就把电线电缆辐照交联列为国家重点发展技术，随后一些线缆企业开始把研发辐照电线电缆列为本企业的技术发展规划。目前已有多条辐照线缆生产线在不同企业投入运行。 附表常用塑料绝缘电缆特性比较表 项目聚氯乙烯化学交联聚乙烯辐照交联聚乙烯 密度(g/cm3)?1.36?0.950.95 介电常数5~62.32.3 20?电阻率Ω?cm 额定工作温度(?)65~7090105 短时过载温度(?)160250270 载流量(倍)1.01.31.6 吸水率(?%)0.10.020.02 最高电压等级(kV)650010 抗拉强度(?Mpa)1812.512.5 断裂伸长率(?%)200200200 老化条件(7天)l00?135?158? 抗拉强度变化率(?%)252525 断裂伸长变化率(?%)252525 负载下伸长率(?%)一175100 冷却后伸长率(?%)一55 2.2工艺特点(1)交联反映过程不产生低分子化合物，无杂质残留;(2)交联度容易控制.交联键分布比较均匀;(3)交联是在常温下完成，无焦烧、水树、熔流等质量问;(4)生产速度高，更换规格方便;(5) 能耗低，一般为化学交联的30%-70%;(6)加工较薄绝缘层具有明显优势，效率高;(7)材料选用面广，可开发产品多;(8)电子辐照交联工艺具有非接触式常温加工的特点，因此基本上没有对生产规格的限制。通过以上对比，说明电子辐照交联电缆比普通交联电缆有更多的优点，它不会造成环境污染，能耗低，节省原材料。因而价格更便宜，越来越多地被用户接受，大量应用于城乡电网改造中。 配电变压器的发展趋势 ?中国工程院院士朱英浩 0前言向配电网直接供电的配电变压器在国内外均属于应用量大面广的产品。在我国，配电变压器的年产量达到5000万kVA左右，约占全部变压器年产量1/3左右。因此，配电变压器的运行可靠性、产品技术性能与经济指标都会直接影响国。家的经济建设与城乡居民及企事业单位的供电安全。近几年，为适应国家城乡电网改造的需求，发展了一批新型、优质的配电变压器，使配电网络的变压器装备更趋先进，供电更可靠，农村用电更趋低价，近年发展的配电变压器的损牦值在不断下降，尤其空载损耗值下降更多，这主要归功于磁性材料导磁性能的改进，其次是导磁结构铁心型式的多样化。如较薄高导磁硅钢片或非晶合金的应用，阶梯接缝全斜结构铁心、卷铁心(平面型、立体型)、退火工艺的应用等。在降低损耗的同时也注意了噪声水平的降低。在干式配电变压器方面还将局部放电试验列为例行试验，用户又对局部放电量有要求，以此作为其运行可靠性的一项考核指标，这比国际电工委员会规定的现行要求还严格。因此，在现有基础上预测我国各类配电变压器的发展趋势，推动配电变压器进一步发展应是一件比较重要的工作。本文将分类型预测配电变压器的发展趋势。1干式配电变压器的发展趋势要求防火、防爆的场所，如商业中心、机场、地铁、高层建筑、水电站等，常选用干式配电变压器。目前，国内已有几十家工厂能生产传统的环氧树脂浇注型干式配电变压器。既有无励磁调压，又有有载调压。正常运行时为自冷冷却方式，当装有吹风装置时提供急救条件(其他变压器有故障时起动风机)作为超铭牌容量运行。在国内，最大三相配电变压器单台容量可达20000kVA(35kV级)，最高电压等级可达110kV(单相10500kVA)。干式配电变压器的年产量已占整个配电变压器年产量的20%。但是环氧树脂浇注型干式配电变压器还存在下列一些问题:(1)的自由度不大，每个绕组都 要用模具才能浇注。(2)一旦在高温下燃烧会产生大量烟雾。(3)由于环氧树脂与导线的热膨胀系数不尽相同，如果缓冲层设置不当，易在冷热温度冲击下，浇注层开裂，局部放电量增加，部分企业的个别产品在运行中已暴露此类质量 一旦这种环氧树脂浇注型干式配电变压器预期寿命已到，或因各种故问题。