專利名稱：一種直流110kV交聯(lián)聚乙烯絕緣單芯陸地電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及高壓直流電纜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直流IlOkV交聯(lián)聚乙烯絕緣單芯陸地電纜。
背景技術(shù)：
隨著直流輸電中所涉及關(guān)鍵技術(shù)問題在近年來逐漸得以解決，直流輸電相對(duì)于交流輸電的優(yōu)勢(shì)開始不斷顯現(xiàn)出來。直流輸電相比于交流輸電有如下優(yōu)點(diǎn)。1)輸送效率高，線路損失小。2)調(diào)節(jié)電流和改變功率傳遞方向方便。3)雖然換流設(shè)備比變壓器造價(jià)高，但直流線路用線比交流少，投資費(fèi)用少，對(duì)長距離線路直流比交流省錢。4)直流電纜的長度不受電容電流的限制，這對(duì)于過海峽、向海島輸電較為有利。5)直流輸電線路可作為兩種電網(wǎng)的聯(lián)接線，甚至兩種電網(wǎng)頻率不同時(shí)也可應(yīng)用， 它還能降低主干線與電網(wǎng)間的短路電流。6)直流線路的電暈無線電干擾小。直流輸電在全球電力系統(tǒng)中獲得大力發(fā)展，截止目前，充油電纜仍是高壓及超高壓直流電纜最可靠的型式。國內(nèi)已建成并投運(yùn)特高電壓等級(jí)直流架空輸電線路，尚沒有直流電纜線路的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。但在一些長距離電能傳輸、過江、跨海等應(yīng)用場(chǎng)合，已有直流電纜線路的實(shí)際需求被提上議事日程。隨著數(shù)千公里聚乙烯絕緣海底傳輸電纜的成功應(yīng)用，在19世紀(jì)50年代，聚乙烯絕緣電纜在直流海底高壓應(yīng)用中的潛力開始被認(rèn)識(shí)及研究，但是，聚乙烯及交聯(lián)聚乙烯直流電纜在極性反轉(zhuǎn)試驗(yàn)中容易被擊穿，這阻礙了它的商業(yè)應(yīng)用。通常認(rèn)為這是由于電纜絕緣中存在被捕獲的空間電荷。在19世紀(jì)90年代，新型絕緣材料和新的換流站的發(fā)展使得聚乙烯及交聯(lián)聚乙烯擠出絕緣型直流電纜無論是作為海底還是陸地使用都重新引起了商業(yè)方面的興趣。有公開發(fā)表的文獻(xiàn)資料顯示，通過對(duì)聚乙烯原材料摻雜納米顆粒等進(jìn)行改性，可有效改善其空間電荷問題，從而使得交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜可應(yīng)用于直流高壓/超高壓領(lǐng)域。目前，國際上已有幾家大型材料供應(yīng)商可大量提供中壓及高壓交聯(lián)聚乙烯直流電纜用聚乙烯料。從生產(chǎn)設(shè)備以及工藝要求上說，交聯(lián)聚乙烯絕緣直流電纜與交流電纜沒有本質(zhì)區(qū)另IJ。但是，由于在運(yùn)行時(shí)承受的電壓形式和幅度不一樣，絕緣特性差異十分顯著，交聯(lián)聚乙烯絕緣直流電纜的結(jié)構(gòu)尺寸和交流電纜是完全不同的，不能將交流電纜的結(jié)構(gòu)尺寸照搬用于直流電纜，需要在開展相應(yīng)的可靠性試驗(yàn)探索的基礎(chǔ)上，完成絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作，確定 XLPE直流電纜的結(jié)構(gòu)和尺寸。
發(fā)明內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種直流IlOkV交聯(lián)聚乙烯絕緣單芯陸地電纜，可承受IlOkV直流工作電壓，160kV極性反轉(zhuǎn)電壓以及 310kV直流電壓疊加暫態(tài)過電壓，從而可以應(yīng)用于IlOkV直流輸電線路長期可靠運(yùn)行，在正常工作、電流換向、操作以及雷電沖擊各種情況下保持絕緣的正常狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)安全供電。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案一種直流IlOkV交聯(lián)聚乙烯絕緣單芯陸地電纜，包括導(dǎo)體1，在導(dǎo)體1外包裹導(dǎo)體包帶2，在所述導(dǎo)體包帶2的外層采用三層共擠生產(chǎn)工藝，由里到外一次性擠包導(dǎo)體屏蔽3、 交聯(lián)聚乙烯絕緣4以及絕緣屏蔽5，包裹在絕緣屏蔽5外的阻水緩沖層6，擠包在阻水緩沖層6外的金屬護(hù)套7以及擠包在金屬護(hù)套7外的外護(hù)套8。