国产高压XLPE绝缘料在110 kV电缆上的应用

蔡建超，陈文卿

(浙江万马高分子材料有限公司，浙江临安311305)

0 引言

自从40多年前交联聚乙烯(XLPE)首次作为电力电缆绝缘后，XLPE电缆料的用量逐年快速增加，随着电缆电压等级逐步提高，对XLPE电缆料质量的要求也相应提高。上世纪80年代我国已实现了35 kV及以下中压电缆XLPE绝缘料的国产化，但至今高压电缆绝缘料仍全部依赖进口。中压和高压电缆料在一般介电和机械性能方面没有显著差别，但在特定性能方面，如杂质尺寸、浓度、挥发性物质、挤出口膨胀率、加工对融指的影响、高温老化和挤出表面质量等差别明显［1］。高压XLPE电缆的工作电场强度高，树枝化和电老化是绝缘击穿的主要原因［2］，杂质引起绝缘中局部电场倍增，形成树枝化的引发点，也会引起局部材料疲劳产生微孔。XLPE挤出表面粗糙易导致半导体屏蔽层表面不光滑，形成表面电场集中。绝缘中挥发性物质含量高是形成微孔的主要原因，在保证交联度情况下降低交联剂用量十分重要。控制杂质的大小和浓度是开发高压XLPE 电缆料的关键［3-4］。

我公司经数年努力，协助化工单位开发了适用于高压XLPE电缆料的基础树脂，引进超净生产线和在线、离线杂质测量仪，建成超净厂房，改性基础树脂，采用后吸法生产工艺，成功开发了国产YJ-110 高压 XLPE 电缆料［1］。

为了检验YJ-110电缆料的加工工艺性能和电缆成品的质量，使用国产YJ-110高压电缆绝缘料和进口绝缘料分别试制了两根型号为YJLW03 64/110 1×630的XLPE电力电缆，在同一生产线上，使用相同的内外半导电屏蔽料，在相同的工艺温度下，观测三层共挤挤塑机工作参数与时间的关系，对比挤塑性能。最后，两根电缆在武汉高压研究院按国家标准［5］进行了全性能的对比试验，试验结果表明，国产高压电缆绝缘料已经完全达到国外进口高压绝缘料的水平，达到了大规模生产和推广的要求。

1 电缆的生产设备与材料

(1)生产设备

芬兰麦拉菲尔(maillefer)公司生产的立塔高压电缆生产线。

(2)原材料

1)电缆A绝缘:进口110 kV XLPE绝缘料;电缆B绝缘:浙江万马高分子材料有限公司生产的YJ-110高压XLPE绝缘料;

2)半导电内屏蔽料:日本NUC公司的NUCV 9563屏蔽料;

3)半导电外屏蔽料:美国DOW公司生产的HFDB 0586屏蔽料。

2 工艺参数的设定

(1)三层共挤挤塑机温度的设定。三螺杆不同区域的温度见表1。表1中，Z1～Z8是三台挤塑机的温控区，H1和H2分别是三层共挤的机头上下电加热圈处设定的温度，TU4是螺杆S2芯中通恒温循环水的温度，三层共挤机头的温度都是123℃。

表1 三螺杆上各温区的设定温度 (单位:℃)

(2)6节硫化管道，每节6 m，每节硫化管的温度见表2。

(3)导体前置预热温度90℃，导体后置加热温度150℃。

(4)导体运行线速度1.52 m/min。

表2 氮气压力10bar下硫化管道温度 (单位:℃)

3 三层共挤参数的记录

为了对比绝缘料A(进口超高压绝缘料)与绝缘料B(万马YJ-110高压XLPE绝缘料)的加工工艺性能，在所有工艺温度参数不变的情况下，记录 200挤塑机运行参数的波动，观测其电流、转速、压力、转速、绝缘厚度和绝缘偏心值随时间波动的关系(见图1)，图中，1为电流(A);2为压力(MPa);3为绝缘厚度;4为转速(rpm);5为偏心(mm)，上述数据每5 min采样一次。

