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逐步实现产业化应用，减少进口依赖
国产高压电缆绝缘材料成功破局
国产110kV、220kV、500kV高压电缆绝缘材料逐步实现工业化应用，将显着改善我国高压电缆绝缘材料长期依赖进口的局面，助力我国保障能源安全，助力“双碳”目标实现贡献重要力量。
近日，中国石化所属燕山石化110kV电缆绝缘悬挂电缆示范工程正式启动。该项目是自主研发生产的高压电缆绝缘材料的首次应用，标志着国内高档绝缘新材料的产业化示范应用。
在该示范工程启动前，今年3月，首条采用国产绝缘材料的220kV高压交流电缆系统挂在辽宁阜新220kV新煤线上，至今稳定运行；首条采用国产绝缘材料的500kV直流电缆系统也通过了张北月枝项目的竣工试验。
高压电缆是长距离电力传输的关键环节，绝缘材料对其安全运行起着至关重要的作用。高压电缆绝缘材料国产化取得多项突破，逐步实现产业化应用，将显着改善其长期依赖进口的局面，为我国能源安全和实现“一带一路”作出贡献。双碳”目标。
高压电缆对绝缘材料的要求很高
要了解绝缘材料的重要性，我们需要从电力传输开始。我国电力结构长期存在“源荷分离”现象，能源丰富集中的地方与电力负荷集中的地方不一致。由此产生的长距离电力传输是不可避免的。随着“双碳”目标的逐步推进，如何更加安全高效地进行长距离电力输送一直是我国电力工业发展中不可回避的题。
一般情况下，当传输距离和功率一定时，传输电压越高，传输功率的损耗越小。因此，高等级高压输电在长距离电力输送中发挥着重要作用。
但输电电压等级越高，对电缆绝缘材料的要求就越高。全能源互联网研究院电工新材料研究所所长陈鑫向小编介绍，与低压电缆的绝缘材料相比，高压电缆的绝缘材料需要承受更高的电击电压。场强；材料的空间电荷积累和电阻率对温度的敏感性也较低。例如，对于超高压电缆，高低温体积电阻率变化率必须小于100，但对于低压电缆则没有相关要求。此外，超高压电缆绝缘材料对缺陷和杂质的控制要求更加严格。“超高压电缆绝缘材料中不允许含有50微米以上的杂质，而普通低压电缆则允许含有数百微米以上的杂质。”陈鑫说道。
高压电缆绝缘材料的发展经历了一个漫长的过程。以广泛应用的高压直流输电方式为例，其电力电缆绝缘材料的发展经历了充油绝缘、油纸绝缘和交联聚乙烯绝缘三个阶段。“采用充油和油纸绝缘的直流电缆已经存在了100多年。”陈鑫表示，早期的充油电缆采用空心导体作为油流通道，充油电缆不断浸渍导体外的绝缘层，实现绝缘。影响。但这种绝缘方式需要在电缆运行过程中不断充油。电缆外层一旦损坏，就会造成漏油，容易导致环境污染，且维护困难。现在已经基本淘汰了。
在近年来建设的高压直流输电工程中，交联聚乙烯挤包电缆快速发展，成为较为普遍的选择。陈鑫介绍，交联聚乙烯挤包电缆与油纸电缆相比，由于工作温度更高、机械性能和绝缘性能更好、安装维护方便、生产工艺简单等优点，在电力系统中得到了广泛的应用。“目前的高压直流电缆几乎都采用交联聚乙烯作为绝缘材料。”
联合攻关寻找高压绝缘材料“配方”
我国是全最大的电缆生产国，但在高压电缆绝缘材料制造领域长期依赖进口，年进口量达10万吨，严重制约了我国高低压电缆自主可控发展。末端电力设备。
陈鑫认为，阻碍高压电缆绝缘材料国产化的主要困难来自三个方面。首先，我国用于制造高压电缆绝缘材料的基础原材料性能不足。“电气性能明显低于国外，击穿场强不到国外的60%。”其次，国内对超高压电缆材料的配方组分以及各组分之间相互作用的研究非常薄弱，且尚无开发超高压电缆绝缘材料配方的经验可供参考。此外，不同配方的绝缘材料在从实验室小批量实验过渡到大规模工业化生产过程中，其性能可能会发生变化，且难以维持放大配方性能的过程控制。
面对国外相关技术被严格封锁、国内没有相关经验、需要从头开始的局面，全能源互联网研究院有限公司牵头，与国内高校、制造商、科研机构合作院所开展多方合作研究。项目组克服重重困难，开展了仿真设计、材料研发、电缆制造、系统匹配、测试评估等关键技术研究。电缆系统多层介质界面绝缘电导匹配、大尺寸电缆挤压缺陷控制和击穿尺寸厚度效应抑制等诸多技术难题。
开发绝缘材料并在实验室制作样品只是第一步。如何走出实验室，走向工业化量产往往是关键。从以“克”为单位计算的实验材料的研发，到“百公斤”的生产试验，再到“吨”的规模化生产，数量水平的变化可能会导致材料性能的不稳定。为此，研究团队协调制造企业、检测单位等优势资源参与科研，试制了数百吨材料样品和数千米电缆样品，并前后经过9次型式试验，最终实现绝缘材料和电缆系统的不断迭代优化，性能稳步提升，成功研发出320kV、500kV直流电缆绝缘材料，初步建立了国产高压电缆绝缘材料的工艺配方。
国内保温材料市场潜力正在酝酿
虽然这一局面已成功打破，但国产绝缘材料仍有很长的路要走。陈鑫表示，目前，我国高压直流电缆绝缘材料在高温耐压强度、高温体积电阻率稳定性等方面与国外绝缘材料基本相当，已能满足短线的制造需求。距离500kV陆地高压直流电缆。但在长期连续挤压方面与国外尚有一定差距。“国外可以做到单次连续挤压70-130吨，而我国还停留在35吨以下的水平。”
但突破口已经成功打开，市场潜力正在酝酿。据陈鑫估算，目前我国110kV及以上高压电缆绝缘材料年进口量近10万吨，相关电缆产值超过1000亿元。同时，国产产品在价格上也有优势。例如，国产500kV高压电缆绝缘材料的价格仅为国外同类产品的70%左右。高压电缆产业链涉及石化基础材料、绝缘材料复合、电缆挤出、试验评估、安装、运行维护等多个上下游相关产业。产业拉动作用十分明显。
例如，在快速发展的海上风力发电领域，未来随着“双碳”目标的推进，该领域将对高压电缆产生巨大的需求。在海上风力发电量最大的欧洲，德国规划了640公里525kV高压直流输电走廊；英国还规划了总长度超过3000公里的高压直流输电项目。今年9月，位于江苏如东的亚洲首条400kV直流海缆也顺利完成验收，具备输电运营条件。未来，随着东部沿海一批海上风电项目的建成，我国有望成为全第二海上风电国家。
陈鑫表示，未来国内高压电缆绝缘材料的性能将进一步提高，特别是长长度电缆的性能，重点研究海底电缆厂的软接头技术，并开发大长度海底电缆绝缘材料和海底电缆系统。
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