(4) 障而使变压器绕组损坏，要销毁浇注成型的绕组是困难的，目前尚无法使环氧树脂降解。从环保角度上讲，这将是日益严重的问题。(5)环氧树脂浇注型干式配电变压器多数属于F级耐温等级，仅个别企业能生产H级耐温等级的浇注型干式配电变压器。鉴于上述原因，目前已有部分企业在发展敞开通风干式H级变压器或包封干式H级配电变压器。这种H级配电变压器是以耐高温固体绝缘材料作为导线的匝绝缘或绝缘结构件材料。国内多数企业选用Nomex纸作为主要绝缘材料，它的特点如下:(1)介电常数为1.5~2.5。更接近空气的介电常数，可使作用在空气隙的场强较低;其他H级固体绝缘体的介电常数都比Nomex纸的介电常数大，另外，Nomex纸的局部放电起始电压也较高。所以绝缘性能上Nomex纸是一种合适的绝缘材料。国内已有用Nomex纸制造成的35 kV级敞开通风干式配电变压器，三相容量为2500kVA，雷电冲击电压已达170kV(峰值)，其他H级绝缘材料的干式配电变压器仅为10kV级。Nomex纸实际可能性耐温220cC，按H级设计时可有较高的超铭牌容量运行能力而不牺牲预期寿命。(2)Nomex纸具有很好的防潮性能，不吸水。即使在95%相对湿度下，仍可保持完全干燥时90%的介电强度。另外，Nomex纸在220~C下的化学稳定性很好。(3)阻燃性好，在220?高温下限氧指数仍大于20.8%。即使在特高温度燃烧，着火后能自熄而不助燃。(4)当产品达到预期运行寿命后，回收很方便，不存在任何影响环保的问题，因此环保性能好。(5)很多企业研制成功的Nomex纸H级干式配电变压器都能通过符合国标要求的例行、型式与含突发短路试验在内的特殊试验。在技术性能上达到低损耗、低局放、低噪声与耐受短路机械力高的要求。在国内已有较长时间安全运行经验。设计的自由度较大，没有浇注模具的要求。对于非包封型敞开通风干式H级配电变压器只要增加真空压力浸渍设备即可。国内也有不用Nomex，纸而用玻璃丝布作为H级固体绝缘材料的敞开通风H级干式配电变压器，工艺上采用真空浸渍设备。绕组中用陶瓷垫块，由于玻璃纤维的介电常数(约为5~6)比Nomex纸的介电常数高，陶瓷的介电常数也高，因此在设计时匝间电压限制得较低。生产此型干式配电变压器的关键是真空浸渍用漆，目前尚无国产漆，整个绝缘系统的质量也取决于漆的质量。2油浸式配电变压器的发展趋势对于一般场合使用的配电变压器常选用油浸式配电变压器。 国内，这种油浸式配电变压器在低损耗与低噪声、高可靠性方面已取得较好成果，尤其是节能降耗方面，下面是历年来10kV配电变压器的损耗降低对比表(见附表)。 附表10kV配电变压器历年损耗水平对比(单位:W) 时间铁心材质100kVA1000kVA 空载损耗负载损耗空载损耗负载损耗 1964硅钢片7302400490015000 1973硅钢片5402100325013700 1986硅钢片3202000180011600 1995硅钢片2902000165011600 1995非晶合金85150045010300 2002硅钢片2001500115010300 随着用电量的增长，变电站又接近居民中心，所以为改进矿物油浸式变压器的防火能力，有必要发展采用高耐温固体与液体绝缘材料做成的液浸式配电变压器。绝缘系统将有下列几种:(1)A级绝缘材料与高燃点油配合的绝缘系统。(2)H级绝缘材料与高燃点油配合的绝缘系统。(3)H级绝缘材料与矿物油配合的绝缘系统。(4)混合绝缘材料与矿物油配合的绝缘系统。利用提高绝缘系统的不同耐温等级的较高允许温升，达到总重不变时提高单台输出容量，或单台容量不变时总重与体积的降低与缩小。这样，地埋式配电变压器就可选用以上不同的绝缘系统。如导线可选用Nomex纸作匝绝缘，液体绝缘介质可选用高燃点油。Nomex纸浸油后介电常数(与Nomex纸密度有关)与油接近，Nomex纸的热导率与一般纤维纸热导率接近。