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高壓充油電纜與交聯(lián)聚乙烯電纜的比較
一、前言
在110kv及以上電壓等級的高壓電纜線路中．目前普遍使用的是充油電纜和交聯(lián)聚 乙烯(簡稱交聯(lián)電纜)。由于絕緣材料和結(jié)構(gòu)都不同(前者屬復(fù)合介質(zhì)的油紙絕緣，后 者屬單一介質(zhì)的擠塑絕緣)，它們的件能特點有較大差異、二者的使用條件和適用場合也有所不同。
高壓電纜的選型是電力工程建設(shè)中一個重要的組成部分，而充油電纜和交聯(lián)電纜又 是目前可供選擇的兩種主要型式、在具體的工程項目中、選擇哪一種電纜比較安全和經(jīng) 濟，則要進行詳細的技術(shù)比較。本文從使用者的角度，對這個問題作一綜述，以供同行參考。
二、充油電纜
充油電纜的結(jié)構(gòu)特點是用低粘度的絕緣油充入電纜絕緣內(nèi)部，并由供油設(shè)備供給一定的壓力以消除絕緣內(nèi)部產(chǎn)生氣隙的可能性，是"壓力型"電線的代表產(chǎn)品。它主要應(yīng)用于高電壓(110kV及以上)、大容量的場合．如城網(wǎng)中的主干線和大型水、火電廠以及樞紐 變電站的進出線等
充油電纜已有約70年的使用歷史。1924年意大利安裝了第一條130kV充油電纜；美國自1927年首次使用132kV充油電纜，并于1934年完成第一條220kV電纜的敷設(shè)；法國在1955年制成了425kV充油電纜；目前，日本已著手研制和試運行750-800kV的超高壓充油電纜。目此．無論在制造上和使用上，充油電纜都有一套比較成熟的技術(shù)和 經(jīng)驗，即使在我國也有30多年的使用歷史。
1. 優(yōu)點
充油電纜主要有以下優(yōu)點 ：
· 可靠性高
由于電纜絕緣內(nèi)部保持一定的壓力，外界水分和空氣不能從電纜本體或附件進入絕緣內(nèi)部，因此，充油電統(tǒng)只要油壓正常，它的長期運行可靠性就不成問題，使用壽命可達四、五十年。如大連某發(fā)電廠30年代敷設(shè)的兩回66kY的充油電纜直至60年代才第一次換油；上海和天津等老城區(qū)有大量在二、三個年代敷設(shè)的油紙絕綠電纜直到現(xiàn)在仍在使用。這些事例說明了以天然礦物油為主體的電纜絕緣在電場中有很高的穩(wěn)定性．充油電纜即使出現(xiàn)外力破壞損傷護層造成漏油或護層接地以及短時超負荷高溫等異�，F(xiàn)象，運行人員也可根據(jù)油壓指示異常和報警裝置動作而及時采取措施進行處理，避免造成事故。如果漏油量不大可通過供油裝置維持油壓繼續(xù)運行，待計劃停電時再處理．從廣州地區(qū)的使用情況來看．除出現(xiàn)過極個別的電纜在安裝中造成爆炸事故外運行情況正常。
· 維護工作量少
由于充油電纜絕緣處于一個密封系統(tǒng)內(nèi)所以當(dāng)電纜線路敷設(shè)安裝完成，經(jīng)交接試驗合格投產(chǎn)后，不需進行維修或預(yù)防性試驗只需配合停電定期取油樣化驗。按常規(guī)做法，只要油質(zhì)量合格，電纜絕緣就是正常的。即使油化驗不合格．也可經(jīng)濾油處理后繼續(xù)使用。
· 所需備品少