从图1中可见，连续生产5h各参数均非常稳定，波动范围较小。两种绝缘料A和B在挤塑过程中，各参数随时间的数值变化列于表3中。

从表3数据可见，使用国产的绝缘料B，主机转速要稍微快些，但是电流反而小些，可能和粒子大小有关，影响喂料量。连续开机5h，挤出压力前后变化均为0.3 MPa，两种料的挤塑性能基本一致。通过偏心测试仪记录的数据可得出，绝缘厚度在5h内绝缘料A比绝缘料B厚度波动要稍大，而偏心值要稍小，总体来说两者之间无明显的差异，说明绝缘料B可以适应该高压料挤出工艺性能要求，并且非常稳定。

图1 挤塑机运行参数随时间的变化

4 电缆性能的检测

两种绝缘料生产的成品电缆，送武汉高压研究院进行了全面性能的测量。

(1)局部放电测量

两种绝缘电缆的局放测量结果见表4。

表4 两种绝缘电缆的局部放电测量结果

从表4可见，两种绝缘电缆的局部放电试验结果均符合标准要求，用绝缘料A生产的电缆的局部放电量略微小些。

(2)冲击电压试验

试验条件:环境温度9.5℃，相对湿度50%，大气压0.1012 MPa。

电缆先经正负极性冲击电压试验各10次，随后再做工频耐压试验，试验结果见表5。

表5 电缆的冲击电压和交流耐压试验

(3)绝缘的老化性能

绝缘老化前后的机械性能见表6。

从表6可见，绝缘A与绝缘B的机械性能相当，老化前抗张强度和断裂伸长率分别都比标准要求值大一倍和两倍，老化后两者的变化率都比标准要求值小得多。

(4)电缆绝缘中微孔和杂质检测

绝缘中微孔和杂质的检测结果列见表7。从表7可见，绝缘A和绝缘B中的微孔都不大于25 μm，不透明杂质都不大于50 μm，半透明棕色物质都不大于250 μm。

(5)其他性能试验

绝缘的介质损耗、热延伸和收缩率的测量数据见表8。

从表3到表8的测量数据可见，国产YJ-110绝缘料B生产的110 kV电缆的各项性能完全满足符合国家标准的要求，并与进口绝缘料A生产的电缆的各项性能相当。

表6 绝缘老化前后的机械性能

表7 绝缘中微孔和杂质的检测值

表8 其他性能

5 结束语

万马YJ-110高压电缆料与进口高压电缆料在同一立塔三层共挤生产线上分别生产两根同样规格的YJLW03 64/110 1×630 XLPE电力电缆，在挤塑性能方面两种绝缘料之间无明显的差异，说明YJ-110绝缘料可以适应高压料挤出工艺性能要求，并且非常稳定。

两根110 kV XLPE电力电缆在武汉高圧研究院进行了全面性能的测量，从对比数据可见，用YJ-110高压绝缘料生产的电缆完全达到了用进口高压绝缘料生产的电缆的水平。

［1］蔡建超，刘美兵，何 军，等.国产110 kV XLPE电缆料的研发和性能［J］.电线电缆，2012(6):28-31.

［2］Vahdat Vahedy.Polymer Insulated High Voltage Cables［J］.IEEE Electrical Insulation Magazine，2006，22(3):13-18.

［3］Jan-Ove Bostrom，Eric Marsden，R.Nigel Hampton，et al.E-lectrical Stress Enhancement of Contaminants in XLPE Insulation Used for Power Cables［J］.IEEE Electrical Insulation Magazine，2003，19(4):6-12.

［4］贾 欣，刘 英，曹晓珑.国产高压XLPE电缆绝缘中允许杂质尺寸的试验研究及方法［J］.电线电缆，2003(6):22-25.

［5］GB/T 11017—2002 额定电压110 kV交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件［S］.