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线缆运行的安全性、经济性

更新时间:2014-10-18 点击量:1101

直流干线电缆经济选型
截至目前,业内人士研究结果表明,采用稀土铝合金导体后,在电缆的绝缘和护套等材料经过优化设计后,电缆的整体经济性能良好,全寿命期的故障概率相比会更低。比如EHLF、EHLVF22(DC0.9/1.5KV)电缆采用乙丙橡皮绝缘混合弹性体护套直流干线电缆。乙丙橡皮绝缘性能非常*,是目前铁路机车牵引用直流电缆的*绝缘材料方案,同时还可以用于核电站核岛外围的K3类电缆中,产品使用寿命大于30年。此类电缆的弯曲半径小,材料耐候性性能*,适合应用于超热带地区,但价格较贵,相当于等同载荷铜电缆的90%以上。
再如,YJHLF82、FS-YJHLF22(DC0.9/1.5KV)电缆绝缘加厚处理,采用交联聚乙烯料,护套为防寒耐温弹性体。铠装层为铝镁合金的连锁铠装型电缆适用于西部荒漠、山坡地等;FS代表防水型,适合光伏农业大棚、沿海滩涂等电站选用。连锁铠装具有优良的抗拉抗压强度,且施工简单,特别适合不利挖掘电缆沟或简单地埋处理的场合。铠装层的非磁性材料,使得电缆不会产生涡流,散热好,因此载流量相比钢带铠装大大提升。连锁铠装电缆可以露天敷设,产品性价比非常高,等同载荷此型电缆的采购价格相当于铜电缆的75%-80%。
另外,FZ-YJHLF、FZYJHLF22(DC0.9/1.5KV)电缆绝缘经电子辐照而成,因此具有非常优良的性能,特别适合作为分布式电站的直流干线使用,价格上相当于等同载荷电缆的70%左右。
伴随着我国分布式光伏电站投资建设热潮的到来,预计从2014年第三季度起将活跃起来,且浙江省和山东省将成为分布式光伏电站的前沿战场,光伏系统直流干线电缆势必将在这一建设热潮中有所作为,相关线缆企业也会紧紧抓住这一发展机遇,共同推动分布式光伏发电产业长期向好发展。
*,将太阳能资源转化为电能有两种途径:一是光热,二是光伏。无论哪种转换形式,都离不开电气设备。尤其是电缆在分布式光伏产业中的大量应用,电缆选用是否得当直接关系到线缆运行的安全性、经济性等。随着分布式光伏产业的发展,相关配套产业线缆业内企业也纷纷摩拳擦掌,准备在光伏电缆领域内大显身手。如何保证电缆的绝缘性能、耐热阻燃性能,防止电缆受潮、暴晒,以及电缆芯类型、大小规格的选取等要素都是电缆企业要考虑的。
聚焦光伏直流干线
在我国,光伏系统用直流干线电缆较多选用ZR-YJV22 0.6/1KV、ZRYJY23 0.6/1KV低压交流电缆。电缆芯多为铜材料,随着铝合金导体的推广,有些分布式光伏电站也开始应用铝合金电缆。但电缆的绝缘材料自始至终都是按照按1KV低压电缆的标准生产。因此,从一开始直流干线电缆都有可能存在着安全隐患。
直流干线是光伏组件系统经汇流箱汇流后到逆变器的传输用线,被誉为是光伏电站系统的“主动脉"。在安装运行中,直流干线系统采用不接地方案,但一旦发生接地故障,就会给系统甚至设备带来致命危害。而直流干线电缆接地故障率占到电缆引发故障的90-95%。故此,谨慎分析直流干线故障是十分有必要的。
我国大型地面光伏电站一般设在荒漠成片、昼夜温差大、环境潮湿、鼠害严重的西部地区,直接导致了直流干线电缆运行环境恶劣。因此在选型设计时,务必要对电缆地埋敷设,电缆沟的填挖严格要求,保证电缆阻燃达到100-110℃的高温防护要求,以及高温对电缆的绝缘击穿电压影响控制在一定范围内。
有研究人士分析指出,直流干线电缆的接地故障原因有三种:一是电缆质量不合格;二是运行环境恶劣,发生自然老化,或者遭受外力破坏;三是安装不规范,接线粗糙。但发生接地故障的根本原因都跟电缆绝缘材料脱不了干系。
解析直流干线绝缘性能
一般而言,交流电缆的场强应力分布是均衡的,电缆绝缘材料着重的是电介质常数,电介质不受温度影响。而直流电缆的应力分布是电缆绝内层为zui大,受电缆绝缘材料的电阻系数影响,绝缘材料有负温度系数现象,即温度增高,电阻变小;电缆在运行时,线芯损耗会使温度升高,电缆绝缘材料的电阻系数会随之变化,从而导致绝缘层的电场应力随之变化。也就是说,同样厚度的绝缘层,由于温度升高,其击穿电压随之变小。尤其要注意的一点是:对于一些分布式电站的直流干线,由于环境温度的高低变化,电缆的绝缘材料老化的速度比地埋敷设的电缆快得多。
其次,在电缆绝缘层生产过程中,要按照直流电缆生产标准进行严格管理。因为一些杂质会不可避免地进入,由于其绝缘电阻率较小,沿绝缘层径向分布不均匀,从而导致不同部位的体积电阻率不同,在直流电压下,电缆绝缘层的电场也会不同。因此,绝缘体积电阻率zui小处会老化更快,成为zui先被击穿的隐患点。
再次,当交联聚乙烯绝缘电缆作为直流电缆应用时,存在着一个难以解决的问题:空间电荷问题。这一问题在高压直流电缆中备受重视。因为聚合物作为直流电缆绝缘时,绝缘层中有大量的局部缺陷,造成绝缘内部空间电荷集聚。
空间电荷主要从电场畸变效应和非电场畸变效应两个方面对绝缘材料产生影响。这两种影响对绝缘材料的危害很大。所谓空间电荷,是指宏观物质的一个结构单元中超过电中性的那部分电荷,在固体中,正或负空间电荷被束缚于某种局域能级而以束缚极化子态的形式提供极化效应。所谓空间电荷极化,就是当在电介质中含有自由离子时,由于离子移动,在正电极一侧的界面上积累负离子,在负电极一侧的界面上积累正离子过程。在交流电场中,材料正负电荷的迁移无法跟上工频电场的快速变化,因此不会产生空间电荷效应;而直流电场中,电场按电阻率大小分布,将形成空间电荷并影响电场分布,聚乙烯绝缘中有大量的局部态,空间电荷效应特别严重。
此外,交联聚乙烯绝缘层是化学交联而成,是整体型交联结构,属于非极性高聚物。从电缆整个结构上看,电缆本身就像一个较大的电容器,直流输电停止后,相当于已将一个电容器充电完成,虽然导体线芯有接地处理,但是,没能有效进行放电,大量的直流电能仍然储存于电缆中,也就是所谓的空间电荷,这些空间电荷不会像交流电力电缆那样随介质损耗而消耗掉,而是在电缆缺陷处富集。随着使用时间的延长或频繁断停以及电流强弱变化而聚集的空间电荷越来越多,又加快了绝缘层的老化速度,从而影响交联聚乙烯电缆的使用寿命。