35kV冷缩式和热缩式电缆附件在风电场中的应用

35kV冷缩式和热缩式电缆附件在风电场中的应用

摘  要： 目前很多风电场都建在内蒙古的大草原上，为了不破坏草原植被及草原的整体外观，风电场的35kV集电线路均采用直埋电缆敷设方式，从运行情况来看，电缆中间头处存在一些短路问题。
 

新能源在中国的发展现在已经驶上快车道，风电在其中占了不小的份额，很多风电场建在内蒙古的大草原上，为了不破坏草原植被及草原的整体外观，风电场的35kV集电线路均采用直埋电缆敷设方式，从运行情况来看，电缆中间头存在放炮现象。

在这里首先引入几个电缆附件的基本概念，电缆附件是指在电缆线路中各种电缆终端和接头的统称。电缆终端头是指安装在电缆线线路的末端与架空线或电气设备连接的一种装置。电缆接头是指电缆与电缆之间相互连接的装置。
 

电缆附件要求，首先线芯连接要好，接触电阻应小而稳定，能经受故障电流的冲击，运行中的接头电阻不大于电缆线芯本身电阻的1.2倍。其次是绝缘性能，附件绝缘的耐压强度不应低于电缆本身，介质损耗应达到相应国家标准和厂家要求；户外部分还要考虑有严酷气候条件下能安全运行，一般应按电力部标准中三级污秽确定外绝缘长度，而外露导电部分对地距离和相间距离应符合相应要求。对于中低压电缆附件，由于XLPE绝缘电缆附件多为干式绝缘结构的附件，同时密封的主要作用就是防止运行中环境的潮气和导电介质浸入绝缘内部，引起树枝放电等危害。对于超高压电缆，如110kV及以上电压等级XLPE绝缘电缆，密封不但有上述作用，而且对防止附件内部充油的泄漏起关键作用。第三是良好的机械强度，附件在安装和运行状态下要受到很多外力作用，如人为内力、电动力等，特别是110kV以上电压等级电缆附件、电缆本身回缩、弹力等也对附件本身提出较高的要求。
 

影响附件质量的主要因素有，电气绝缘性能、热性能（抗老化性能、散热性能）、附件结构、安装工艺、环境。

附件安装的注意事项，电缆和附件的清洁处理；检查电缆的受潮情况；严格按安装工艺提供的尺寸进行剥切，注意剥切中不能损伤电缆；半导电层与绝缘层光滑过渡；去线芯表面氧化层；去金具等的毛刺、飞边；不能有产品开裂现象；冷缩产品骨架不能松动。

电缆附件的发展从绕包式开始，接着是瓷套式、浇注式、热缩式、预制式、冷缩式。

目前用于6～35kV挤包绝缘电力电缆的附件，大部分是冷缩式电缆附件和热缩式电缆附件。两种结构类型的产品具有不同特点。

1）冷缩式电缆附件的产品特点。冷缩式电缆附件以高弹性特种硅橡胶为材料注射成型。电应力控制单元为几何型：应力锥，采用高温、高压硫化成型工艺与绝缘主体预制成一整体，形状尺寸可靠，电气性能稳定。安装时箍紧在电缆上，与电缆成为一体。

2）热缩式电缆附件的产品特点。热缩式电缆附件采用橡塑复合材料（聚合物）挤出成型，用高能辐照方法使其交联，在出厂前膨胀扩径到所需的几何尺寸时冷却定型；在现场安装时需要加热到一定温度，利用聚合物的“弹性记忆”性能回缩到位，从而将电缆剖切安装部分箍紧密封，达到绝缘密封的要求。电应力控制单元为参数型。
 