国内电力机车用机载变压器就是Nomex纸与硅油组合的绝缘系统，已有多年运行经验。将这种绝缘系统延伸到油浸式配电变压器(柱上式、地基式、地埋式)应是可以的。国际电工委员会正在考虑制定这种利用高耐温绝缘材料作为绝缘系统的配电变压器的设计导则。3配电变压器向组合化方向发展因为配电网中常要求对变压器作各种保护，传统保护装置与变压器是分别安装在使用场所。这样，既不便于安装调试又不利于维护。为解决这个问题，配电变压器已向组合化方向发展。目前在发展的有两大类:一类是将熔断丝与负荷开关装在变压器内部形成一个整体，整体内的低压出线可分成几路，每路都有计量装置，没有裸露带电部分，这种配电变压器称为组合式变压器，它一接上线即可使用，目前较多用于环网供电。另一类是预装式变压器，变压器的两侧分别为高压与低压配电柜，根据不同接线方式配置保护元件，一接上 线即可使用。组合式变压器的变压器部分为矿物油浸式变压器，将来也可配置高耐温液浸式变压器。预装式变电站目前选用矿物油浸式或干式配电变压器，将来也可用高耐温液浸式变压器。4配电变压器尚未定论的几种型式国内，某些供电场所曾选用以SF6为冷却与绝缘介质的配电变压器。这种配电变压器在环保上要求无泄漏，SFa气体的年泄漏率要求在1%以下，因泄漏出SF6气体会产生温室效应，使周围环境温度提高。另外，这种变压器的价格较贵，仅少数变电站或供电工程选用。随着配电电压的提高，国外，如AAB公司在发展以交联聚乙烯电缆来绕制干式变压器绕组。这种技术适用于较高电压，如110kV及以上，容量达几万kVA。因为交联聚乙烯电缆必须在60~C的温度下运行，变压器必须用风机吹风冷却，吹风装置要有高可靠性。另外，变压器内要装设无励磁调压开关或有载调压开关较为困难。国内，已研制成110kV的3x10500kVA环氧树脂浇注三相绕组有载调压干式配电变压器，且有成功的运行经验。5结束语随着绝缘材料的发展，环保要求、安全供电要求的提高配电变压器应与时俱进发展新品种，以满足国民经济发展日新需求。作者简介:朱英浩，1929年生，浙江鄞县人。变压器制造专家，沈阳变压器研究所总工程师。1995年当选为中国工程院机械与运载工程学部院士。 配电系统的降损节能措施 0概述我国现有电力系统中，35kV以上电压等级输变电系统主要担负着远距离传输电能的作用，l0kV及380/220V电压等级则是配电系统的主体，与用户关系最为密切。电能通过导线、开关、变压器等设备进行传输的过程中，会产生功率损失(有功、无功功率)，并在相应的时间内产生能量损失(有功、无功电量)。配电系统的线损率就是指在一段时间内，配电过程中损失的有功电量和该系统所获得的总电量之比。线损电量通常包括两部分:技术线损电量和管理线损电量。技术线损电量是在传输过程中直接损失在传输设备上的电量，主要有:正比于电流平方的配电线路导线和变压器绕组中的电能损失，也称负载损失;与运行电压有关的变压器损失和电容、电缆的绝缘介质损失，电能表电压线圈损耗，互感器铁心损耗等，也称空载损失。技术线损电量可以通过采取相应的技术措施予以降低。管理线损电量则是在计量的统计管理环节上造成的，包括:各类电表的综合误差;错抄、漏抄及计算错误;设备漏电;无表用电、窃电等造成的电量损失，需要采取必要的组织措施与管理措施来避免和减少。1配电网线损的危害1.1发热是线损造成的最突出问题发热的过程就是把电能转 化为热能的过程，造成了电能的损失;发热使导体温度升高，促使绝缘材料加速老化，寿命缩短，绝缘程度降低，出现热击穿，引发配电系统事故，例如变压器的绝缘材料在140?21t寸的寿命降低率将是常规工作温度(98?)时的128倍。尤其当建筑物内配电线路容量不够时，发热常是造成电气火灾的直接原因。发热在接触部分的影响最为明显，配电网中相当多的故障是由接点处的电阻发热引起的。