新技術(shù)、新產(chǎn)品、新應(yīng)用
1.管狀導(dǎo)體電力電纜
管狀導(dǎo)體電力電纜是一種載流設(shè)備，導(dǎo)體為銅或鋁金屬圓管，外包絕緣，外包接地金屬屏蔽層。常見電壓等級為6-35kV。
與傳統(tǒng)電力電纜相比，具有以下技術(shù)優(yōu)勢：
1)導(dǎo)體為管狀，截面積大，散熱好，載流量大(常規(guī)設(shè)備單根載流量可達(dá)7萬A), 同時(shí)機(jī)械性能好。
2)外包固體絕緣，屏蔽接地，安全，節(jié)省空間，維護(hù)量??；
3)外層可設(shè)置盔甲和護(hù)套，耐候性好。
管狀導(dǎo)體電纜適用于現(xiàn)代電力發(fā)展中大容量、緊湊、短距離固定安裝線路的需要。管狀導(dǎo)體電纜具有載流量大、節(jié)省空間、耐候性強(qiáng)、安全、安裝方便、維護(hù)方便等突出的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，可在特定的應(yīng)用場景中取代傳統(tǒng)的電力電纜GIL等，成為重載連接設(shè)計(jì)的選擇。
近年來，管狀導(dǎo)體電力電纜廣泛應(yīng)用于我國新型智能變電站、 大型光伏、 風(fēng)電、 核電工程、石油、鋼鐵、化工、電氣化鐵路、城市軌道交通等領(lǐng)域。電壓等級也從剛開始的低壓開始進(jìn)入高壓領(lǐng)域。制造商已經(jīng)從幾家歐美制造商增加到幾十家，主要集中在中國。
我國管狀導(dǎo)體電力電纜的絕緣分為環(huán)氧浸漬紙澆注、 硅橡膠擠壓包裝、 三元乙丙橡膠擠壓包裝、 聚酯薄膜包裝等形式。從目前的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來看，主要存在固體材料長期性能及其絕緣厚度選擇、固體絕緣缺陷發(fā)展機(jī)制和檢測、中間連接和終端場強(qiáng)控制研究等絕緣問題。這些問題與傳統(tǒng)的擠壓絕緣電力電纜非常相似。
2.氣體絕緣電纜(GIL)氣體絕緣金屬封閉輸電線路(Gas Insulated transmission Lines, GIL) 是一種采用SF6 氣體或SF6與N2 混合氣體絕緣、外殼與導(dǎo)體同軸布置的高壓、 大電流電力傳輸設(shè)備。導(dǎo)體采用鋁合金管， 外殼采用鋁合金卷板密封。GIL類似于氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(Gas Insulated metal-enclosure Switchgear , GIS)放置在中同軸的管道母線。GIS相比，GIL無開斷滅弧要求，制造相對簡單，可選擇不同壁厚、 直徑和絕緣氣體， 能更經(jīng)濟(jì)地滿足不同要求。SF6是世界上逐漸采用的強(qiáng)溫室氣體SF6-N二是替代混合氣體。GIL安裝維護(hù)方便，故障率低，維護(hù)工作少，可簡化電站和變電站接線，設(shè)計(jì)使用壽命50年以上，在國外有近40年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，世界安裝總長度超過300年km。GIL具有以下技術(shù)特點(diǎn):1)實(shí)現(xiàn)大容量傳輸，載流量高，最高可達(dá)8萬A。電容比常規(guī)高壓電纜小很多，即使長距離輸電也不需要無功補(bǔ)償，線路損耗低于常規(guī)高壓電纜和架空線路。2） 安全運(yùn)行可靠性高，采用金屬封閉剛性結(jié)構(gòu)和管道密封絕緣。與架空線路相比，一般不受惡劣氣候等環(huán)境因素的影響。3）與周圍環(huán)境友好相處，對環(huán)境電磁的影響很低。與架空線路和傳統(tǒng)高壓電纜相比，GIL成本高。一般使用條件如下:電壓72.5kV及以上輸電電路；傳統(tǒng)高壓電纜、架空線路不能滿足輸送要求時(shí)，輸送容量大的電路；環(huán)境要求高的地方，如高落差垂直井或斜井。