3）冷缩式电缆附件的特点（与热缩式电缆附件比较）。与热缩式电缆附件相比，冷缩式电缆附件具有下列特点：

① 材料电气性能优良。冷缩式电缆附件所采用的材料为硅橡胶，具有极高的弹性、良好的绝缘性能、抗漏电痕、憎水性、耐气候性、耐紫外老化。

热缩式电缆附件所采用的材料为橡塑复合材料（聚合物），材料本身没有弹性，只有“弹性记忆”功能。

② 电应力控制单元性能稳定。冷缩式电缆附件的电应力控制单元为几何型：即应力锥，它是依靠几何曲线来改善电场畸变，其形状在公司已成型好，故电应力控制单元性能稳定。

热缩式电缆附件电应力控制单元为参数型，即电应力控制单元是采用高介电常数和体积电阻率介于绝缘材料和半导电材料之间的材料成型而成，这种材料的特殊参数很难控制且在成型及施工过程中容易发生改变，导致电应力控制单元性能不稳定。

③ 结构型式更加理想。冷缩式电缆附件的应力锥与绝缘部分经高温、高压成型工艺在工厂内预制成一整体，安装时只需将附件套装在已处理好的电缆上即可，其产品质量在工厂内能得到控制，现场安装工作量少。

热缩式电缆附件，其结构为管材：应力管、内外绝缘管、半导电管重叠而成，各种管材之间难免存在微小的气隙，尤其是中间接头其局部放电性能很难保证。

④ 安装更加方便：无需动火。由于结构型式的限制，在某些忌火的场合，热缩式电缆附件不适用；而冷缩式电缆附件不受此限制，安装时无需动火及其他特殊工具，只需将主体内的骨架抽出或用手将主体套入即可。

⑤ 界面特性良好。冷缩式电缆附件所用的材料为高弹性硅橡胶，附件为一弹性体，安装后附件始终紧紧箍在电缆上，与电缆成为一体，同时对界面有较大的压力，具有良好的界面特性，局部放电性能很好。

由于热缩式电缆附件的材料加热后，常温下没有弹性，在安装就位后，电缆的弯曲揉动会造成热缩附件与电缆之间脱开；电缆运行过程中、周围环境温度的变化，也将会使热缩附件与电缆之间产生间隙，从而将造成附件与电缆之间的界面性能差，使实际运行中局部放电性能很差，尤其是35kV电压等级，更是如此。

⑥ 密封性能可靠。冷缩式电缆附件的因其材料为高弹性硅橡胶材料，安装后附件与电缆成为一体，当电缆因温度产生热胀冷缩现象时，附件也将随之热胀冷缩，始终箍紧在电缆上，密封性能优良。

热缩式电缆附件的密封主要靠热熔胶和收缩压紧应力来实现。热缩附件安装后，当温度下降时，电缆随之收缩（热胀冷缩），而已收缩好的热缩部件结构稳定，不再具有弹性，故对电缆失去弹性压紧力，密封全靠密封胶，密封性能不可靠。

⑦ 材料及制作成本比较。国产冷缩式中间头（户外）的材料成本是热缩式的6-7倍，材料价格约6500元（规格不同有些差别）；国产热缩式终端头（户外）的材料价格是热缩式的4-5倍，材料价格约3000元（规格不同有些差别）。其它消耗性材料相差不大。制作成本（即制作所用人工费用）冷缩头略大于热缩头的制作成本。
 

早期大唐辉腾梁风电场35kV集电线路采用热缩式高压电缆头，运行一段时间后，电缆中间头处开始接二连三出现短路故障，对风电场运行带来了很大的损失，经分析，风电场所处位置海拔较高，有半年时间气温基本处于0℃以下，有时可达到-30℃，而热缩式电缆头的施工环境温度要求在0℃以上；风电场采用的是YJY23-26/35KV聚乙烯电力电缆，在安装以及运行过程中存在伸缩性，电缆在运行时会有发热现象。热缩附件采用的是聚乙烯热缩套管，在热缩后一次成形，不能随着电缆一起热胀冷缩，因此电缆的伸缩导致电缆接头进水，绝缘降低，从而影响电缆使用寿命。

在后期辉腾梁风电场的扩建过程中，35kV集电线路开始采用冷缩式高压电缆头，虽然投资有所提高，但与发生故障后影响的发电量相比，这些投资就可以忽略不计。




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