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风电机组用耐扭中压软电缆的设计和选材

时间:2015-10-23 09:39:26
1使用场合和性能要求 近年来,海上风电的开发进一步加快了大容量风电机组的发展。目前,世界上运行的最大风电机组单机容量己经达到6 MW,风轮直径为127 m;810 MW风电机

 风电机组用耐扭中压<a href=http://www.san-lv.com/ target=_blank class=infotextkey>软电缆</a>的设计和选材风电机组用耐扭中压软电缆的设计和选材风电机组用耐扭中压软电缆的设计和选材风电机组用耐扭中压软电缆的设计和选材1使用场合和性能要求

    近年来,海上风电的开发进一步加快了大容量
风电机组的发展。目前,世界上运行的最大风电机
组单机容量己经达到6 MW,风轮直径为127 m;8
10 MW风电机组也己经开始设计和制造[Cil。我国
大型风电设备制造商也都在积极研制5 MW或6
MW大容量风电机组。风电机组用耐扭中压电缆主
要配套用于发电容量3. 5 MW大容量风电机组中,
连接风力发电机塔筒底部中压开关柜和机舱后部中
压变压器高压侧,从最上节塔筒内悬垂,电缆随机舱
转动而扭转,下面固定在塔筒内壁连接至塔底变频
开关柜,电缆必须承受机舱迎风时的扭转。
    风电机组用耐扭中压软电缆特殊的使用环境,
对其提出了诸多性能要求:a.承受电压为10
35 kV,工作温度为一40一90 0C;b.通过标准GB /T
18380. 12规定的单根垂直燃烧试验和GB /T
18380. 35规定的C类成束燃烧试验;c.通过标准
IEC 60811 } }规定的耐油试验;d.通过标准NB /T
31034规定的耐紫外线试验、耐盐雾试验、低温弯曲
试验、负重试验;e.能经受标准NB /T 31036规定的
旋转度达1 1 4400的常温10 000次、低温5 000次
抗扭转试验,抗扭转试验后,电缆导体、绝缘、绝缘编
织屏蔽、缆芯、电缆外观均应无开裂和扭断现象,施
加2. 5 U。交流试验电压30 min,线芯不击穿,按GB/
T 3048. 12进行局部放电试验,在1. 73 U。时放电等
级应不超过20 pC;f.电缆的无卤性能满足标准IEC
60754},IEC 60754的要求。
2结构设计和材料选择
    由于传统结构和材料的中压电缆明显不能满足
上述风电机组用耐扭中压软电缆的使用场合和性能
口文稿日期]2014-08 26
昨者简介」李金明(1983-),男,淮南新光神光纤线缆有
              限公司工程师
昨者地址」安徽省淮南市经济开发区建设南路39号,淮
              南新光神光纤线缆有限公司,232008
要求,因此我们借助制造风电机组用低压耐扭转电
缆积累的经验,对传统中压电缆的结构和材料同时
进行了改进。
a. i结构设计
    传统中压电缆的结构一般为导体+导体屏蔽+
绝缘+绝缘屏蔽+金属屏蔽层,但该结构很难满足
抗扭转试验要求,特别是其中的金属屏蔽层在风电
机组的长期频繁扭转使用过程中极易损坏,导致绝
缘受损局部放电,大大缩短电缆的使用寿命。为此,
我们在风电机组用耐扭中压软电缆中采用了特殊高
导电率高分子复合绝缘体(导电橡胶材料)包覆接
地导体,并置于多芯电缆缝隙中的结构,替代传统的
金属屏蔽层结构。最终我们设计的风电机组用耐扭
中压软电缆的结构如图1所示,由动力线芯导体、导
体屏蔽、绝缘、绝缘屏蔽层组成中压绝缘线芯;由地
线芯导体、高导电率高分子复合绝缘体组成的地线