自20世紀(jì)70年代以來，歐美地區(qū)將GIL實(shí)用投資。1972年世界上頭次交流GIL美國新澤西州的輸電系統(tǒng)Hudson 電廠建成(242kV,1600A)。1975年德國Wehr抽水蓄能電站是歐洲頭個(gè)GIL輸電工程( 420kV, 2500A)。本世紀(jì)，中國啟動(dòng)了小灣水電站、溪洛渡水電站、向家壩水電站、拉西瓦水電站等大量大型水電站項(xiàng)目。這些水電工程機(jī)組容量巨大，大多采用地下廠房布置，GIL線路電壓等級選擇500，成為進(jìn)出線的主要方式之一kV甚至8OOkV。2019年9月，蘇通GIL綜合管廊工程正式投產(chǎn)，標(biāo)志著華東特高壓交流雙環(huán)網(wǎng)正式形成。隧道內(nèi)雙回lOOOkV GIL管道單相長約5.8km, 雙回六相總長度近355km, 電壓等級和總長度是世界上極高的。
3.熱塑性聚丙烯絕緣電纜（PP）
當(dāng)今中高壓交流電力電纜基本采用交聯(lián)聚乙烯（XLPE）絕緣，利用其優(yōu)異的熱力學(xué)性能，具有較高的長期工作溫度。XLPE材料也帶來了負(fù)面影響。除了難以回收和回收外，交聯(lián)過程和脫氣過程也導(dǎo)致電纜生產(chǎn)時(shí)間長、成本高。交聯(lián)后的極性副產(chǎn)品，如枯基醇和苯乙酮，會(huì)增加介電常數(shù)，增加交流電纜的電容，從而增加輸電損耗。如果用于直流電纜，交聯(lián)副產(chǎn)品將成為直流電壓下空間電荷產(chǎn)生和聚集的重要來源，嚴(yán)重影響直流電纜的使用壽命。熱塑性聚丙烯（PP）它具有絕緣性能優(yōu)異、耐溫性高、可塑性回收利用等特點(diǎn)。改性后的熱塑性聚丙烯克服了高結(jié)晶、耐低溫、柔韌性差等缺陷，在優(yōu)化電纜加工工藝、降低成本、提高生產(chǎn)率、提高電纜擠出長度等方面具有優(yōu)勢。節(jié)省了交聯(lián)和脫氣環(huán)節(jié)，生產(chǎn)時(shí)間僅為XLPE由于極性成分含量的降低，絕緣電纜的20%左右將成為高壓直流電纜絕緣的潛在選擇。本世紀(jì)，歐洲電纜制造商和材料制造商開始熱塑性PP材料的開發(fā)和商業(yè)化逐漸應(yīng)用于中高壓電力電纜線路。目前，中壓PP歐洲已有數(shù)萬公里的電纜投入運(yùn)行。近年來，歐洲的改性PP用作高壓直流電纜的過程明顯加快，320kV、525kV和600kV的改性聚丙烯絕緣直流電纜通過了型式試驗(yàn)。我國也研制出改性PP絕緣中壓交流電纜通過型式試驗(yàn)投入工程示范應(yīng)用，探索電壓等級較高的產(chǎn)品，在標(biāo)準(zhǔn)化和工程實(shí)用性方面也在進(jìn)行中。
4.高溫超導(dǎo)電纜
對于大城市或大電流連接場合，輸電密度和安全要求極高，輸電走廊和空間有限。超導(dǎo)材料的技術(shù)進(jìn)步使超導(dǎo)輸電技術(shù)成為項(xiàng)目的可能選擇。利用現(xiàn)有的電纜通道，用高溫超導(dǎo)電纜取代現(xiàn)有的電力電纜，可以增加輸電容量，很好地解決負(fù)荷增長與輸電空間有限之間的矛盾。
超導(dǎo)電纜輸電導(dǎo)體為超導(dǎo)材料，在正常工作狀態(tài)下輸電密度大，阻抗很低當(dāng)電網(wǎng)短路故障，傳輸電流大于超導(dǎo)材料臨界電流時(shí)，超導(dǎo)材料失去超導(dǎo)能力，超導(dǎo)電纜阻抗遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)銅導(dǎo)體；故障排除后，超導(dǎo)電纜將恢復(fù)正常工作狀態(tài)下的超導(dǎo)能力。如果采用高溫超導(dǎo)電纜取代傳統(tǒng)電纜，可有效降低電網(wǎng)故障電流水平，超導(dǎo)電纜限制故障電流能力與電纜長度成正比，大規(guī)模超導(dǎo)電纜不僅可以提高電網(wǎng)輸電容量，減少電網(wǎng)傳輸損失，還可以提高內(nèi)部故障電流限制能力，提高整個(gè)電網(wǎng)的安全可靠水平。
