35kV风力发电用耐扭曲电力电缆的研制.pdf
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1、2 0 1 0年第 5期 NO 5 2 01 O 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e Ca b l e 2 0 1 0年 l 0月 0c t 2 01 0 2 0 3 5 k V风力发 电用耐扭 曲电力 电缆 的研制 李武林 ( 宝胜科技创新股份有限公 司, 江苏 宝应 2 2 5 8 0 0 ) 摘要 : 介绍 了额定 电压 2 0 3 5 k V风力发电用耐扭 曲电力 电缆的研制 , 详细分析 了电缆的结构 、 材料 、 工艺控 制 要 点 和 试 验 。 关 键 词 : 风 力发 电 ; 耐扭 曲 ; 电 力 电缆 ; 研 制 中图分类号 : T M 2 4 7
2、 1 文献标识码 : A 文章 编号 : 1 6 7 2 - 6 9 0 1 ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 0 2 2 0 4 De v e l o p m e nt o f a Tor s i o n Re s i s t a nt 2 0 3 5 kV Po we r Ca bl e f o r W i nd Powe r Ge n e r a t i o n L I W u l i n ( B a o s h e n g T e c h n i c a l I n n o v a t i o n C o ,L t d ,B a o y i n g 2 2 5 8 0 0,C h i
3、 n a ) Abs t r a c t :The d e v e l o p me n t o f a t o r s i o n r e s i s t a n t p o we r c a b l e f o r wi n d po we r g e ne r a t i o n wi t h r a t e d v o l t a g e s o f 20 35 k V i s p r e s e n t e d The c a b l e c o n s t r uc t i o n,ma t e r i a l s ,es s e n t i a l s o f p r o c e
4、 s s c o nt r o l a n d t e s t s we r e a n a l y z e d i n d e t a i l Ke y wor ds:wi n d po we r g e n e r a t i o n;t o r s i o n r e s i s t a n c e;p o we r c a b l e;d e v e l o p me n t 0 引 言 随着我 国经济快 速发展 , 工业 化 、 城镇 化进程 加 快 , 能 源需求 快速增 长 , 供需 矛盾 日益突 出。增加 能 源 的多 元化供应 和确保 能源安 全 已成 为经 济社会 发 展
5、的重 要任务 , 开发 利 用可 再 生 能源 已成 为 国家 能 源发展战略的重要组成部分。作为可再生能源之一 的风力发电, 由于资源潜力巨大 , 环境 污染低, 可永 续利用 , 而且 发电技术 已基本 成熟 , 经济性 已接近 常 规能源 , 在我 国得 到 了高 度 重视 。我 国 具有 丰 富 的 风能资 源 , 全 国陆地 可利用 风 能资 源 3亿 k W , 加 上 近岸海域可利用风能资源, 共计 约 1 0亿 k w, 国家 可再生能源 中长期发展规划 提 出了到 2 0 1 0年 , 全 国风 电总装机 容量 达到 5 0 0万 k W , 到 2 0 2 0年 , 全 国