所述導(dǎo)體1采用銅單線絞合緊壓而成，橫截面為圓形結(jié)構(gòu)，截面積為400mm2、 630mm2或800mm2，對(duì)應(yīng)的銅線直徑與數(shù)量分別為3. Omm X 60、3. 75mm X 60或3. 52mm X 89，對(duì)應(yīng)的線芯外徑分別為23. 8mm,30. Omm或34. 0mm。所述導(dǎo)體包帶2材料為半導(dǎo)電尼龍帶，厚度為0. 14 0. 16mm。所述導(dǎo)體屏蔽3和絕緣屏蔽5的材料為半導(dǎo)電的超光滑直流屏蔽料，厚度均為 1. Omm0所述交聯(lián)聚乙烯絕緣4采用1 IOkV級(jí)直流電纜用超凈交聯(lián)聚乙烯絕緣料連續(xù)擠出成型，厚度10. 0mm。所述阻水緩沖層6由具有半導(dǎo)電特性的吸水膨脹帶繞包而成，阻水緩沖層的厚度為 2. Omm0所述金屬護(hù)套7材料為鋁，金屬護(hù)套采用鋁擠出后壓制波紋的形式制成，金屬護(hù)套7厚度為2. Omm,波紋高度為4. 0 4. 5mm。所述外護(hù)套8采用聚乙烯材料連續(xù)擠出成型，厚度為3. 5mm。為了在IlOkV直流電壓下、陸地敷設(shè)環(huán)境中長期可靠運(yùn)行，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，應(yīng)用銅作為導(dǎo)體、交聯(lián)聚乙烯為主絕緣、皺紋鋁為金屬護(hù)套，聚乙烯為外護(hù)套構(gòu)成主要功能層的整體結(jié)構(gòu)，具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)選擇銅為導(dǎo)體材料，通流容量大；(2)導(dǎo)體外繞包半導(dǎo)電尼龍帶，防止導(dǎo)體屏蔽擠出時(shí)滲入單線縫隙，以節(jié)約材料， 降低成本；(3)應(yīng)用導(dǎo)體屏蔽和絕緣屏蔽有效改善電場(chǎng)，防止發(fā)生局部放電，提高電氣性能； 以交聯(lián)聚乙烯直流絕緣料生產(chǎn)電纜的主絕緣，厚度為10. 0mm，既可滿足長期直流工作電壓的需要，同時(shí)能夠承受極性反轉(zhuǎn)以及直流疊加暫態(tài)過電壓對(duì)絕緣的要求，而且，防止絕緣過厚導(dǎo)致的原材料浪費(fèi)、電纜外徑大、運(yùn)輸以及敷設(shè)安裝困難等問題；交聯(lián)聚乙烯主絕緣與導(dǎo)體屏蔽、絕緣屏蔽三層共同擠出，以提高絕緣電纜的性能；導(dǎo)體屏蔽和絕緣屏蔽采用超光滑直流屏蔽料，可提供絕緣材料與屏蔽材料之間的超光滑界面，這是確保電纜長期性能可靠性的重要因素；而交聯(lián)聚乙烯絕緣采用超凈料，可最大程度地減少空間電荷的積聚，大大提高直流電纜的電性能；(4)采用2. Omm厚度的阻水緩沖層，具有吸水膨脹特性，可防止水分沿電纜軸向滲透，同時(shí)保護(hù)電纜絕緣免受金屬護(hù)套擠出過程中的高溫燙傷以及壓制波紋時(shí)的機(jī)械力損傷，此外，該層具有半導(dǎo)電特性，通過它可實(shí)現(xiàn)金屬護(hù)套與絕緣屏蔽的有效電接觸，防止出現(xiàn)由局部電場(chǎng)集中引起的局部放電；[0028](5)采用皺紋鋁護(hù)套作為電纜的金屬護(hù)層，并采用整體擠出后壓制波紋的工藝，厚度為2. 0mm，波高為4. 0 4. 5mm，可承受安裝敷設(shè)以及運(yùn)行時(shí)的機(jī)械力作用，同時(shí)還可起到徑向防水的功能，并可提供較小的彎曲半徑和較好的防腐蝕性能，適應(yīng)陸地敷設(shè)的需要；(6)采用聚乙烯護(hù)套作為電纜的外護(hù)層，厚度為3. 5mm，可有效防水并保護(hù)金屬護(hù)套免受環(huán)境電化學(xué)腐蝕。和相同電壓等級(jí)的IlOkV交流交聯(lián)聚乙烯電纜相比，本實(shí)用新型直流IlOkV交聯(lián)聚乙烯單芯電纜絕緣較薄，電纜外徑減小，不但節(jié)約了原材料，且對(duì)于電纜的生產(chǎn)、運(yùn)輸、敷設(shè)都非常有利；并且，相同情況下直流線路的傳輸容量比交流線路有顯著增加，輸送效率高，線路損失??；此外，直流線路的長期運(yùn)行性能相比于交流線路通常有較大提升。