充油電纜不論是電纜本體還是附件．其通用率較高，從而可大大減少備品的數(shù)量。多年來，電纜運行部門對于同一電壓和規(guī)格的接頭，終端頭均只備1-2套備品即可，且備品的保存時間也相當(dāng)長，其中的絕緣油如出現(xiàn)劣化，經(jīng)過濾處理后仍可繼續(xù)使用。如果用國產(chǎn)充油電纜，其備品訂購或補充部比較容易不需外匯資金。
· 適用更高的電壓等級
近年，國外出現(xiàn)了一種新絕緣結(jié)構(gòu)的充油電纜．即pplp結(jié)構(gòu)．它用兩層低損耗的木質(zhì)纖維紙中間夾人一層聚丙烯薄膜構(gòu)成復(fù)合絕緣紙，和普通的電纜絕緣紙相比，它具有很高的絕組強度和很低的介質(zhì)損耗( =2.8*0.001,普通充油電纜為3.4-3.7x0.0025-0.004),這種結(jié)構(gòu)用在500-800kv的充油電纜中是很有前途的。目前， 日本已成功地開發(fā)了這種產(chǎn)品，其試驗段正在進行長期可靠性驗證試驗。
2. 缺點
充油電纜主要有以下缺點
· 敷設(shè)安裝不方便
由于充油電纜本體任何時候都不能離開壓力箱和油管等設(shè)施，這樣就人大增加了敷設(shè)施工的難度和復(fù)雜性，因而對施工人員的專業(yè)要求較高．如敷設(shè)過程中需割斷電纜，在操作中稍有不慎就會導(dǎo)致絕緣油流失或空氣潮氣及鋼屑等進入絕緣內(nèi)部而造成隱患。
油務(wù)(真空)工作是充油電纜施工中的重要組成部分。它是一個特殊的工種，有一整套的工藝要求，必須由受過專門訓(xùn)練的油務(wù)工作人員進行，還要添置一套油務(wù)(真空)裝置和儀器。由于需安裝供油系統(tǒng)各項附屬設(shè)備和進行真空注油等工作．充油電纜接頭終端頭的安裝工期比較交聯(lián)電纜要長，如安裝一組110kv交聯(lián)電纜接頭或終端頭計劃時間是1周(實際可縮短4-5天)，而安裝一組充油電纜終端頭則需1同半的時間，如要進行油 處理，往往要2-3周。
· 易燃性高
充油電纜用的絕緣油是可燃液體，閃點低(一般低粘度的油閃點在140下），很容易著火，而封端操作要使用噴燈等明火器具，稍不注意便會引燃起火．另外．如果運行中的充油電纜線路一旦由于外部原因或電纜頭爆炸起火，因電纜有"延燃性"，會釀成嚴(yán)重的火災(zāi)，這類事故國內(nèi)外都發(fā)生過多次．較典型的事例如美國大古力水電廠由于機組的 充油電線著火延燃，導(dǎo)致6回路電纜和2700Mw機組全部停運。
· 落差受限制
充油電纜的金屬護套要承受電纜內(nèi)部油壓的作用在高落差的敷設(shè)條件下，靜油壓加大．雖然可以用增大護套厚度．加強鎧裝或采用塞止式接頭等技術(shù)措施來解決，但由于技術(shù)上和經(jīng)濟上的原因，其敷設(shè)落差還是受較大的限制。
· 用于震動場所時要采取防震措施
充油電纜的金屬護套在長期承受震動后臺產(chǎn)生疲勞龜裂現(xiàn)象，對于敷設(shè)在橋梁或其 它有震動的場所的充油電纜．要采取特殊的防震措施。
三、交聯(lián)電纜
交聯(lián)電纜是"固態(tài)"絕緣的代表產(chǎn)品。聚乙烯樹脂本身是一種常溫下電性能極優(yōu)的絕緣材料。用輻照或化學(xué)方法對它進行交聯(lián)處理，使其分子由原來的線型結(jié)構(gòu)變成網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)，從而改善材料在高溫下的電性能和機械性能。用這種材料作高壓電絨的絕緣可以不用絕緣油之類的液體，是一種干式絕緣結(jié)構(gòu)。它適用于10kV及以上電壓等級的輸 配電線路，使用場合十分廣泛。
