用于110千伏、220千伏、500千伏的國產(chǎn)高壓電纜絕緣材料逐步實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，將使我國高壓電纜絕緣材料長期依賴進(jìn)口的局面顯著，為我國保障能源安全、助力“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)重要力量。

近日，石化所屬燕山石化110千伏電纜絕緣料掛纜示范工程正式啟動(dòng)。該工程應(yīng)用自主研發(fā)生產(chǎn)的高壓電纜絕緣料，標(biāo)志著國產(chǎn)高等級絕緣新材料實(shí)現(xiàn)工業(yè)化示范應(yīng)用。

而在此次示范工程啟動(dòng)前，今年3月，首臺（套）應(yīng)用國產(chǎn)絕緣材料的220千伏高壓交流電纜在遼寧阜新220千伏新煤線掛網(wǎng)，截至目前運(yùn)行；在其后的4月，首臺（套）應(yīng)用國產(chǎn)絕緣材料的500千伏直流電纜也在張北柔直工程順利通過竣工試驗(yàn)。

高壓電纜作為遠(yuǎn)距離電力輸送中的關(guān)鍵一環(huán)，絕緣材料在保障其安全運(yùn)行中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。高壓電纜絕緣材料國產(chǎn)化接連取得多項(xiàng)突破，并逐步實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，將使其長期依賴進(jìn)口的局面顯著，將為我國保障能源安全、助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)重要力量。

高壓電纜對絕緣材料要求很高

理解絕緣材料的重要性，還需要從輸電講起。我國電力格局長久存在“源荷割離”現(xiàn)象，能源富藏地與用電負(fù)荷集中地不一致，由此而的長距離輸電在所難免。隨著“雙碳”目標(biāo)逐步推進(jìn)，如何更加安全、地進(jìn)行遠(yuǎn)距離電力輸送，一直是我國電力事業(yè)發(fā)展中無法回避的問題。

通常，在輸電距離和功率一定的情況下，輸電電壓越高，輸電電能的損耗就越小。因此，高等級的高壓輸電在遠(yuǎn)距離輸電中扮演著重要角色。

但輸電電壓等級越高，對電纜絕緣材料的要求也就越高。全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院電工新材料研究所所長陳新向記者介紹道，相比于低壓電纜的絕緣材料，高壓電纜絕緣材料需耐受更高的電場強(qiáng)度；材料的空間電荷積聚和電阻率溫度性也要更低，如針對超高壓電纜，要求其高、低溫體積電阻率變化率須小于100，但對低壓電纜則無相關(guān)要求。此外，超高壓電纜絕緣材料對缺陷和雜質(zhì)的控制要求也更加嚴(yán)苛，“超高壓電纜絕緣材料中不允許有50微米以上的雜質(zhì)，而普通低壓電纜則允許存在幾百微米以上的雜質(zhì)?！标愋抡f。

高壓電纜絕緣材料的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)漫長。以當(dāng)下廣泛采用的高壓直流輸電為例，其電力電纜絕緣材料的發(fā)展先后經(jīng)歷了充油絕緣（OF）、油紙絕緣（MI）和交聯(lián)聚（XLPE）絕緣3個(gè)階段?！耙猿溆秃陀图垶榻^緣的直流電纜的問世已經(jīng)超過100年?！标愋卤硎荆缙诘某溆碗娎|采用中空導(dǎo)體作為油流道，通過充油不斷浸漬導(dǎo)體外的絕緣層，達(dá)到絕緣效果。但此種絕緣需在電纜運(yùn)行中不斷進(jìn)行充油，一旦電纜外層出現(xiàn)破損，便會造成油料泄漏，易污染，且難度大，現(xiàn)在已基本被淘汰。

近年來建設(shè)的高壓直流輸電工程中，發(fā)展迅速的交聯(lián)聚擠塑電纜則成為更加普遍的選擇。據(jù)陳新介紹，由于交聯(lián)聚擠塑電纜相對于油紙電纜的運(yùn)行溫度更高，機(jī)械性能和絕緣性能更好，同時(shí)安裝方便，生產(chǎn)工藝簡單，目前已在電力中廣泛應(yīng)用。“目前的高壓直流電纜幾乎都采用交聯(lián)聚作為絕緣材料?！?/p>

聯(lián)合攻關(guān)找到高壓絕緣材料“配方”

我國是全球大電纜制造國，但在高壓電纜絕緣材料制造領(lǐng)域，卻長期依賴進(jìn)口，年進(jìn)口量達(dá)10萬噸，嚴(yán)重制約了我國高端電力裝備的自主可控發(fā)展。