一般接点处的接触电阻往往大于两端材料的电阻，即使在正常负荷电流情况下也会产生严重发热，从而又加剧导体接触电阻上升，产生恶性循环，最终导致接触部分烧坏，引起故障。架空线路的压接处与电力电缆的中间接头处经常是事故多发点。1.2配电系统的线损造成能源的大量浪费配电系统的线损没有转化为有用的能量而白白浪费，而且还要通过如通风、冷却等方式对热量进行散发，也需要电能。根据统计数据，一般配电网的线损率在3%t~2上，严重者可达到10%甚至更高。这不仅意味着电能的损失，更表现在一次能源的大量浪费以及对环境造成更多的污染。因此，配电系统的线损产生的经济损失，体现在发、供、用电的各个环节。如果不采取措施降低配电系统的线损率，必然对国家能源利用、环境保护和企业的经济效益产生不良影响，而且随着电力需求的不断增长，电量损失也会越来越大。每个用电企业都必须从大局出发，从技术上、管理上降低线损。2配电系统降损节能的技术措施2.1合理使用变压器应根据生产企业的用电特点选择较为灵活的结线方式，并能随各变压器的负载率及时进行负荷调整，以确保变压器运行在最佳负载状态。变压器的三相负载力求平衡，不平衡运行不仅降低出力，而且增加损耗。要采用节能型变压器，如非晶合金变压器的空载损耗仅为S9系列的25%~30%，很适合变压器年利用小时数较低的场所。2.2重视和合理进行无功补偿运行中的变压器，其消耗的无功功率是消耗的有功功率的几倍至几十倍。无功电量在电网中的传输中造成大量的有功损耗。一般的配电网中，无功补偿装量安装在变压器的低压侧400V系统中，通常认为将负载功率因数补偿到0.9-0.95已是到位，而忽视了对变压器的无功补偿，即对l0kV高压侧的补偿。合理地选择无功补偿方式、补偿点及补偿容量，能有效地稳定系统的电压水平，避免大量的无功通过线路远距离传输而造成有功网损。对配电网的电容器无功补偿，通常采取集中、分散、就地相结合的方式;电容器自动投切的方式可按母线电压的高低、无功功率的方向、功率因数大小、负载电流的大小、昼夜时间划分进行，具体选择要根据负荷用电特征来确定并需注意下列几个问题:高层建筑或住宅聚集区单相负载所占比例较大，应考虑分层单相无功补偿或自动分相无功补偿，以避免由一相 采样信号作无功补偿时可能造成其它两相过补偿或欠补偿，这样都会增加配网损耗，达不到补偿的目的。装设并联电容器后，系统的谐波阻抗发生了变化，对特定频率的谐波会起到放大作用，不仅对电容器寿命产生影响，而且会使系统谐波干扰更加严重。因此有较大谐波干扰而又需补偿无功的地点应考虑增加滤波装置。2.3对低压配电线路改造，扩大导线的载流水平按导线截面的选择原则，可以确定满足要求的最小截面导线;但从长远来看，选用最小截面导线并不经济。如果把理论最小截面导线加大一到二级，线损下降所节省的费用，足可以在较短时间内把增加的投资收回。导线有功功率损耗: Px=3IjsR0L? 10-6(kW)式中:Ijs-计算电流，A;R0-导线电阻，12/km;L一导线长度，m。导线截面增加后，线损下降:ΔPx=3IjsΔR0L? 10-6(kW)ΔWx=3IjsΔR0Lt? 10-6(kWh)式中:ΔPx一线损有功功率损耗下降值，kW;ΔWx一线路有功电能损耗下降值，kWh;ΔR0-线路电阻减少值，12/km;t一线路运行小时数，h。设每千瓦时电价为B元，两相邻截面电缆每米价格相差E元，则截面加大后，减少的线损电费M和增加的线路投资N各为:M=ΔWx? B(元)N=E? L(元)若M=N，则节省电费与增加投资相等，可得:t=E/3IjsΔR0B? 10-6(h)假设VV22-0.6/lkV四芯电缆埋地敷设，计算电流为环境温度30?时的相应载流量，截面加大后节电效果见下表: 最小截面选用截面计算电流差价回收期 (mm2)(mm2)(A30?)