交聯(lián)電纜的使用歷史不長，只有30年左右，但發(fā)展很快。自60年代初世界上第一條66kV交聯(lián)電纜投入使用以來，大約每5年便提高一個電壓等級。目前．全世界66kV電壓等級以下交聯(lián)電纜的銷售量已占電力電纜總量的90％以上。在日本，這等級以下的交聯(lián)電纜已基本取代了充油電纜．附圖是東京自力公司10年間66kV級N電力電纜線路量的變化情況。從圖可見，10年間充油電纜幾乎沒有增加，而交聯(lián)電纜則從原來月占5％ 迅速增加到大約與充油電纜相當(dāng)?shù)臄?shù)量。
70年代普遍的看法是交聯(lián)電線適用限度為110一220kV級，但隨著干式交聯(lián)工藝、三層擠出工藝及采用超凈材料生產(chǎn)線等重大技術(shù)進步的實現(xiàn)電纜絕緣性能得了大幅度的提高，以上的界限已被突破。日前法國SLLEC公司的400kv聚乙烯絕緣電纜和日本日立公司的500kv交聯(lián)電纜都是有代表性的產(chǎn)品，已有接近10年的使用歷史。
我國從80年代中期開始，在京、滬、穗、深等城市陸續(xù)進口了一批110一220kV交聯(lián) 電纜，運行情況總的來說還是不錯的，各地在施工和運行方面也積累了一些有益的經(jīng)驗。
1. 優(yōu)點
交聯(lián)電纜主要有以下優(yōu)點：
· 優(yōu)越的電氣性能
交聯(lián)聚乙烯作為電纜的絕緣介質(zhì)，具有十分優(yōu)越的電性能，在理論上，其性能指標(biāo)甚 至比充油電纜還好，如附表所示。
表格1
· 良好的耐熱性和機械性能
聚乙烯樹脂經(jīng)交聯(lián)工藝處理后，大大提高了耐熱性和機械性能。由于耐熱性能好，其正常工作溫度達90．比充油電纜高，因而在同一導(dǎo)體截面時，載流量比后者高。
· 敷設(shè)安裝方便
由于交聯(lián)電纜是干式絕緣結(jié)構(gòu)不需敷設(shè)供油設(shè)備．這樣給線路敷設(shè)和施工帶來很大的方便．接頭和終端頭的安裝比較容易，部分接頭和終端頭已采用預(yù)制成型附件、省卻了油務(wù)工作，安裝時間可縮短，施工現(xiàn)場火災(zāi)危險也相對較小。此外，線路高差不受限制．適用于震動場所如橋上敷設(shè)，與GIS連接時不存在油混入氣體中的問題等。
2. 缺點
高電壓等級的交聯(lián)電纜的開發(fā)、使用時間還不長，大約只有20年左右的歷史，無論在制造工藝上還是運行使用上的技術(shù)和經(jīng)驗遠不如充油電線成熟，在理論上和實踐上都還有一些問題有待解決。其中最重要的帶根本性問題是對其長期運行可靠件與使用壽命的 評價至今沒有取得一致的結(jié)論。
交聯(lián)聚乙烯作為一種絕緣介質(zhì)，雖然在理論上具有十分優(yōu)越的電氣性能，但作為制成品的電纜，其性能受工藝過程的影響很大。從材料生產(chǎn)、處理到絕緣層(包括屏蔽層）擠塑的整個生產(chǎn)過程中．絕緣層內(nèi)部難以避免出現(xiàn)雜質(zhì)、水分和微孔，按目前的技術(shù)水平，只能盡量控制它們的數(shù)量和尺寸，更為不利的是，電纜的電壓等級越高．絕緣厚度越大．?dāng)D壓后冷卻收縮過程產(chǎn)生空隙的幾率也越大。另外，由于工藝原因，會造成內(nèi)外半導(dǎo)電屏蔽層的界面不光滑或不均勻。同樣會影響電纜的性能。一些研究報告顯示，上述的絕緣缺陷不是局部性的，運行一定時期后，由于"樹枝"老化現(xiàn)象，使整體絕緣下降，從而降低電纜的使用壽命。當(dāng)然．以上的可靠性問題對所有擠塑絕緣的電纜（如聚乙烯、乙丙橡膠等)都是存在的，只是由于高電壓等級的交聯(lián)電纜是其中最有代表性的產(chǎn)品，一般對它給予特別的關(guān)注。
