特高压输电线路用特种控制电缆的研制

特高压输电线路用特种控制电缆的研制

薛祥

扬州市金阳光电缆有限公司江苏 扬州 225652

摘要： 为满足特高压输电系统用控制系统的信号传输要求 ，自主开发了额定电压0.6/1kV特高压输电线路用特种控制电缆，通过对结构设计、材料选择、制造工艺控制、关键技术优化，所研制的产品具有优异的环保无卤低烟阻燃性能、优异电性能和抗干扰屏蔽性能。

关键词：特高压；特种控制电缆；组合屏蔽；不锈钢钢带

项目背景

随着国家现代化建设进程的加速，基础设施建设将进入加快发展的新阶段，社会发展对电力需求越来越高，西部电能正源源不断的向东部地区输送，确保地区高速发展。而为之配套变压换流站将电能由直流电能经大长度、跨区域输送到目的地后转换为交流电能，以便减少电损耗。为此开发了研发“额定电压0.6/1kV特高压输电线路用特种控制电缆”。该电缆采用0.6/1kV电压等级绝缘控制电缆，采用组合屏蔽形式，可防止在高压配电装置交-直流线路切合或变压器操作时，或雷电波侵入时引起暂态过电压或不对称短路引起的工频过电压、电磁感应、静电感应、接地网上电位升高等原因导致的普通控制电缆绝缘被击穿的问题。现采取原始创新和集成创新相结合的方法，介绍该类电缆材料的选择、结构设计、关键制造工艺控制要点。

1．产品设计方案

为确保产品满足设计指标要求，我公司生产的“额定电压0.6/1kV特高压输电线路用特种控制电缆”的试制技术方案如下：

1.1导体材料设计方案。导体采用退火铜线，因本电缆以固定方式敷设，因此采用硬电缆结构设计，导体采用符合GB／T 3956-2019标准中的第2种圆形绞合导体；导体表面应光洁、无油污、无损伤绝缘的毛刺、锐边、凸起或断裂的单线。

1.2绝缘。绝缘采用交联聚乙烯绝缘料(XLPE)，绝缘的机械物理性能及电气性能应符合GB／T12706．1—2O08标准规定。为了保证0.6/1kV电压等级的绝缘电气性能，其绝缘标称厚度及最薄点必须符合GB／T12706.1—2O08标准的规定。交联聚乙烯绝缘控制电缆9O℃ 绝缘电阻常数不小于3.67 MQ·km。确保成品0.6/1kV塑料绝缘控制电缆耐压时能够经受3.5kV电压5 min试验不击穿。

1.3成缆与填充。该样品的缆芯由绝缘线芯绞合而成，最外层的绞合方向为右向，绞合节距应不大于绞合外径的20倍；绝缘线芯间的间隙采用高阻燃玻纤绳绳填充，缆芯外采用无卤阻燃纤维带双层绕包。

1.4金属屏蔽层。该样品在缆芯外采用铜带同芯绕包屏蔽，绕包屏蔽时采用铜带的厚度为0.06mm，绕包方式为重叠绕包，搭盖率≥20％，并且绕包时应在铜带下纵向放置一根标称截面积不小于0.20 mm的圆铜线(镀锡圆铜线)制成的引流线，确保铜带电气连续性。

1.5内衬层。内衬层挤包无卤低烟阻燃型聚烯烃料，内衬层厚度应符合IEC 60502标准规定的最小标称厚度1.2 mm，内衬层最薄点应为8O% 标称厚度-0.2mm。挤包内衬层时，应对其进行工频火花试验，工频试验电压为6t kV(t为挤包内衬层厚度)，以检验挤包内衬层的完整性。

1.6铠装层。该样品采用双层不锈钢钢带铠装，双层钢带应采用左向螺旋状间隙绕包在内衬层上，外层钢带的中间大致在内层钢带间隙上方，钢带绕包间隙应不大于钢带宽度的50 。金属铠装时采用的钢带的层数、厚度和宽度应符合IEC 60502标准规定。不锈钢钢带比镀锌钢带比较具有很低的磁导率，在高压或高磁场的条件下，减少因电磁感应产生涡流引起的附加电阻。为保证屏蔽的电气连续性，并且方便安装接地，同时提高屏蔽性能，在铠装层内放置7根0.43mm的泄扰铜丝。

1.7护套。该电缆护套采用耐温等级90℃ 的无卤低盐=烟阻燃聚烯烃材料，护套应紧密挤包在金属铠装层上，表面应光洁、色泽均匀，且应容易剥离而不损伤绝缘。护套厚度应符合IEC 60502标准规定的最小标称厚度1.8 mm；并在挤包护套后进行工频火花试验，其工频试验电压为6t′kV(t′为挤包护套厚度)，以检验挤包护套的完整性。

1.8电缆结构优化设计方案

根据电缆特点和使用环境的要求，对该电缆结构进行了优化设计。导体采用优质绞合无氧铜丝，在导体外挤包交联聚乙烯混合物。缆芯采用玻纤绳填充，缆芯外绕包无卤阻燃纤维带，设置铜带绕包屏蔽层，环保型无卤低烟聚烯烃内护层，钢带铠装+铜丝屏蔽层，挤包90℃环保阻燃无卤低烟聚烯烃外护套，使产品具有优异的环保低烟阻燃性能、电性能和抗干扰屏蔽性能。