(h/运行) 1625/35801871/2397 2535/501032431/3621 3550/701273478/4953 5070/951554539/6938 7095/1201837570/8531 95120/1502216977/8511 120150/1852498430/12843 150185/24028713956/14318 18524032011820 以上的计算仅考虑线路的有功损耗，未考虑截面加大后温升下降的影响。截面加大后线路无功损耗也会有所下降。由于导线的使用年限一般在10年以上，加大截面节能降损所创造的经济效益是十分显著的。2.4减少接点数量，降低接触电阻在配电系统中，导体之间的连接普遍存在，连接点数量众多，不仅成为系统中的安全薄弱环节，而且还是造成线损增加的重要因素。必须重视搭接处的施工工艺，保证导体接触紧密，并可采用降阻剂，进一小降低接触电阻。不同材料间的搭接尤其要注意。2.5采用节能型照明电器据统计，工业发达国 家中照明用电约占总用电量的10%以上。随着我国居民居住条件的不断改善和公用场所对照明要求的逐步提高，照明用电比例逐年递增。根据建筑布局和照明场所合理布置光源、选择照明方式、光源类型是降损节能的有效方法。如1只20W电子节能灯的光通量相当于1只100W白炽灯的光通量。推广高效节能电光源，以电子镇流器取代电感镇流器;电子调光器、延时开关、光控开关、声控开关、感应式开关取代跷板式开关应用于公共场所，将大幅降低照明能耗和线损。2.6调整用电负荷，保持均衡用电调整用电设备运行方式，合理分配负荷，压低电网高峰时段的用电，增加电网低谷时段的用电;改造不合理的局域配电网，保持三相平衡，使工矿企业用电均衡，降低线损。3配电系统降损节能的管理措施3.2指示管理用电管理部门应进行线损理论计算，并与实际情况相比较，以获得较合理的线损指标，将指标按年、季、月下达给各基层部门并纳入经济责任制考核。另外，还应将用户电表实抄率、电压合格率、电容率可用率、电容器投入率及节能活动情况等列人线损小指标考核，奖罚分明，调动员工管理积极性。3.3无功管理除进行正常的功率因数考核外，针对一些用户只关心功率因数是否大于0.9，对无功倒送不加重视的情况，有选择地在用电量大、功率因数接近1的用户处装设双向无功电度表;根据负荷用电特点，选择合适的电容器投切依据。3.4谐波管理随着电网中非线性用电负荷，如整流设备、电熔炼设备、电力机车、节能器具、荧光灯、电视机、电脑等的大量增加，配电系统中谐波污染日趋严重。谐波不仅会使系统的功率因数下降，而且在设备及线路中产生热效应，导致电能损失。因此，用电管理部门应对本系统的谐波存在和污染程度进行检测，做到心中有数，必要时应采取谐波抑制措施。3.5计量管理正确的电能计量既是降低线损的依据，也是考核技术经济指标的依据。对电度表应定时检查、校验，及时调整倍率，降低电能计量装置的综合误差。对于关键部位的电度表尽量采用先进的全电子电度表，并尽可能的推广集抄系统。3.6统计分区、分片、分电压等级进行线损统计，定期分析线损现状，分析电压、无功工作中出现的问题，提出改进措施，确保线损指标的完成。做好月、年度线损率曲线，掌握系统有功、无功潮流、功率因数、电压及线损等情况，为满足下年度负荷增长、提高电能质量、系统经济运行及制定降损措施提供依据。4结束语配电网的降损节能工作不但可以减少用户电费支出，提高企业经济效益，挖掘配电设备供电能力，而且对国家能源利用、环境保护、资源优化配置极为有利。应当引起供、用电部门的高度重视。在采用传 统降损节能措施的同时，应加大科技投入，提高用电管理的技术水平和管理水 平。 特别声明: 1:资料来源于互联网，版权归属原作者 2:资料内容属于网络意见，与本账号立场无关 3:如有侵权，请告知，立即删除。