风力发电电缆技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

经过多年的发展，目前风力发电技术目前已经日趋成熟，已经进入大规模开发阶段。但是，我国较世界上一些风力发电技术强国来说仍然尚存一些差距，缺乏风电建设经验，另外，我国的海上风能资源测量与评估以及海上风电机组国产化刚刚起步，海上风电建设技术规范体系也亟需建立。目前主要的技术有：

1、电缆对称性设计

对于1.8/3KW及以下变频电机专用电缆，和对称3+1芯和4芯电缆仅可用于主电源的输入缆，但最好使用对称结构电缆。变频器与变频电机问电缆均需采用对称电缆结构，对称电缆结构有3芯和3+3芯两种，3+3芯电缆结构是将三大一小四芯绝缘线芯中第四芯(中性线芯)分解为三个截面较小的绝缘线芯，把三大三小线芯对称成缆，对于6/10kV变频电机专用电缆，该电缆结构与6/10kV普通电力电缆有所不同，普通电力电缆是将三根绝缘线芯采用铜带屏蔽后成缆，而变频电机专用电缆是由铜丝铜带屏蔽后挤包分相护套，然后对称成缆，对称电缆结构由于导线的互换性，有更好的电磁相容性，对抑制电磁干扰起到一定的作用，能抵消高次谐彼中的奇次频率，提高变频电机专用电缆的抗干扰性，减少了整个系统中的电磁辐射。

２、屏蔽结构的设计

1.8/3kV及以下变频电机专用电缆的屏蔽一般采用总屏蔽，6/10kv变频电机专用电缆屏蔽由分相屏蔽和总屏蔽构成，分相屏蔽一般可采用铜带屏蔽或铜丝铜带组合屏蔽。总屏蔽结构可采用铜丝铜带组合屏蔽、铜丝编织屏蔽、铜带屏蔽、铜丝编织铜带屏蔽等，屏蔽层截面与主线芯截面按一定比例。此结构的屏蔽电缆可抗电磁感应、接地不良和电源线传导干扰，减小电感，防止感应电动势过大。屏蔽层既起到抑制电磁波对外发射的作用，又可作为短路电流的通道，能起到中性线芯的保护作用。6/10kV变频电机专用电缆，考虑到电缆在使用过程中经常受到径向外力作用，在电缆屏蔽层外增加镀锌钢带销装层(在屏蔽层和钢带销装层之间加隔离套)。钢带销装主要是作为电缆的径向机械保护层，同时它也起到附加性总屏蔽作用，特别是钢带铠装和铜丝、铜带屏蔽，是采用了两种不同屏蔽材料，在电磁波屏蔽上起到一定的互补作用，屏蔽效果将更好。

３、电缆电气性能设计

1.8/3kV及以下变频电机专用电缆电气性能均按GB/Tl2706，2008标准设计。6/10kV变频电机专用电缆在满足GBT/l2706.2008标准外，增加了电容和电感等电性能要求。根据变频电机专用电缆的实际使用情况并参照GB/T12706.2008和ABB日公司对电力传动电缆的技术条件，确定了电缆的电气性能参数。

第二节 产品工艺特点或流程

电线电缆的制造与大多数机电产品的生产方式是完全不同的。机电产品通常采用将另件装配成部件、多个部件再装配成单台产品，产品以台数或件数计量。电线电缆是以长度为基本计量单位。所有电线电缆都是从导体加工开始，在导体的外围一层一层地加上绝缘、屏蔽、成缆、护层等而制成电线电缆产品。产品结构越复杂，叠加的层次就越多。

１、控制电缆

电缆结构采用镀锡铜绞线芯为导体，辐射交链高压聚乙烯为绝缘层，银铜镀膜为外导体，工艺过程为：对绝缘层表面加热粗化，粗化后又进行电子辐射交链处理，然后在处理完的绝缘层上镀银膜层和镀铜膜层，最后使用柔软型ＰＶＣ做其护套。此屏膜控制电缆具有抗电磁干扰能力，基本消除了电噪声和机械噪声，降低了衰减常数，增加了信号传输距离，提高了耐温等级，扩大了延燃性，电缆体积缩小，重量减轻的优点。

