如何看待XLPE电缆与充油电缆.docx
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如何看待XLPE电缆与充油电缆
专家群言堂:
如何看待XLPE电缆与充油电缆（05-1-28）
上海电缆输配电公司周韫捷张丽
前言
电缆做为电网的重要组成部分，其发展历史已有一百多年。
随着大众生活素质的进一步提高，用电需求不断增加，大容量中心变电站进入市区的呼声越来越高。
由于居民越来越关注自己的居住环境，这些中心变电站的馈入线也逐步采用高电压等级电缆输电，且这一趋势越来越明显。
二十一世纪的上海将成为世界性的大都市，同时又是金融、信息、高科技、生物工程中心。
应用电缆输电可以很好地解决电磁辐射、视觉污染及恶劣天气对输电线的影响等问题，从而能更好地为大众提供优质可靠的电力供应。
随着上海市城市电网的进一步建设，高压及超高压电缆的选型也变得更加重要，早期的选择主要是充油电缆，随着XLPE电缆的出现，高压领域中XLPE电缆占据了主导地位，近来XLPE电缆也逐步进入超高压领域，在未来几年中，关于充油电缆与XLPE电缆的选型将一直为供电部门所考虑的问题。
一、XLPE与充油电缆各自的历史
高压充油电缆历史悠久，二次大战前1917年意大利比瑞利（Pirelli）公司的伊努力里（Emanueli）发明了自容式充油电缆，历经40年代—60年代的革新期，60—70年代的完善期，最终在70—80年代达到发展的顶峰。
自容式充油电缆电压等级发展表
时间
电压kV
1922—1924
60—66
1924—1932
100—220
1933—1950
380
1951—1967
400—425
1967—1974
500
1974—1980
750—1100
高压XLPE电缆相对历史较短，1960年在美国出现了交联聚乙烯电缆制造技术，该技术立即传入欧洲和日本。
此后XLPE电缆在美国、欧州和日本开始逐渐成熟，日本XLPE电缆自1960年以后，发展速度最快，并形成了自己的体系。
日本制造XLPE电缆的电压等级发展表。
时间
电压kV
1961
33
1962
66
1965
77
1969
110
1971
138
1973
154
1978
187
1979
275
1982
500
二、XLPE与充油电缆性能比较
1、电缆结构
导体
采用铜芯/铝芯
金属护套
采用铅/铝
外护套
采用PE/PVC
XLPE
√
√
√
充油
√
√
√
其中：
XLPE电缆还有其他护套类型；
外护套材料中PE、MDPE性能优于PVC
输送容量：
由于XLPE电缆运行温度（90℃）高于充油电缆（85℃），在同等条件下输送容量大。
导体：
XLPE（大截面）多采用五分裂导体减少集肤效应，与紧压实芯导体相比可减少AC阻抗10%；充油（大截面）多采用六分裂导体减少集肤效应，与紧压实芯导体相比可减少AC阻抗25%。
如为铜芯，制造过程中都须防止铜离子渗入。
绝缘：
都须严格防止水份浸入；都须经过加热程序，且时间大致相当；
-充油电缆主绝缘为电缆油，辅助绝缘为电缆纸；
XLPE电缆绝缘为XLPE，原材料为PE加入添加剂交联后形成性能优异的XLPE；
-充油电缆制造过程，大多可用肉眼观测，成缆、绞线时可保证圆整度；
XLPE制造过程，大多无法用肉眼直接观测，为保证电缆圆整度须采用特殊工艺如VCV法/MDCV法及特殊设备来帮助；
-充油电缆须经加热烘干以去除水份、潮气；
XLPE电缆利用加热去除在交联过程中产生的副产品多为低分子烃类余气，它将导致接头过程中火灾隐患乃至运行故障；
-充油电缆主绝缘为电缆油，具有流动性及稀释性，产生故障后先前形成的放电通道及杂质会被冲淡吸收，恢复绝缘性能。
XLPE电缆一旦发生故障将导致电缆的永久性损坏；