最后還要指出，盡管高壓交聯(lián)電纜本體的絕緣介質(zhì)具有十分優(yōu)越的電性能，但其連接部位(特別是終端頭)的絕緣介質(zhì)卻不及充油電纜終端頭，它所注入的絕緣劑一般為硅油或聚丁烯等高分子材科．其長期運行可靠性或壽命尚無定論，而更重要的是它不象充油電纜終端頭那樣能排除潮氣或水分的內(nèi)壓力，當(dāng)其終端頭端部密封膠圈或金具出現(xiàn)缺陷 時，很容易進水引起絕緣破壞。
四、工程造價比較
目前，充油電纜在國內(nèi)、國外都有定型產(chǎn)品可供選用，而高壓交聯(lián)電壓在220kv或以上的目前選用國產(chǎn)的還不多，在經(jīng)濟上的比較自然要考慮外匯資金和關(guān)稅以及單位價格的問題。由于外國產(chǎn)品價格常有變動，難以進行準(zhǔn)確的比較，下面列舉的數(shù)字僅供參考。
1995年廣州某城網(wǎng)工程進口日本(F)和(M)電纜廠220kvXLPE*500mm2交聯(lián)電纜單價20D美元／米．而國產(chǎn)同一現(xiàn)格的充油電纜每米只有RMBl100元。在線路施工敷設(shè)安裝等項目的工程費上交聯(lián)電線比充油電纜略低一些。但國產(chǎn)及進口的交聯(lián)附件都高出一倍至數(shù)倍，而工程的總造價也高出30至50％。在110kV電壓等級的同一截面的充油和交聯(lián)電線線路工程總造價上，也是后者造價高20至30％至于50忱v等級．按廣蓄電站工程的資科．進口的xLPE電纜比進口充油電纜貴26％。
五、結(jié)語
充油電纜可靠性高、壽命長、運行維護簡單，但敷設(shè)安裝難度較大，落差受到一定限制；交聯(lián)電纜的電性能、耐熱性較好，敷設(shè)安裝方便，落差不受限制，但其長期運行可靠性和使用壽命還有待作進一步的驗證和評價。
筆者認為，在電力工程中充油電纜主要適用于220kv城網(wǎng)主干線、大型發(fā)電廠和樞紐變電站的進出線等重要場合，以滿足供電可靠性的要求。交聯(lián)電纜目前主要用于110kV等級的各種場合以及220Kv等級的高落差、震動等場合，也可作為聯(lián)絡(luò)線使用。至于更高電壓等級的場合，宜采取積極、慎重的態(tài)度．經(jīng)深入論證后再決定是否選用。
至于充油電纜在敷設(shè)、安裝施工中的困難和不便等因素，選型時不必過分強調(diào)，因為目前高壓電纜線路工程的基建都由專業(yè)性的安裝單位承裝，電纜運行單位只需作監(jiān)督、協(xié)調(diào)和驗收等工作，不會增加很多工作量。
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嘿嘿，是呀！
現(xiàn)在充油電纜很少了！
被XLPE取代了！
電纜行業(yè)的每一次飛躍基本上都是由新材料的變更引起的！
從有絕緣，到油紙絕緣，再到塑料絕緣，下一個不知道是什么材料呀。。。。。。