这种屏膜控制电缆及其制造工艺，其特征在于电缆采用镀锡铜绞线芯为导体，辐射交链高压聚乙烯为绝缘层，银、铜镀膜为外导体的结构，制造工艺分四步完成，第一步将高压聚乙烯绝缘层表面加热粗化，第二步对粗化后的绝缘层进行电子辐射交链处理，第三步是在处理后的绝缘层表面镀银膜层，第四步是镀铜膜层，最后采用柔软型ＰＶＣ作为护套。

２、电力电缆

交联绝缘已在电力电缆中占主导地位，代替了油纸绝缘，并逐步取代了PVC塑料绝缘。交联绝缘的品种虽多，但主要分为物理和化学交联两大类，其绝缘品质完全一致，故在国标GBl2706—91中，是不区分采用何种交联方法的。

１）物理交联物理交联又称辐照交联，其绝缘品质最佳，交联度高，耐候性好，是各种软线，装备线以及耐高温(105c及以上)和阻燃电线电缆的理想工艺方法。其主要优点为交联性能好、交联度高，相对而言剥离强度也最大，还有就是易安装，因为它允许最小弯曲半径小、且重量轻，还不受线路落差的限制。

２）化学交联分高温和低温两种交联方法，其中高温交联又包括蒸汽和干法交联两种。蒸汽交联因绝缘中水分含量2000x10-6，绝缘品质不好，已完全淘汰；干法交联绝缘中水分含量(1OO—200)×10-6，已在lO—500kV电缆中广泛地应用。低温交联，学名硅烷交联，电缆在70cC—90c温水中交联，也可在湿度较大的空气中交联，故又名温水交联。交联剂(硅烷)吸水后才能使PE绝缘的线性结构反应成网状的交联结构。吸收的水分已成为绝缘分子的一部分，故水分含量极少，也是(100—200)x10-6，绝缘品质完全和干法交联一样，绝缘性能还超过于法交联。温水交联因水分不易渗入较厚的PE绝缘，一般适用于10kV及以下电缆，特另U是1kV温水交联电缆。

温水交联电缆，产品质量好，设备投资低，生产速度快，是最为理想的电缆产品，目前交联工艺有：二步法；共聚料生产法；Monosil一步法，及派生的另两种工艺方法；固相一步法，及共混法共7种生工艺。

第三节 国内外技术未来发展趋势分析

1、裸线产品

在架空线中钢芯铝绞线仍是主要产品，但高导电率(63％iacs)铝将会得到较多应用。应扩大铝包钢和铝合金导电线在架空线中比例。大力推广opgw在架空线路中的应用。在电气化铁路中应用铜合金接触线取代铜接触线。

2、电气装备电线电缆

建筑用线扩大交联聚乙烯布电线与聚氯乙烯绝缘尼龙护套电线的应用。安装线及其它装备线将大力推广应用阻燃电线电缆。汽车用线薄绝缘汽车线用量将会增多。核电站用电线电缆国产核电站用电线电缆将会有所增多，有条件厂应从事核岛部分用电缆的开发。光纤复合电气装备用电线电缆将会有所发展，例如智能化大楼要求光纤复合电梯电缆，煤矿、舰船要求光纤复合矿用、船用电缆等。船舶与石油平台中压软结构10kv级电缆将会有所应用。宇航器将采用轻薄绝缘结构，提高结构柔软性及耐高温、低温冲击性能。

3、电力电缆

lkv及以下低压电力电缆尽管仍旧以pvc电缆为主，但是低压交联电缆逐步取代pvc电缆的趋势将有所加强，温水交联电缆应用量将会增加。低烟无卤阻燃电缆将有所发展。

6～35kv中压电力电缆仍是交联电缆占统治地位，预制式电缆附件得到更广泛应用。

110～220kv级交联电缆应用量将超过充油电缆，需要完善附件成套供应能力。充油电缆国内应用量减少，应增加充油电缆出口数量。

超导电缆研究应起步。对基本结构、工艺制作、性能测试及超导连接进行研究，争取制作出样品。

大规模开发利用风能，在规划风电场建设时要同时规划电网建设和通讯建设，对电力电缆、通讯电缆提出了需求；海上风场是未来风电发展的方向，这对海底电缆提出了需求；在风力发电机中，有用于机舱内的软电线、控制电缆、数据电缆等，和用于塔架内的布电线、电力电缆等。以一台1.25MW的风力发电机为例(塔架和机舱内)，塔架高度一般为90m左右，仅电力电缆就需要约1km左右。以1个5万kW的风场计算，则需要电力电缆40km。

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