在線路損耗方面，超導(dǎo)電纜的損耗主要包括導(dǎo)體交流損耗和絕緣管、電纜終端、制冷系統(tǒng)漏熱損耗和液氮克服循環(huán)阻力損耗。在綜合制冷系統(tǒng)效率下，高溫超導(dǎo)電纜在傳輸相同容量時(shí)的運(yùn)行損耗約為傳統(tǒng)電纜的50%~60%。低溫絕緣超導(dǎo)電纜具有良好的電磁屏蔽功能，理論上可以完全屏蔽電纜導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁場，不會(huì)對環(huán)境造成電磁污染。超導(dǎo)電纜可以通過地下排水管等密集的方式敷設(shè)，不僅不會(huì)影響周圍電力設(shè)備的運(yùn)行，而且使用不可燃液氮作為制冷劑，也肅清了火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。
自20世紀(jì)90年代以來，高溫超導(dǎo)帶材制備技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了世界超導(dǎo)輸電技術(shù)的研發(fā)熱潮。美國、歐洲、日本、中國、韓國等地區(qū)都開展了高溫超導(dǎo)電纜的研究和應(yīng)用。自2000年以來，高溫超導(dǎo)電纜的研究主要集中在交流電纜上，電纜的主要絕緣主要是冷絕緣形式。目前，高溫超導(dǎo)電纜已基本完成實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證階段，并逐步進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用。
在世界上，高溫超導(dǎo)電纜的研發(fā)過程可分為三個(gè)階段。首先，它經(jīng)歷了高溫超導(dǎo)電纜技術(shù)的初步探索階段，其次是低溫低溫（CD）絕緣高溫超導(dǎo)電纜的研發(fā)已進(jìn)入CD絕緣高溫超導(dǎo)電纜示范工程應(yīng)用研究階段。近十年來，美國、日本、韓國、中國、德國等地區(qū)開展了許多工作CD絕緣高溫超導(dǎo)電纜示范應(yīng)用項(xiàng)目。CD絕緣高溫超導(dǎo)電纜主要有單芯、三芯和三相同軸。
在中國，中國科學(xué)院電氣工程研究所、云電英納、上海電纜研究所、中國電力科學(xué)院等單位開展了超導(dǎo)電纜的研發(fā)，取得了巨大成果。其中，上海電纜研究所于2010年完成了中國頭個(gè) 30m、35kV/2000A CD絕緣單芯超導(dǎo)電纜型式試驗(yàn)，于2012年12月完成了寶鋼超導(dǎo)電纜示范項(xiàng)目35kV/2kA 50m超導(dǎo)電纜系統(tǒng)的安裝、試驗(yàn)和投入運(yùn)行。該線路是中國頭條低溫絕緣高溫超導(dǎo)電纜，也是世界上同等電壓中負(fù)載電流很大的CD絕緣高溫超導(dǎo)電纜線路。
2019年10月，上海電纜研究所通過了中國頭個(gè)35kV/2.2kA CD絕緣三芯超導(dǎo)電纜系統(tǒng)型式試驗(yàn)為后續(xù)示范工程建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。由上海電纜研究所領(lǐng)導(dǎo)的上海超導(dǎo)電纜系統(tǒng)示范工程正在進(jìn)行中。預(yù)計(jì)將于2020年底完成并投入運(yùn)行。然而，超導(dǎo)電纜的推廣和應(yīng)用還有很長的路要走，包括超導(dǎo)電纜系統(tǒng)的開發(fā)和試驗(yàn)研究、系統(tǒng)工程應(yīng)用技術(shù)研究、系統(tǒng)運(yùn)行可靠性研究、系統(tǒng)全壽命周期成本。
總體評價(jià)和發(fā)展建議