陳新認(rèn)為，此前阻礙高壓電纜絕緣材料國產(chǎn)化的主要困難來自于3個(gè)方面。首先，國內(nèi)用于制造高壓電纜絕緣材料的基礎(chǔ)原材料性能不足，“電氣性能比國外明顯要低，擊穿場強(qiáng)不到國外的60%，同時(shí)基礎(chǔ)原材料中雜質(zhì)含量高、流動(dòng)性也較差?！逼浯危瑖鴥?nèi)對超高壓電纜材料的配方組分以及各個(gè)組分間相互作用的研究十分薄弱，并無研制超高壓電纜絕緣材料配方的可供參考。此外，不同配方的絕緣材料在從實(shí)驗(yàn)室中的小批量試驗(yàn)向工業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)過渡中，性能可能會發(fā)生變化，保持放大后配方性能的工藝控制難度較高。

面對國外相關(guān)技術(shù)嚴(yán)密、國內(nèi)無相關(guān)需從零起步的情況，全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司牽頭，內(nèi)高校、制造廠商、科研院所開展多方協(xié)同攻關(guān)。項(xiàng)目組克服諸多困難，開展了設(shè)計(jì)、材料研發(fā)、電纜制造、匹配、試驗(yàn)評價(jià)等關(guān)鍵技術(shù)研究，先后解決了國產(chǎn)絕緣基料分子結(jié)構(gòu)調(diào)控、多場作用下空間電荷和電導(dǎo)非線性、電纜多層介質(zhì)界面絕緣電導(dǎo)匹配、大尺寸電纜擠出缺陷控制及擊穿尺寸厚度效應(yīng)等多項(xiàng)技術(shù)難題。

研發(fā)絕緣材料，在實(shí)驗(yàn)室里做出樣品只是步。如何走出實(shí)驗(yàn)室，走向工業(yè)化大批量制備往往是關(guān)鍵所在。從以“克”為單位計(jì)算的實(shí)驗(yàn)材料研發(fā)，到“百公斤級”的生產(chǎn)試驗(yàn)，再到“噸級”的大規(guī)模生產(chǎn)，數(shù)量級別的變化，可能材料性能的不。為此，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)制造企業(yè)、檢測單位等優(yōu)勢資源參與科研攻關(guān)，試制了上百噸材料樣品、數(shù)千米電纜樣纜，前后經(jīng)歷9次型式試驗(yàn)，終實(shí)現(xiàn)了絕緣材料、電纜不斷迭代和性能穩(wěn)步，成功研制出320千伏、500千伏直流電纜絕緣材料，初步建立了國產(chǎn)高壓電纜絕緣材料的工藝配方。

國產(chǎn)絕緣材料市場潛力正在醞釀

雖然已成功破局，但國產(chǎn)絕緣材料仍有很長的路要走。陳新表示，目前我國高壓直流電纜絕緣材料在高溫耐電強(qiáng)度和高溫體積電阻率性方面與國外絕緣材料基本相當(dāng)，已可以短距離500千伏陸地高壓直流電纜的制造需求。但其在長時(shí)間連續(xù)擠出等方面還與國外存在一定差距，“國外可以實(shí)現(xiàn)70—130噸的單次連續(xù)擠出，國內(nèi)還處于小于35噸的水平?！?/p>

但突破口已成功打開，市場潛力已在醞釀。據(jù)陳新估計(jì)，目前我國110千伏及以上高壓電纜絕緣材料的年進(jìn)口量近10萬噸，而相關(guān)電纜產(chǎn)值超1000億元。同時(shí)，國產(chǎn)產(chǎn)品在價(jià)格上還具有優(yōu)勢，如國產(chǎn)500千伏高壓電纜絕緣材料的價(jià)格僅為國外同類產(chǎn)品的約70%。高壓電纜產(chǎn)業(yè)鏈涉及石化基料、絕緣料復(fù)配、電纜擠出、試驗(yàn)評價(jià)、安裝運(yùn)維等諸多上下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈長，如未來能實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的國產(chǎn)化，將對上下游產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生十分明顯的拉用。

如在發(fā)展迅速的海上風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，未來隨著“雙碳”目標(biāo)推進(jìn)，該領(lǐng)域?qū)Ω邏弘娎|產(chǎn)生巨大需求。在當(dāng)下海上風(fēng)力發(fā)電的歐洲，德國已規(guī)劃了640公里的±525千伏高壓直流輸電走廊；英國同樣規(guī)劃了總長超過3000公里的高壓直流輸電項(xiàng)目。而今年9月，位于江蘇如東的亞洲首條±400千伏直流海纜驗(yàn)收試驗(yàn)也順利完成，已具備送電投運(yùn)條件。未來，隨著東部沿海多項(xiàng)海上風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的落成，我國有望成為第二大海上風(fēng)力發(fā)電國。

陳新表示，接下來國產(chǎn)高壓電纜絕緣材料將進(jìn)一步性能，尤其是大長度成纜性能，并著重研究海纜工廠軟接頭技術(shù)，大長度海纜絕緣材料和海纜。

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