圖1為本實(shí)用新型電纜徑向結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型電纜軸向結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型電纜在土壤中直埋敷設(shè)的示意圖。圖4為本實(shí)用新型電纜在隧道中敷設(shè)的示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作更詳細(xì)的說明。如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型為一種直流IlOkV交聯(lián)聚乙烯絕緣單芯陸地電纜，包括導(dǎo)體1，在導(dǎo)體1外包裹導(dǎo)體包帶2，在所述導(dǎo)體包帶2的外層采用三層共擠生產(chǎn)工藝，由里到外一次性擠包導(dǎo)體屏蔽3、交聯(lián)聚乙烯絕緣4以及絕緣屏蔽5，包裹在絕緣屏蔽5外的阻水緩沖層6，擠包在阻水緩沖層6外的金屬護(hù)套7以及擠包在金屬護(hù)套7外的外護(hù)套8。所述導(dǎo)體1采用銅單線絞合緊壓而成，橫截面為圓形結(jié)構(gòu)，截面積為400mm2、 630mm2或800mm2，對(duì)應(yīng)的銅線直徑與數(shù)量分別為3. Omm X 60、3. 75mm X 60或3. 52mm X 89，對(duì)應(yīng)的線芯外徑分別為23. 8mm,30. Omm或34. 0mm。所述導(dǎo)體包帶2材料為半導(dǎo)電尼龍帶，厚度為0. 14 0. 16mm。所述導(dǎo)體屏蔽3和絕緣屏蔽5的材料為半導(dǎo)電的超光滑直流屏蔽料，厚度均為 1. Omm0所述交聯(lián)聚乙烯絕緣4采用1 IOkV級(jí)直流電纜用超凈交聯(lián)聚乙烯絕緣料連續(xù)擠出成型而成，厚度為10. 0mm。所述阻水緩沖層6由具有半導(dǎo)電特性的吸水膨脹帶繞包而成，阻水緩沖層的厚度為 2. Omm0所述金屬護(hù)套7材料為鋁，金屬護(hù)套采用鋁擠出后壓制波紋的形式制成，金屬護(hù)套7厚度為2. Omm,波紋高度為4. 0 4. 5mm。所述外護(hù)套8采用聚乙烯材料連續(xù)擠出成型，厚度為3. 5mm。如圖3所示，將電纜直接埋設(shè)于地下進(jìn)行敷設(shè)的方式，既簡單又經(jīng)濟(jì)，使用非常廣泛。電纜直埋敷設(shè)的一般步驟是首先在設(shè)計(jì)位置開挖電纜溝，要求其深度、寬度和拐角處的彎曲半徑滿足電纜線路的敷設(shè)要求，電纜溝挖好并驗(yàn)收合格后，在溝底鋪上IOOmm厚的沙土，并敷設(shè)電纜9。各種電纜敷設(shè)于同一溝時(shí)，高壓電纜位于最底層，低壓電纜在最上層，各種電纜之間用50 IOOmm厚的細(xì)沙10隔開。所有電纜敷設(shè)完成并在溝內(nèi)擺放整齊以后，在最上層電纜上覆以IOOmm厚的細(xì)沙或軟土層，然后蓋上預(yù)制的混凝土保護(hù)蓋板11， 以對(duì)電纜提供一定的機(jī)械保護(hù)，防止外力損傷；在不易受到機(jī)械損傷的地段也可鋪磚代替蓋板，之后，開始對(duì)電纜溝進(jìn)行回填，回填土?xí)r，應(yīng)注意去除大石塊和其他雜物，并且每回填 200 300mm夯實(shí)一次，最后在地面上堆高100 200mm，以防松土沉落形成深溝，在有要求的情況下，平整地面，最后，在規(guī)定的地點(diǎn)埋設(shè)標(biāo)樁，至此，電纜直埋敷設(shè)完畢。如圖4所示，將電纜在隧道中進(jìn)行敷設(shè)的方式適用于電纜線路高度密集地段或路徑難度較大的區(qū)段，目前在大中型城市以及跨江、過海的場(chǎng)合應(yīng)用較多。電纜隧道通常為圓形或方形，隧道壁采用鋼筋混凝土加固，支架安裝角鋼14固定在隧道壁上，角鋼支架13固定在支架安裝角鋼14上，電纜敷設(shè)于角鋼支架13上，每隔一段距離采用夾具或綁繩進(jìn)行有效固定。在隧道中，通常按照從上往下的順序布置交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜12，充油電纜16， 通信、動(dòng)力、照明電源電纜17，在充油電纜16外加裝防火槽盒15以提高其防火性能。為了方便運(yùn)行維護(hù)人員在隧道中進(jìn)行敷設(shè)安裝、巡視檢查等工作，在隧道頂部配置照明燈配線管18，并安裝防潮型熒光燈19，以提供有效照明。本實(shí)用新型的工作原理是電纜敷設(shè)完成后，首端與整流器件相連，而末端與逆變器件相連，直流電流從電纜的銅線芯導(dǎo)體中通過，而直流電壓施加在電纜的交聯(lián)聚乙烯絕緣上，電能從電纜首端傳送到末端。
