能源电力是国家的基础行业,其发展建设和运行状况关系着国家能源安全和经济发展,而电力电缆作为输送能源电力的重要载体,被誉为电力传输的“血管”与“神经”。电缆绝缘和护层材料作为电缆的重要组成部分,有着至关重要的作用。往往电力电缆行业的技术发展要依托于电缆材料的进步。
随着经济的快速发展,城市化进程加速,人口逐渐向中心城市聚集,用电负荷中心急剧增加且增长迅速,高压输电技术也随之快速发展。特别是十四五国家碳中和、碳达峰的能源战略下,高电压等级、大长度、大截面和高可靠性电力电缆已成为电网建设和城镇化发展的主要解决方案。
长期以来,我国220kV电压等级以上可交联聚乙烯绝缘料一直依赖进口并存在价格高、供货周期长和供应不稳定等困难,对我国高压电缆产业链和供应链安全造成威胁。
项目“拦路虎”
我国交联电缆生产开始于二十世纪80年代,彼时35kV的XLPE绝缘材料完全依靠进口。自第八个五年计划开始,我国着手开发国产35kV电压等级XLPE电缆绝缘材料,突破了基础树脂生产,材料基本配方构成、材料生产工艺技术、材料中杂质检测等一系列关键技术,完全掌握了这一等级材料的制造方法。
经过几十年的研究与发展,十三五中期我国110kV XLPE绝缘材料制造技术已相对成熟,产品质量也比较稳定,涌现出了以万马高分子为代表的一些具备110kV电缆料生产的企业;但220kV及以上电压等级的电缆料仍未取得有效进展,一度成为限制电力电缆行业技术发展的瓶颈。
从110kV到220kV电压等级的提升,不仅仅是单纯的配方研发,更重要的是在基础理论研究、基础材料、工艺装备及工艺控制等方面的技术突破。
亟需解决的三大核心难题:
(1)超净聚乙烯制备到超净绝缘料合成的不间断全封闭生产系统;
(2)220kV高压电缆用超净专用LDPE系统研究;
(3)220kV高压电缆绝缘料制备的超净化技术与工艺
破局新契机
针对上述问题,亟需组织以电缆绝缘材料生产、电缆制造、试验检测及终端用户共同参与的技术研发团队,以解决国产220kV高压电缆可交联聚乙烯绝缘料复配改性及批量化生产关键技术,实现220kV高压电缆可交联聚乙烯绝缘料产品批量化生产,确保我国高压电缆材料制造自主可控。
研发历程
项目组成立后,立即着手技术研发,首先是在实验室条件下开展了220kV高压交流电缆用可交联聚乙烯绝缘料材料体系研究,包括LDPE基础树脂、抗氧剂、交联剂选型和材料体系设计。
其次,材料体系确定后,随即进行了工艺和生产验证,采用“后吸法”工艺批量化生产制备了多批次220kV高压交流电缆用可交联聚乙烯绝缘料。经验证,材料颗粒色泽和大小均匀,无粉末状物质,无杂质,满足220kV高压交流电缆用可交联聚乙烯绝缘料要求,且不同批次间可交联聚乙烯绝缘料产品一致性良好。
最后,为研究绝缘料与电缆制造生产线的适应性和生产加工性能,在4家不同电缆企业试制了220kV高压电缆样品。依相关产品标准,对220kV电缆绝缘线芯挤出过程进行全程跟踪和检验,电缆样品经国家电线电缆质量监督检验中心的检测,通过了型式试验。
技术鉴定
2021年7月7日,召开了由中国机械工业联合会组织的新产品技术鉴定会。由多位行业专家组成的鉴定委员会一致认为该产品综合性能指标达到国际先进水平,打破了国外技术垄断。
国产绝缘料220kV电缆型式试验现场
随着技术难题的攻克,摆在项目攻关团队面前的新任务是加快推进国产绝缘料220kV高压电缆工程示范应用。
示范工程建设
技术鉴定完成后,项目组立即投入到220kV电缆示范工程的建设中。示范工程项目落地深圳,项目所需电缆料由万马高分子生产供应。
示范工程验收
2021年11月,国内首条总长达11公里的国产220kV绝缘料电缆示范工程在深圳投运,各项运行指标正常。12月16日,项目顺利通过评审验收。
这标志着我国已掌握高压电缆可交联聚乙烯绝缘料自主可控技术,并实现了国产绝缘料规模化生产与工程示范应用。本次示范工程电缆采用万马生产的220kV高压绝缘料,充分验证了国产绝缘料在不同电缆生产线上的适应性。示范工程的成功,也将带动国内更多电缆企业应用国产高压绝缘料。
本工程示范解决了国产高压电缆料从实验室到规模化生产和工程应用的多项技术问题,实现国产高压电缆料自主可控。万马高分子将继续秉承技术创新的万马精神,在国内超高压电缆料的创新之路上奋勇前行,为电缆行业的高质量发展和守护电网安全贡献力量。