-绝缘尺寸比较充油电缆绝缘厚度小，XLPE绝缘厚；因此充油电缆可制三芯统包型式，单盘电缆长度可增加。
2、附件
设计思路主要考虑：
-通过交叉互联减少护套感应电压；
-考虑运行时能承受一定的机械外力；
-考虑运行中所承受的电气及机械冲击；
附件类型：
名称
XLPE电缆
充油电缆
直线接头
√
√
户内外终端
√
√
变压器终端
√
√
SF6终端
√
√
塞止接头
N/A
√
交叉互联箱
√
√
接地箱
√
√
油压力箱
N/A
√
油压监视设备
N/A
√
注：
N/A即notapplicable表示在此不适用;
附件工艺要求：
项目
XLPE电缆
充油电缆
导体连接
铜芯采用压接方法、
铝芯采用焊接方法
相同
绝缘主体
采用相同的电缆绝缘材料
采用相同的电缆纸与电缆油
护套连续
采用铜盒子
相同
杂质冗余度
差，电压等级越高要求越高
好
加热校直
要求高，消除残余应力
要求一般
搪铅
要求一般，有时不需要
要求高，保证整个油路的密封
蠕动形变
较大
较小
火灾隐患
较小
较大
其他
SF6终端：
推荐采用“无油”
结构
SF6终端：
死密封结构或
采用中油压电缆
充电电容
小
大
3、线路设计
4、
线路组成：
名称
XLPE电缆
充油电缆
绝缘接头
√
√
塞止接头
N/A
√
交叉互联箱
√
√
接地箱
√
√
油路设备
N/A
√
报警系统
N/A
√
路径选择：
相对来讲，在实际施工过程中XLPE电缆受到的限制比较少，主要原因是XLPE电缆线路设计时不必受油路的制约。
充油电缆线路一般3km为一个油位段，当线路长度超过3km时，中间要增加塞止接头及相应数量的油压力箱。
因此充油电缆在长线路设计时，要考虑到塞止工井及存放油压力箱的位置从而增加了设计难度与施工难度。
充油电缆还不宜敷设于下列环境中：
高落差地区、重点防渗漏区、防火区。
4、线路施工
充油电缆线路施工经验也比较多，其附件性能特点成熟稳定且工艺裕度大。
充油电缆在敷设时对于特殊场合，需要增加相应的设计和设备。
充油电缆附件施工中体力工作比较多，相应的专用工具数量种类也多，对施工人员的要求高，例如附件中关键工艺如纸卷的绕包。
XLPE电缆施工经验最近也逐渐增多，XLPE电缆附件性能特点尚不成熟和稳定且工艺裕度小。
与充油电缆相比，XLPE电缆施工简单，其电缆附件中所需体力工作少。
因为没有电缆油，所以施工工程量较少，施工工期也相应缩短。
在HV或EHV领域中XLPE电缆附件的施工对施工人员的要求低于充油电缆，但随着电压等级的升高，XLPE电缆附件施工对施工人员的技术要求及对环境的要求变得苛刻，所需时间相应增加。
附件施工特点比较表
项目
XLPE电缆
充油电缆
工艺
工艺待改进
工艺成熟
环境要求
高
适中
时间
较长
长
电缆敷设：
充油电缆自重大于同等条件下XLPE电缆，因此在敷设过程中，考虑到牵引力，XLPE电缆易于施工；由于XLPE运行时蠕动形变比较大，当敷设于空气、隧道等环境中，须蛇行敷设且须使用特殊的夹具。
5、线路试验
电缆线路敷设安装完毕后，在投运前需进行整条线路的竣工试验，充油电缆目前采用的是DC耐压，所需设备容量及体积小。
XLPE电缆若不采用DC耐压的方法而采用AC耐压法则所需设备容量及体积都很大，影响了现场试验的可行性。
XLPE电缆与充油电缆一般都还应通过护层耐压试验、护套交叉互联见证试验以及线路参数的测试。
充油电缆还须进行其他试验如油样试验、油流试验、浸渍系数试验及含气量试验等。
6、线路运行
充油电缆运行经验丰富，已有40年以上的运行经验（220kV及以上）。
由于线路有油压监视间接系统，能及时反映系统设备的运行情况，充油电缆具有一定的自愈性且设计余度较大，即使发生了渗漏及异常，也允许有一定的反应时间让电力部门安排好负荷，为抢修做准备。
但充油电缆的缺点有运行维护工作量大且难，线路易渗漏等。
