风力发电用耐扭曲电缆常用检测项目*

2023-01-15王馥华胡光炜

机械制造 2022年3期

□ 姚凯 □ 王馥华 □ 陆轶 □ 胡光炜

上海市质量监督检验技术研究院上海 200072

当前,国家推进绿色低碳转型和高质量发展。为确保如期实现碳达峰、碳中和目标,国家持续大力发展风力发电产业。风力发电产业在旺盛发展的同时,促进了电缆的需求。由于风力发电机组所处的环境相对恶劣,并且使用年限较长,因此对风力发电用电缆提出了很高的要求,特别是耐扭曲电缆,以往一直依赖进口,价格较为昂贵。近年来,国内多家电缆生产企业对耐扭曲电缆进行研究,已研发出国产耐扭曲电缆。耐扭曲电缆的质量对风力发电运行有至关重要的影响,国家出台了相应的标准来对耐扭曲电缆进行规范。笔者介绍风力发电用耐扭曲电缆的常用检测项目和影响因素。

1 导体电阻试验

导体电阻试验是耐扭曲电缆最基本的例行检测项目之一。导体电阻的大小直接关系到电能的利用率,电缆的导体电阻值越小,电能损耗也越小。导体电阻值过大,会引起发热,造成绝缘热击穿。对于风力发电用耐扭曲电缆,导体采用国家标准GB/T 3956—2008《电缆的导体》中的第五种柔软圆形绞合导体。铜的电阻值受温度和湿度影响,会产生较大的波动,所以对试验时的环境温度必须严格控制,一般环境温度应控制为20 ℃±5 K,空气相对湿度不高于85%,被测试样在环境中放置足够长的时间,温度保持恒定,波动不超过1 K。电阻的测量仪器一般采用单双臂电桥或高精度数字式直流电阻测试仪,同时要对导体截面积和导体截面积均匀性等加强监督检测,确保风力发电用耐扭曲电缆的质量。

2 绝缘电阻试验

绝缘电阻试验是电缆电性能的主要指标,反映了电缆绝缘的耐电击穿和耐热击穿能力,也反映了电缆绝缘材料和工艺的好坏,直接影响电缆的使用品质。应用于风力发电相对恶劣环境,绝缘电阻试验更要严格把关。按标准规定进行绝缘电阻试验,环境温度应控制为20 ℃±5 K,空气相对湿度不高于80%,也可在水中进行。绝缘电阻试验时,需将被测试样放入烘箱中,在达到规定试验温度后,再保温2 h,之后进行测量。试验一般采用高精度数字式绝缘电阻测试仪进行测量,在进行试验时,注意不要划伤电缆的绝缘层,否则会造成试验结果失真。

3 扭转试验

因为耐扭曲电缆被使用在风力发电机的塔架部位,耐扭曲电缆会被频繁扭转,所以耐扭曲电缆的耐扭转性能是主要考核指标。扭转试验分为常温扭转试验和低温扭转试验,在客户有要求时,还可以进行高温扭转试验和负载扭转试验。常温扭转试验时,取长度约为12 m的试样,在环境温度中放置0.5 h,然后将试样一头固定在专用的电缆扭转试验装置的转轮上,另一端固定在转轮下方的支架上。安装好试样后,将转轮顺时针扭转1 440°,然后逆时针扭转1 440°,接着再逆时针扭转1 440°,然后顺时针扭转1 440°,结束后使试样恢复到初始状态,此过程作为一个周期。标准中推荐进行10 000个周期的试验。低温扭转试验和高温扭转试验与常温扭转试验相同,仅仅是试验温度、转轮转速、试验周期不同。通电负载扭转试验的安装方式和试验流程与常温扭转试验相似,但在试验期间应同时通电加热。扭转试验结束后,需检查试样表面,观察电缆是否出现裂纹及扭曲现象。如无此类现象,再进行15 min交流电压试验,观察是否击穿。

4 燃烧试验

阻燃电缆相比普通电缆,能够延缓火焰沿电缆方向的燃烧,从而避免火灾事故扩大。风力发电用耐扭曲电缆为了保证安全,也要求使用阻燃材料。风力发电用耐扭曲电缆的阻燃试验包括单根燃烧试验和C类阻燃电缆成束燃烧试验。单根燃烧试验时,将一根600 mm长电缆试样在环境温度23 ℃±5 K、相对湿度50%±20%环境中放置最少16 h,之后校直试样,并用细铜丝固定在水平支架上,调整火源高度,使火源焰心对准线缆上的相应标记,供火时间依据电缆的外径而定。停止供火后,测量上支架的下缘与电缆碳化部分上部起始点之间的距离、上支架的下缘与电缆碳化部分下部起始点之间的距离。C类阻燃电缆成束燃烧试验时,电缆试样由若干根等长的电缆试样段组成,每根电缆试样段的最小长度为3.5 m,在环境温度20 ℃±10 K下放置最少16 h。将若干根电缆试样段按照标准用金属线固定在钢梯的各个横档上,调整丙烷气体和空气流量,点燃火焰,将火焰对准电缆的相应位置燃烧。C类阻燃电缆的标准要求供火时间为20 min,之后关闭燃烧的混合气体,记录火焰持续燃烧的时间。待完全熄灭后,测量成束电缆试样碳化的长度。若停止供火后电缆燃烧时间超过1 h,则需要强行熄灭火焰。燃烧试验会产生大量有毒气体,试验人员必须做好个人防护工作。