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(jiàn)電壓等級(jí)為6-35kV。
與傳統(tǒng)電力電纜相比，具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
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(wàn)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)量小；
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(chǎng)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(lái)，管狀導(dǎo)體電力電纜廣泛應(yīng)用于我國(guó)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(jí)也從剛開(kāi)始的低壓開(kāi)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(guó)。
我國(guó)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(lái)看，主要存在固體材料長(zhǎng)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(cè)、中間連接和終端場(chǎng)強(qiáng)控制研究等絕緣問(wèn)題。這些問(wèn)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(kāi)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(wú)開(kāi)斷滅弧要求，制造相對(duì)簡(jiǎn)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(jiǎn)化電站和變電站接線，設(shè)計(jì)使用壽命50年以上，在國(guó)外有近40年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，世界安裝總長(zhǎng)度超過(guò)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(wàn)A。電容比常規(guī)高壓電纜小很多，即使長(zhǎng)距離輸電也不需要無(wú)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(duì)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(lái)，歐美地區(qū)將GIL實(shí)用投資。1972年世界上頭次交流GIL美國(guó)新澤西州的輸電系統(tǒng)Hudson 電廠建成(242kV,1600A)。1975年德國(guó)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(guó)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(jí)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(zhǎng)約5.8km, 雙回六相總長(zhǎng)度近355km, 電壓等級(jí)和總長(zhǎng)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(zhǎng)期工作溫度。XLPE材料也帶來(lái)了負(fù)面影響。除了難以回收和回收外，交聯(lián)過(guò)程和脫氣過(guò)程也導(dǎo)致電纜生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)、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(lái)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(zhǎng)度等方面具有優(yōu)勢(shì)。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(kāi)始熱塑性PP材料的開(kāi)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(wàn)公里的電纜投入運(yùn)行。近年來(lái)，歐洲的改性PP用作高壓直流電纜的過(guò)程明顯加快，320kV、525kV和600kV的改性聚丙烯絕緣直流電纜通過(guò)了型式試驗(yàn)。我國(guó)也研制出改性PP絕緣中壓交流電纜通過(guò)型式試驗(yàn)投入工程示范應(yīng)用，探索電壓等級(jí)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(duì)于大城市或大電流連接場(chǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(chǎng)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成電磁污染。超導(dǎo)電纜可以通過(guò)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(lái)，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(guó)、歐洲、日本、中國(guó)、韓國(guó)等地區(qū)都開(kāi)展了高溫超導(dǎo)電纜的研究和應(yīng)用。自2000年以來(lái)，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(guò)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(lái)，美國(guó)、日本、韓國(guó)、中國(guó)、德國(guó)等地區(qū)開(kāi)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(guó)，中國(guó)科學(xué)院電氣工程研究所、云電英納、上海電纜研究所、中國(guó)電力科學(xué)院等單位開(kāi)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(guó)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(guó)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(guò)了中國(guó)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(zhǎng)的路要走，包括超導(dǎo)電纜系統(tǒng)的開(kāi)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(píng)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(píng)價(jià)來(lái)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(guó)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(jí)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(zhǎng)度電纜及附件制造由華夏內(nèi)企業(yè)完成（其中，大長(zhǎng)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(guó)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(zhǎng)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(guó)頭一家由江蘇中天科技海纜公司制造的電纜和長(zhǎng)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(cè)基地/上海電纜檢測(cè)基地有限公司（以下簡(jiǎn)稱華夏電纜檢測(cè)）通過(guò)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(zhǎng)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(zhǎng))電壓等級(jí)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(zhǎng)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(yíng)，隧道兩次1萬(wàn)次kV GIL管道單相長(zhǎng)度5.8km，雙回六相總長(zhǎng)近35km，世界上極高的工程電壓等級(jí)和總長(zhǎng)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。