XLPE电缆运行时间较短,其中220kV运行经验只有十几年（长距离），运行经验不够丰富，线路上绝缘水平缺乏必要的手段进行监视，XLPE电缆故障具有突发性，对电缆产生永久损害，电力部门无法及时安排负荷转移，为抢修带来不便，而且随着电压等级的上升，抢修接头的时间并不一定比充油电缆抢修接头时间短。
XLPE电缆的最大优点就是运行维护工作量少且简单。
运行特性比较：
项目
XLPE电缆
充油电缆
线芯运行温度
平时90℃
短时105℃
平时85℃
短时95℃
本体附属设备
不需要
供油装置
油压监视系统
维护
量少
需要专门人员经常巡视及监视油压
敷设环境
各种场合
不适宜于高落差、防火、防漏区域
备品有效期
短期（2-3年）
长期有效
7、环境保护
随着民众对环境越来越重视，电缆在制造过程及应用中也考虑到了环保的要求。
早期充油电缆由于发生渗漏会在线路沿途造成油污染而使电力部门对其的应用有所顾虑，但后来应用新技术后产生了可生物降解的电缆油，这在一定程度上消除了电力部门的顾虑。
从电缆制造角度来看，充油电缆的主要材料为绝缘纸是可以循环再生的材料，而XLPE电缆的主要材料聚乙烯（来源于石油）却很难再生及降解，从长远角度来看，在环保方面充油电缆又优于XLPE电缆。
三、各国电网中220kV及以上XLPE电缆与充油电缆的应用情况
1、日本
日本电网中XLPE电缆与充油电缆的应用比较
日本电力系统使用充油电缆的情况
1928年66kV单芯充油电缆
1958年154kV单芯充油电缆
1959年275kV单芯充油电缆
1972年 500kV单芯充油电缆
日本电力系统使用XLPE电缆的情况
1973年66kV单芯XLPE（长）
1981年154kV单芯XLPE（长）
1980年275kV单芯XLPE
1988年500kV短线
1996年500kV单芯长距离，预计2000年11月投运
以下是日本两家大型电缆制造商的统计数据
日本F电缆制造商220KV及以上电缆生产统计（M）
年代
充油电缆
XLPE电缆
75-99年
1013，052
N/A
90-99年
291，854
527，794
其中81-99年XLPE电缆累计生产561，390m
日本S电缆制造商220KV及以上电缆生产统计（M）
年代
充油电缆
XLPE电缆
60-99年
1671，879
N/A
90-99年
354，244
473，158
其中79-99年XLPE电缆累计生产546，479m
下表是至1995年由日本国内制造商向本国电力部门提供成品和施工66kV以上的OF、XLPE及POF电缆接头数量统计
66-77kV
110-154kV
275kV
500kV
充油电缆
中间接头
66,000
18,000
5,400
170
终端
26,000
4,800
2,600
560
XLPE电缆
中间接头
绕包式TJ
80,000
1,100*
N/A
N/A
绕包模塑TMJ
430
1,200
N/A
N/A
挤压模塑EMJ
N/A
140
1,200
N/A
预制式PJ
740
420
120
N/A
终端
预制式
>50,000
10,000
140
N/A
充油式
N/A
N/A
1,500
54
POF电缆
中间接头
30
160
1,500
N/A
终端
12
36
93
N/A
从上述数据可以反映，进入90年代日本超高压XLPE电缆的产量超过了相同电压等级充油电缆的产量。
其应用情况也大致与此相同。
日本电网主要采用XLPE电缆。
目前日本275kV电网已广泛使用XLPE电缆，最近东京电力公司在其500kV电网中首次采用了长距离XLPE电缆，该工程采用40公里，双回路，500kV1х2500sqmm交联电缆，工程于1996年3月开工，预计于2000年11月完工。
这也是世界上首次采用500kVXLPE电缆进行长距离输电，这表明XLPE电缆的应用进入了特高压领域。