電力電纜，特別是高壓和超高壓電力電纜領(lǐng)域的技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量和工程應(yīng)用，在某種程度上代表了一個(gè)地區(qū)電纜行業(yè)的整體水平和工業(yè)能力。十三五期間，在電力工程建設(shè)快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的大力推動(dòng)下，電力電纜領(lǐng)域取得了明顯的技術(shù)進(jìn)步和明顯的工程成果。從制造技術(shù)、制造能力和工程應(yīng)用評價(jià)來看，已達(dá)到世界領(lǐng)頭水平，部分處于世界領(lǐng)頭水平。
1.超高壓電力電纜及城市電網(wǎng)工程應(yīng)用
中國頭一次次自制交流500kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜及其烯絕緣電力電纜及其附件(電纜由青島漢纜有限公司制造，附件由江蘇安靠電纜附件有限公司提供)kV電纜工程建設(shè)是世界上電壓水平極高的城市電纜線路。運(yùn)行正常，為區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。
2.超高壓交流海底電纜及其工程應(yīng)用
舟山5000，2019年建成投產(chǎn)kV聯(lián)網(wǎng)輸變電工程是世界上制造和應(yīng)用電壓等級極高的交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜跨海聯(lián)網(wǎng)工程。大長度電纜及附件制造由華夏內(nèi)企業(yè)完成（其中，大長度海底電纜由江蘇中天海底電纜公司、恒通高壓電纜公司、寧波東方電纜公司制造，電纜終端由特殊變電器制作），反映了中國超高壓海底電纜及其附件的技術(shù)水平和制造能力。
3.超高壓直流電纜及其工程應(yīng)用
江蘇如東三峽集團(tuán)建設(shè)海上風(fēng)力發(fā)電工程，輸電容量1100MW，采用±400kV海底直流電纜系統(tǒng)，單根電纜長度將達(dá)到100km，電纜將由江蘇中天科技海纜公司提供，計(jì)劃于2021年竣工送電。到目前為止，中國頭一家由江蘇中天科技海纜公司制造的電纜和長沙電工科技公司制造的電纜附件±400kV海底直流電纜系統(tǒng)已在華夏電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢測基地/上海電纜檢測基地有限公司（以下簡稱華夏電纜檢測）通過型式試驗(yàn)，目前已進(jìn)入生產(chǎn)階段。
為配合2022年在北京張家口舉辦的世界冬季奧運(yùn)會(huì)，張北由華夏電網(wǎng)公司建設(shè)±500kV柔性直流輸電工程規(guī)劃建設(shè)長度約為500m的±500kV柔性直流電纜示范全由華夏內(nèi)企業(yè)制造，包括電纜絕緣和屏蔽材料。這項(xiàng)工作正在進(jìn)行中。
4.超導(dǎo)電纜及其工程應(yīng)用
上海市超導(dǎo)電纜系統(tǒng)示范工程由上海電纜研究所制造建設(shè)，預(yù)計(jì)2020年底竣工投入運(yùn)行。工程建設(shè)需要12000m三芯超導(dǎo)電纜(目前世界上極長)電壓等級為35kV/2200A總體而言，額定電流達(dá)到世界領(lǐng)頭水平，核心指標(biāo)處于世界領(lǐng)頭水平。
5.特高壓氣體絕緣電纜（GIL）及其工程應(yīng)用
在江蘇穿越長江江底的蘇通，華東特高壓交流雙環(huán)網(wǎng)輸電工程GIL2019年9月，綜合管廊工程正式投入運(yùn)營，隧道兩次1萬次kV GIL管道單相長度5.8km，雙回六相總長近35km，世界上極高的工程電壓等級和總長度。特高壓氣體絕緣電纜（GIL）該系統(tǒng)由華夏內(nèi)制造企業(yè)和工程建設(shè)者共同完成。