6、风电 总装 机 容 量 达 到 3 0 0 0万 k w 的发 展 目标 。 这 一 巨大 市场 , 必 将带来 风 电行 业 的蓬 勃发展 。 风力 发 电行 业 的快 速发 展 , 催生 了对风 力发 电 用 电缆 的需 求 。例如 : 用 于机舱 内 的软 电线 、 控 制 电 缆、 数据电缆; 用于塔架 内的布 电线、 耐扭 曲电力电 缆等。由于风力发电场的环境恶劣, 风机使用年 限 较长 , 并且有 些 电缆还需 随风机 不断转 动 , 对 电缆 的 性能要求很高。以前这些 电缆主要依赖进 口, 价格 昂贵。近年来 , 国内许多生产企业进行了研发 , 已生 产 出耐低温 、 耐紫外
7、线 、 耐油 、 耐 扭 曲 的风 力发 电用 收稿 日期 : 2 0 1 0 0 5 0 6 作者简介 : 李武林 ( 1 9 7 1一) , 男 , 工程师 作者地址 : 江苏宝应县安宜镇苏中路 1 号 2 2 5 8 0 0 电缆 , 但 这些 电缆 的电压等 级大多 为 1 8 3 k V及 以 下 , 对 于额定 电压 1 2 2 0 k V、 1 8 3 0 k V、 2 0 3 5 k V 中 压耐扭曲风能电缆 , 主要还是依靠进 口, 能够研究开 发 并用 于实 际工程 的企业还 不多 。本文 主要介绍 额 定 电压 2 0 3 5 k V风 力发 电用 耐扭 曲电力 电缆 的
8、研 制情况 , 就电缆的结构 、 材料 、 工艺控制要点 、 试验等 内容进行 了探讨 。 1 电缆使用场合及技术特性要求 额定 电压 2 0 3 5 k V风 力 发 电用 耐 扭 曲 电力 电 缆 主要用 于 单 机 容 量 2 MW 及 以上 风 力 发 电机 组 中 , 连接位 于机舱 后 部 中压 变 压器 的高压 侧 和位 于 风 力发 电机塔筒 底部 的中压开 关柜 。风力发 电机 的 电力 在机 舱 内经过 变压 器升 压后 , 电压 达 到 3 5 k V, 并经一根 3 5 k V三相电缆传送到塔筒底部开关柜 , 进 而接入 国 内中压 电网。 此 电缆在最上 节塔筒 内部
9、悬 垂 ( 大约 2 0 I l 1 ) , 上 端 随机舱 转动 , 下 端 固定 到塔筒 上 , 所 以此段 电缆承 受风 机机舱 迎风 时 的扭 转 。下 部塔 筒 中, 电缆 固定 到塔筒内壁上为固定敷设。 电缆 的主要技 术特性 要求 : ( 1 )电缆的设计使用寿命为 2 0年。 ( 2 )电缆使用 的环境 温度 为 一 4 0+ 5 0。 ( 3 )导体长期的最高工作温度为 9 0, 瞬时短 路电流引起最高短路温度不超过 2 5 0 o C。 ( 4 )电缆的最小弯曲半径为电缆直径的 6倍。 ( 5 )电缆能 够 经 受 I E C 6 0 3 3 2 1 2单根 垂 直 燃 2
10、 0 1 0年 第 5艄 NO 5 2 Ol ( ) 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e & Ca bl e 2 0 1 0年 1 0月 0c t 201 0 烧试 验 和 I E C 6 0 3 3 2 3 C类 成束燃 烧 试验要 求 。 ( 6 )电 缆 燃 烧 时 释 出气 体 的 测 定 能 符 合 I E C 6 0 7 5 4 1 、 I E C 6 0 7 5 4 2的要求 。 ( 7 )电缆 必须 具有 耐油性 能 。 ( 8 )电缆 必须具 有 耐紫外 线辐 射性 能 。 ( 9 )电缆 外 护 套 能够 经 受 I E C 6 0 8 1 1 一
11、 l _ 4试 验 方法 规定 的 一4 0 、 1 6 h的低 温性 能试 验要求 。 ( 1 0 )电缆 必须经 受 常温下 扭转试 验 : 在室 温环 境下 , 将 】 0 m 长 的电缆 悬 挂 在 可 旋 转 的转 轮 上 , 电 缆下部 固定 , 转 轮先顺 时针 扭转 1 4 4 0 。 , 再 逆时针 扭 转 相 同角度 , 使 电缆恢 复到 原始状 态 , 此后 逆时针 扭 转 1 4 4 0 。 , 再顺 时 针 扭 转 相 同角 度 使 电 缆恢 复 到 初 始状态 , 此 为一 个周期 , 共 3 6 0 0个 周 期 。电缆 经 扭 转 试验 后 , 外 观应 无开