2、欧洲
英国等英联邦国家及欧洲各国是以生产和使用充油电缆为主。
随着XLPE电缆的迅猛发展，最近也开始大量使用XLPE电缆。
美国电网中采用钢管充油电缆较多，XLPE电缆发展较慢。
英国最大电缆供应商的XLPE电缆与充油电缆生产情况比较
1932年33kV充油电缆1969年132kVXLPE电缆缆
1965年250kV充油电缆1996年400kVXLPE电
1968年400kV充油电缆
1973年550kV充油电缆
该公司历年来生产的OF、XLPE电缆长度统计（单位km）
时间
充油电缆（220-500kV）
XLPE电缆（33-400kV）
1960-1969
790
N/A
1970-1979
450
N/A
1980-1989
570
990
1990-1997
190
1800
总计
2000
2790
欧洲电网在超高压领域中充油电缆一直占有优势，尤其是特高压输电，但随着该领域长距离XLPE电缆的成功应用，XLPE电缆也成为了特高压输电的一个选择。
例如1996年在丹麦的东部地区进行的420kV电网建设中，为了连接哥本哈根与郊区之间的电网，当地电力部门采用了420kV1х1600sqmmXLPE电缆，线路长度达22km，并采用了72套环氧绝缘件型预制式中间接头。
该线路于1997年10月正式投入运行。
这条线路的正式运行也标志着XLPE电缆在欧洲也逐渐进入了特高压输电领域。
3、中国
我国XLPE电缆与充油电缆的发展及应用比较
充油电缆：
1966年，在上海采用了220kV三芯充油过江电缆
1968年，在南京采用了110kV充油电缆
1973年，在刘家峡采用了220-330kV充油电缆
1984年，在董家变安装了500kV充油电缆
XLPE电缆：
1985年，长春采用了66kVXLPE电缆
1987年，首钢采用了110kVXLPE电缆
1992年，上海采用了220kVXLPE电缆
我国的高压充油电缆研制开始于1958-1959年，当时的上海电缆厂、沈阳电缆厂试制了110kV及220kV充油电缆。
1968年在南京热电厂安装了我国第一条110kV充油电缆（上海电缆厂制造），回路长度1.79km，截面为400sqmm。
此后从60年代开始研制XLPE电缆，80年代初期国内具有了生产110kVXLPE电缆的能力，1985年长春电业局首次使用了由沈阳电缆厂制造的66kVXLPE电缆。
我国电网应用电缆的情况不大相同，由于上海电缆发展历史比较悠久，初期上海电网中超高压电缆主要使用充油电缆，到目前为止上海电网中超高压电缆线路中充油电缆占的比例仍比较大,尤其在220kV电压等级。
上海电网110kV及以上电压等级电缆的应用情况
上海电网110kV及以上电压等级电缆的应用情况
电压
充油电缆
XLPE电缆
总计
回路数
百分比
回路数
百分比
110kV
16
19.3%
67
80.7%
83
220kV
33
86.8%
5
13.2%
38
下表为上海电网XLPE电缆与充油电缆的发展情况比较
上海电网使用充油电缆的情况
110kV1972年单芯充油电缆
220kV1966年三芯充油过江电缆
上海电网使用XLPE电缆的情况
110kV1988年单芯XLPE电缆
220kV1992年单芯XLPE电缆
最近几年上海电网中所有110kV电缆工程已经全部采用XLPE电缆，而220kV电压等级的线路在电缆选型上则需考虑多种因素来均衡选择充油电缆与XLPE电缆。
下表为近两年220kV电缆工程统计表（1998-2000）
项目
XLPE电缆工程
充油电缆工程
工程数
3
4
中国其他城市电网中应用电缆的历史较短，改革开放后进行电网建设改造时正值XLPE电缆发展高峰，因此选用XLPE电缆较多，从下表可知其他城市电网中XLPE电缆所占比例较大。