權(quán)利要求1.一種直流IIOkV交聯(lián)聚乙烯絕緣單芯陸地電纜，包括導(dǎo)體(1)，其特征在于在導(dǎo)體 (1)外包裹導(dǎo)體包帶O)，在所述導(dǎo)體包帶O)的外層采用三層共擠生產(chǎn)工藝，由里到外一次性擠包導(dǎo)體屏蔽(3)、交聯(lián)聚乙烯絕緣以及絕緣屏蔽(5)，包裹在絕緣屏蔽(5)外的阻水緩沖層(6)，擠包在阻水緩沖層(6)外的金屬護(hù)套(7)以及擠包在金屬護(hù)套(7)外的外護(hù)套⑶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜，其特征在于所述導(dǎo)體(1)采用銅單線絞合緊壓而成，橫截面為圓形結(jié)構(gòu)，截面積為400mm2、630mm2或800mm2，對(duì)應(yīng)的銅線直徑與數(shù)量分別為 3. OmmX 60、3. 75mmX60 或 3. 52mmX 89，對(duì)應(yīng)的線芯外徑分別為 23. 8mm,30. Omm 或 34. 0mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜，其特征在于所述導(dǎo)體包帶( 材料為半導(dǎo)電尼龍帶， 厚度為0. 14 0. 16mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜，其特征在于所述導(dǎo)體屏蔽(3)和絕緣屏蔽(5)的材料為半導(dǎo)電的超光滑直流屏蔽料，厚度均為1.0mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜，其特征在于所述交聯(lián)聚乙烯絕緣(4)采用IlOkV級(jí)直流電纜用超凈交聯(lián)聚乙烯絕緣料連續(xù)擠出成型而成，厚度為10. 0mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜，其特征在于所述阻水緩沖層(6)由具有半導(dǎo)電特性的吸水膨脹帶繞包而成，阻水緩沖層(6)的厚度為2.0mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜，其特征在于所述金屬護(hù)套(7)材料為鋁，金屬護(hù)套采用鋁擠出后壓制波紋的形式制成，金屬護(hù)套(7)厚度為2. 0mm，波紋高度為4. 0 4. 5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜，其特征在于所述外護(hù)套(8)采用聚乙烯材料連續(xù)擠出成型，厚度為3. 5mm。
專利摘要一種直流110kV交聯(lián)聚乙烯絕緣單芯陸地電纜，包括導(dǎo)體，在導(dǎo)體外包裹導(dǎo)體包帶，在所述導(dǎo)體包帶的外層采用三層共擠生產(chǎn)工藝，由里到外一次性擠包導(dǎo)體屏蔽、交聯(lián)聚乙烯絕緣以及絕緣屏蔽，包裹在絕緣屏蔽外的阻水緩沖層，擠包在阻水緩沖層外的金屬護(hù)套以及擠包在金屬護(hù)套外的外護(hù)套；本實(shí)用新型可承受110kV直流工作電壓，160kV極性反轉(zhuǎn)電壓以及310kV直流電壓疊加暫態(tài)過電壓，從而可以應(yīng)用于110kV直流輸電線路長期可靠運(yùn)行，在正常工作、電流換向、開關(guān)操作以及雷電沖擊各種情況下保持絕緣的正常狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)安全供電，并提供MW級(jí)的傳輸容量；同時(shí)，電纜可承受運(yùn)輸、敷設(shè)、運(yùn)行中的各種機(jī)械力以及周圍環(huán)境的作用，滿足陸地敷設(shè)及長期運(yùn)行的需要。
文檔編號(hào)H01B7/28GK202221672SQ20112028024
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者劉 英, 吳麗芳, 曹曉瓏, 朱華英, 趙文明, 鐘力生 申請(qǐng)人:無錫江南電纜有限公司, 西安交通大學(xué)