12、裂现 象 , 并 且局 部放 电和 电压 试 验符 合规定 要求 。 2 产 品设 计 额定 电 压 2 0 3 5 k V风 力 发 电用 耐 扭 曲 电 力 电 缆 主要参 照 国外产 品样 本及用 户相 关技 术资料 进行 设计 和研制 。 2 1产 品结构 以 3 3 5 3 5规 格 为例 , 图 1为 额定 电压 2 0 3 5 k V风 力发 电用 耐 扭 曲 电力 电缆 结 构 示 意 图 。 由于 电缆 的使用 环境 恶劣 , 使用 年 限要求很 长 , 且 电缆 随 风 机不 断旋转 , 旋转 度 达 1 4 4 0 。 , 故对 电缆结 构 有 特 殊要求 , 设 计时
13、必须 考虑 以下 问题 。 1 、 , 、 、 _ _ 一一 图 1 电 缆 结 构 示 意 罔 1一导体2一隔离层3一内屏蔽层4一绝缘层5一填充 6一外屏蔽层7外屏蔽包带层8一编织屏蔽层 9一编织屏蔽包带层1 0一缆芯包带层l 1 一内护套 1 2一外 护套 ( 1 )结 构 的柔 软 性 。 为 了 达 到 电 缆 结 构 的 柔软 性 , 选 用 D I N V D E 0 2 9 5 I E C 6 0 2 2 8标 准要 求 的 第 5种镀 锡软 铜导 体 , 并 对绞 合 结 构进 行 了优 化设 计 , 以确保 电缆 的柔软 性能 。 ( 2 )电缆的使用环境。由于电缆的使用环境
14、非 常恶 劣 , 所 以对 于 绝缘 、 护 套材 料 的选 择 至关 重 要 , 必须 要选择 能 够在各 种恶 劣环 境 中都 能保 持优 异性 能 的材料 ” 选 用 乙丙 橡 胶 混 合 物 绝 缘 材 料 和 聚 氨酯 复合 护套 材料完 全能 够达 到使 用要求 。 ( 3 )电缆 的抗扭 转强 度 。 由于 电缆需 要经 受长 时期旋 转 度 达 1 4 4 0 。 的扭 转 , 因 此 电缆 的各 组 成 元 件 的抗扭 强度 十分 重 要 。基 于 此 认 识 , 重 点 在 电 缆 的编 织屏 蔽层 和 内外 护 层 采 取 了特 殊 设计 , 通 过 优 化结 构 , 增
15、 强 丫电缆 总体 强度 , 完全 满足 了电缆 耐 扭 转 的需 求 。 2 2材 料 的选用 ( 1 )导体材料。导 体材料选用优 质退火无氧 铜 , 根 据 使 用 条 件 , 选 用 符 合 D I N V D E 0 2 9 5 I E C 6 0 2 2 8标 准要 求 的第 5种 镀 锡 软 铜 导 体 , 导体 表 面 镀层 应均 匀 、 光亮 、 无氧 化和 毛刺等 。 ( 2 )隔离 层 材 料 。 隔 离 层 材 料 采 用 半 导 电包 带 , 其 主要 性能 要求 见表 1 。 表 1 半导电包带主要性能 项 目名 称 指 标 要 求 厚度 mm O 1 O O O
16、2 0 1 2 4 - 0 0 2 O 】 4O O 2 单 霞 ( g m ) 9 O1 O 1 O Ol 0 l 1 O1 O 抗 张 强 度 MP a 1 0 0 】 2 0 1 4 0 断裂伸长率 2 5 2 5 2 5 表面 电阻率 n l 0 0 0 l 0 0 0 l 0 0 0 体积电阻率 ( n C 12 ) 1】 0 1 】 0 】 1 0 外 观 黑 色 , 表 面 光 滑 、 平 整 ( 3 )内 、 外屏 蔽层 材料 。 内 、 外屏蔽 层材 料采用 乙丙橡 胶 混合 物半 导 电屏 蔽料 , 其热 老 化 性 能应 与 相结合 的绝缘层 相 当 。 ( 4 )绝缘材
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- 35 kV 风力 发电 扭曲 电力电缆 研制
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