我国几大城市电网中使用电缆的情况统计（截止1999年底）
城市
电缆类型
回路长度km
回路数
上海
110kV充油电缆
45.33
16
110kVXLPE电缆
81.04
67
220kV充油电缆
129.93
33
220kVXLPE电缆
11.2
5
北京
110kV充油电缆
89.35
39
110kVXLPE电缆
157
126
220kV充油电缆
3.16
4
220kVXLPE电缆
20
14
广州
110kV充油电缆
7.58
4
110kVXLPE电缆
106.2
N/A
220kV充油电缆
0
N/A
220kVXLPE电缆
12.75
N/A
我国500kVXLPE电缆也得到了应用，如在天荒坪抽水蓄能电站采用了500kVXLPE电缆。
但由于附件等原因长距离线路中XLPE电缆应用还有困难，同时运行经验也非常欠缺。
四、结论
本文从XLPE电缆与充油电缆的性能、施工、设计、运行经验与维护及各国的应用情况等多角度进行比较，得出下列结论：
1、XLPE电缆与充油电缆有各自的特点。
一般来讲，在同等条件下XLPE电缆输送容量比充油电缆大、施工工期短、适应多种施工场合且运行维护简单，但缺乏必要的线路监测系统；充油电缆施工工期较长、施工场合受限制较多且运行维护工作多，但它运行中有监视设备，运行可靠性高且运行经验丰富。
2、110kV电压等级电缆的选用以XLPE电缆为宜。
由于110kVXLPE电缆及其附件的质量与施工技术能够得到充分保证，XLPE电缆施工方便且适合多种场合施工以及运行维护简单，各大城市的110kV电网已广泛使用XLPE电缆。
目前110kV充油电缆的选用已经很少，在上海城网中已经不考虑在该电压等级中选用充油电缆。
3、220kV电压等级电缆的选用从应多角度均衡考虑，
一般情况下按下表选择。
XLPE是未来的发展方向，目前在上海电网的应用尚处于初期阶段，有待进一步地积累安装及运行经验。
220kV长线路的电缆选型必须慎重。
由于长线路XLPE电缆的附件问题并未完全解决及掌握，而在电缆选型时电缆与附件的配合又是非常重要的因素，因此随着运行经验丰富与电缆及附件经受了运行考验后可考虑大量使用XLPE电缆。
220kV充油电缆则具有成熟的安装及运行经验，对于重要性较高的线路应主要考虑采用充油电缆。
选型时还要考虑到高落差环境、防火、防渗漏区域等特殊要求，结合施工实际条件等因素对电缆的选型做出最终决定。
电缆类型
短距离
长距离<3km
长距离>3km
特殊场合
（如高落差、防火）
重要
一般
重要
一般
重要
一般
充油电缆
√
√
√
XLPE电缆
√
√
√
√
4、500kV电压等级电缆的选用以充油电缆为宜。
这一电压等级的电缆选型主要考虑的是线路的运行安全，对于短线路中间无需接头的场合，可考虑采用XLPE电缆；长线路条件下，鉴于目前世界上并无较多成熟的长距离XLPE电缆线路的经验，故宜选用充油电缆。
5、充油电缆与XLPE电缆在220kV及以上电压等级的电网中还会并存。
随着科技的不断进步，新技术的应用将会解决上述难题，未来几年对XLPE电缆与充油电缆的选择也将不断地进行技术探讨以及在制造、施工技术上进一步改造，但总的来讲，充油电缆与XLPE电缆在220kV及以上电压等级的电网中还会并存。
具体的选用还应根据实际情况，应采用均衡的眼光来进行电缆的选型。
参考文献：
1、《电线电缆简史》湖北红旗电缆厂
2、《电气协同研究》1997年第53卷
3、古河电工时报第84号
4、FURUKAWAREVIEWNo.18May,1999
5、《电线电缆信息》1999年6月
6、BICC公司资料
7、SEINEWSNo.97-10,1997
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