芯;;3个中压绝缘线芯、3个地线芯与专用半导电填
充绞合成缆芯,并用半导电橡胶带进行紧密扎紧,最
终挤制填充、外护套。
动力线芯导体
导体屏蔽
绝缘
绝缘屏蔽
地线芯导体
地线芯半导电包覆层
半导电填充
填充
外护套
图1风电机组用耐扭中压软电缆的结构
2. 2材料选择
    在风电机组用耐扭中压软电缆中导体采用符合
GB /T 3956或IEC 60228标准规定的第5种镀锡铜
软导体,其应表面光洁、无污,无损伤绝缘的毛刺,无
凸起或断裂的单线[}z}。为确保导体即使有微小毛
刺也不至于扎破绝缘半导电层而发生局部放电现
象,以及使不圆整的导体表面平整,在导体外增加了
半导电橡胶带绕包隔离层,半导电橡胶带主要性能力导线、拖曳导线》标准规定的s GMs型低烟无卤护
套料,其抗张强度大于12 MPa,且具有优异的耐磨
J险、耐油性、抗撕裂强度、耐水性以及无卤阻燃
性能[#]。
3结束语
    由于目前国内外暂无相关的风电机组用耐扭中
压软电缆标准或行业规范可参考,因此我们经过与
有关风电设备制造企业研发人员的沟通及结合新型
大容量风电机组的特点,根据风电机组用耐扭中压
软电缆使用场合的特殊性能要求,同时参照IEEE
1s80,DIN VDE 02s0-813和IEC 60092 3s4标准编
制了企业标准,指导相关生产。目前,我们生产的风
电机组用耐扭中压软电缆产品通过了上海电缆研究
所国家电线电缆质量监督检验中心的全性能测试,
并在用户单位现场验证了用户关心的耐扭转试验后
电缆的外观、耐压、局部放电等性能。
    我们研制的结构新颖的风电机组用耐扭中压软
电缆大大增加了在低温环境下长期频繁扭转的使用
寿命,为今后低温、耐扭转、频繁移动场合使用的中
压抗扭软电缆提供了一种新型的、更为安全可靠的
实现方法,特别是为中压移动扭曲场合使用电线电
缆的制造,开辟出一条新思路和新方法,同时为我国
海上大容量风电机组发展,提供了一定的技术积累。
门||门||
12
厂les厂eses
参见表1)。为了提高电缆耐局部放电性能和耐电
压冲击能力,避免电缆在野外复杂工况下易受潮产
生树枝化缺陷,绝缘材料采用了电气性能和耐温性
能较好的硬质乙丙橡胶,其性能符合IEC 60092 3s1
的规定,抗张强度大于6. s MPa,同时乙丙橡胶还可
提高电缆承受电击穿和热击穿的能力[3]。导体屏
蔽层和绝缘屏蔽层均选用了以乙烯一醋酸乙烯共聚
物橡胶为基料加炭黑组成的可剥离半导电屏蔽料,
其体积电阻率不大于soo }"m。由于硫化时间、硫化
温度与线速的配合对导体屏蔽层+绝缘层+绝缘屏
蔽层三层挤连硫控制非常关键,因此为使生产的电
缆性能达到设计要求,必须对它们进行相关理论计
算和实践摸索。为将系统产生的故障电流安全引入
接地系统,保护系统安全运行,削弱电磁干扰,地线
芯绝缘和缆芯中的半导电填充材料均采用了导电橡
胶,其符合JB/T 10738规定的PEJJ型半导电屏蔽
料在20℃时体积电阻率不大于2s SZ " cm。由于导电
橡胶和橡胶相比具有较低的弹性模量,因此在电缆
生产中应注意对导电橡胶交联温度的控制,采用低
离模膨胀系数的挤出模具,挤出速度和温度应根据
导电橡胶的硫化程度测算并控制。根据电缆使用环
境和电缆运行温度范围,以及与半导电橡胶不起化
学反应、价格低廉等要求,填充材料选择了无卤橡胶
材料。为了在严酷自然条件下,保护电缆免遭侵蚀,
我们选用了性能符合DIN VDE 02s0-813《绝缘电
    
 

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