1.9额定电压0.6/1kV特高压输电线路用特种控制电缆结构示意图：

2. 产品的主要关键技术优化

一是电性能的技术优化：该产品耐压时能够经受3.5 kV电压5 min试验不击穿非常关键，这是其与450V/750V电压等级塑料绝缘普通控制电缆最重要的区别之一。针对产品方式敷设要求，选用符合GB／T 3956-2008标准中第2种绞合圆形导体,铜线要求绝对光滑清洁，无任何毛刺、铜屑。我们用钻石涂覆膜作为拉丝模，拉制的绞线不仅线径均匀，且光洁，无毛刺,在最后一道出口模后，安装了除屑装置，确保绞线清洁，无铜屑。绝缘采用交联聚乙烯绝缘(XLPE)，绝缘的机械物理性能及电气性能应符合GB/T12706.1—2020标准规定。为了保证0.6/1kV电压等级的绝缘电气性能，其绝缘标称厚度及最薄点必须符合GB／T12706.1—2O20标准的规定，2O℃ 绝缘电阻常数不小于3670 MQ·km。为了保证绝缘的洁净度，必须定期清理机头、螺杆、料斗甚至吸料管，严防将外包装及外界的灰尘、垃圾带进加料装置。

二是屏蔽性能的技术优化：屏蔽性能关系着整个系统的信号准确安全运行，其重要性不言而喻。不同的屏蔽层结构在安装使用时所发挥的功能和达到效果有所差异，因此在工程选型和产品结构设计时首先应根据控制电缆安装和使用的具体环境及正常运行后所应达到的性能要求，选择既经济又实用的结构，避免因选型不合理出现安装使用后性能达不到预期要求，或性能过剩造成经济上的浪费等情况。针对产品实际使用情况，产品的屏蔽采用金属带屏蔽和钢带铠装+铜丝的双重复合屏蔽结构，金属带屏蔽结构不同于编织屏蔽结构，因没有孔缝，不存在孔缝屏蔽泄漏。极大地提高电缆的屏蔽性能。钢带铠装+铜丝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，当高频信号通过时，二者构成电磁屏蔽体，给电缆提供相对完善的闭合磁场，大大提高了电缆的抗干扰性能和衰减性能。

三是阻燃性能的技术优化：该产品外护套采用90℃阻燃型无卤低烟聚烯烃聚氯，具有更好的阻燃和环保性能；设置了不锈钢钢带铠装层和阻燃聚烯烃内衬层，具有较强的挡火阻燃作用；缆芯采用无碱玻纤绳填充，缆芯外采用无卤阻燃纤维带双层绕包，，具有高阻燃特作用。采用双层绕包，每层搭盖率不小于60％，使得电缆每处无卤阻燃纤维带不小于4层，确保电缆阻燃性能达到规定要求。

通过一系列的关键技术优化措施，生产的电缆样品进行了主要性能测试和可靠性验证，其测试结果如下：

1.1 额定电压Ｕｏ/Ｕ为0.6/1kV；

1.2绝缘热延伸试验：负荷下伸长率为73%

1.3 绝缘电阻常数（90℃）≥85.2mΩ·㎞

1.4 成品电压试验（3500V、5min）不击穿；绝缘线芯交流耐压试验（3000V、5min）不击穿；

1.5 老化前，绝缘抗张强度≥29.0N/mm2，断裂伸长率≥660%；护套抗张强度≥12.6N/mm2，断裂伸长率≥160%；

1.6电缆不延燃试验：上支架下缘与炭化部分起点间距离最小380mm；燃烧向下延伸至上支架下缘距离不大于496mm；

1.7产品电缆烟密度试验-透光率为72%

1.8电缆抗电磁试验：屏蔽指标为71dB

1.9产品能顺利通过成束燃烧B类试验。

3、结束语

本公司成功开发了额定电压0.6/1kV特高压输电线路用特种控制电缆，产品经国家电线电缆质量监督检验中心检验，完全符合相关标准要求，该产品目前已批量生产，其质量稳定性较好，抗电磁干扰性能优异，符合阻燃环保要求。通过康保、丰宁等大型输变电站（为北京2021年冬奥会输送电能）的使用，对其产品功能反映良好。随着国家电能输送和升级进程不断加速，该产品会得到更广泛应用。

参考文献：

［1］GB／T12706.1—2O20 额定电压1KV和3KV电缆［S］

［2］IEC 60502-1-2004 额定电压1KV和3KV电缆［S］

［3］黎阳 倪勇 两种屏蔽结构电缆的EMC性能对比研究［J 电线电缆 2017.3. 15-17

作者简介：薛 祥（1971-），男，工程师

作者地址：江苏省扬州市高邮市菱塘工业集中区［225652］

作者单位：扬州市金阳光电缆有限公司