kVkV挤包绝缘直流电力电缆使用技术规范.docx
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kVkV挤包绝缘直流电力电缆使用技术规范
附件1
ICS
DL/T XXX—2016
160kV~500kV挤包绝缘直流电缆使用技术规范
TechnicalspecificationsofDCextrudedpowercablesforpowertransmissionatthevoltagesfrom160kVto500kV
(征求意见稿)
2016-××-××发布2016-××-××实施
国家能源局 发布
目次
前 言
《160kV~500kV挤包绝缘直流电缆使用技术规范》是根据《国家能源局关于下达2015年第一批能源领域行业标准制(修)定计划的通知》(国能科技[2015]283号)的要求,经广泛调查研究,认真总结实践经验,并在广泛征求意见的基础上,制订本规范。
本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。
本标准由中国电力企业联合会提出。
本标准由电力行业电力电缆标准化技术委员会归口。
本标准主要起草单位:
本标准主要起草人:
本标准在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化管理中心(北京市白广路二条一号,100761)。
引 言
随着高压直流输电技术的发展和应用,挤包绝缘高压直流电缆因其传输容量大、重量轻、易于安装和维护以及环境友好等优点,在国内外得到广泛重视,目前已投运的挤包绝缘高压直流电缆项目电压等级已达到320kV,容量达到千兆瓦级以上,线路长度通常都在百公里级,同时500kV挤包绝缘电缆已经通过各项试验。
由于直流绝缘的特殊性,绝缘设计中需要特别关注材料电导的温度、电场特性和空间电荷聚积与迁移性能以及内外半导电层对空间电荷的影响等。
又由于电缆系统在运行过程中仍要承受各种过电压,其暂态电场分布又类似于交流电缆,使其直流绝缘和暂态过电压绝缘配合变的更加复杂。
本标准拟在考虑直流电缆的直流绝缘性能和在各种运行条件下的特殊要求,对电缆从材料选型,结构设计,技术条件和绝缘配合等方面提出技术指导原则,使未来各种运行条件下的挤包绝缘直流电缆技术选型更加科学和规范。
本标准是电力行业对160kV~500kV直流输电用挤包绝缘电力电缆提出的技术性能要求和试验依据,可作为产品的研制、生产、检验和现场应用的依据和指导性文件。
160kV~500kV挤包绝缘直流电力电缆使用技术规范
1范围
本标准规定了额定电压160kV~500kV直流输电用挤包绝缘(如交联聚乙烯XLPE)电力电缆的材料选型、技术要求、试验及验收规则、包装、运输及贮存条件。
本标准适用于安装在陆地和海底的160kV~500kV挤包绝缘直流电缆。
其它电压等级直流电缆可以参照执行。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是标注日期的引用文件,仅标注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改条款及说明)适用于本文件。
GB/T1408.2—2006绝缘材料电气强度试验方法第2部分:
对应用直流电压试验的附加要求
GB/T1410—2006固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法
GB/T2951.11—2008电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第11部分:
通用试验方法—厚度和外形尺寸测量—机械性能试验
GB/T2951.12—2008电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第12部分:
通用试验方法—热老化试验方法
GB/T2951.13—2008电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第13部分:
通用试验方法—密度测定方法—吸水试验—收缩试验
GB/T2951.14—2008电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第14部分:
通用试验方法—低温试验
GB/T2951.21—2008电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第21部分:
弹性体混合料专用试验方法—耐臭氧试验—热延伸试验—浸矿物油试验
GB/T2951.31—2008电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第31部分:
聚氯乙烯混合料专用试验方法—高温压力试验—抗开裂试验
GB/T2951.32—2008电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第32部分:
聚氯乙烯混合料专用试验方法—失重试验—热稳定性试验
GB/T2951.41—2008电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第41部分:
聚乙烯和聚丙烯混合料专用试验方法—耐环境应力开裂试验—熔体指数测量方法—直接燃烧法测量聚乙烯中碳黑和(或)矿物质填料含量—热重分析法(TGA)测量碳黑含量—显微镜法评估聚乙烯中碳黑分散度
GB/T3048.4—2007电线电缆电性能试验方法第4部分:
导体直流电阻试验
GB/T3048.8—2007电线电缆电性能试验方法第8部分:
交流电压试验
GB/T3048.12—2007电线电缆电性能试验方法第12部分:
局部放电试验
GB/T3048.13—2007电线电缆电性能试验方法第13部分:
冲击电压试验
GB/T3048.14—2007电线电缆电性能试验方法第14部分:
直流电压试验
GB/T3082—2008铠装电缆用热镀锌或热镀锌—5%铝—混合稀土合金镀层低碳钢丝
GB/T3280—2007不锈钢冷轧钢板和钢带
GB/T3956—2008电缆的导体
GB/T5470—2008塑料冲击脆化温度试验方法
GB/T6995.3—2008电线电缆识别标志方法第3部分电线线缆识别标识
GB/T9771.1~9771.6—2008通信用单模光纤
GB/T11017.1—2002额定电压110kV交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件第1部分:
试验方法和要求
GB/T12357.1—2004通信用多模光纤第1部分:
A1类多模光纤特性
GB/T12706.3—2008额定电压1kV(Um=1.2kV)到35kV(Um=40.5kV)挤包绝缘电力电缆及附件第3部分额定电压35kV(Um=40.5kV)电缆
GB/T15972.20—2008光纤试验方法规范第20部分:
尺寸参数的试验方法和试验程序光纤几何参数
GB/T15972.21—2008光纤试验方法规范第21部分:
尺寸参数的试验方法和试验程序涂覆层几何参数
GB/T15972.22—2008光纤试验方法规范第22部分:
尺寸参数的试验方法和试验程序长度
GB/T15972.40—2008光纤试验方法规范第40部分:
传输特性和光学特性的测量方法和试验程序衰减
GB/T15972.42—2008光纤试验方法规范第42部分:
传输特性和光学特性的测量方法和试验程序波长色散
GB/T15972.44—2008光纤试验方法规范第44部分:
传输特性和光学特性的测量方法和试验程序截止波长
GB/T15972.45—2008光纤试验方法规范第45部分:
传输特性和光学特性的测量方法和试验程序模场直径
GB/T18380.12—2008电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验第12部分单根绝缘电线电缆火焰垂直蔓延试验1kW预混合型火焰试验
GB/T18480—2001海底光缆规范
GB/T18890.2—2015额定电压220kV(Um=252kV)交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件第2部分:
电缆
GB/T31489.1-2015额定电压500kV及以下直流输电用挤包绝缘电力电缆系统第1部分:
试验方法和要求
GJB2454—1995军用光缆填充胶规范
JB/T5268.2—1991电缆金属套第2部分:
铅套
JB/T8137电线电缆交货盘
JB/T10696.5—2007电线电缆机械和理化性能试验方法第5部分腐蚀扩展试验
JB/T10696.6—2007电线电缆机械和理化性能试验方法第6部分挤出外套刮磨试验
YD/T769—2010中心管式通信用室外光缆
IEC60840额定电压30kV(Um=36kV)至150kV(Um=170kV)挤出绝缘电力电缆及其附件试验方法和要求(Powercableswithextrudedinsulationandtheiraccessoriesforratedvoltagesabove30kV(Um=36kV)upto150kV(Um=170kV)-Testmethodsandrequirements)
IEC62067额定电压150kV(Um=170kV)至500kV(Um=550kV)挤出绝缘电力电缆及其附件试验方法和要求(Powercableswithextrudedinsulationandtheiraccessoriesforratedvoltagesabove150kV(Um=170kV)upto500kV(Um=550kV)–Testmethodsandrequirements)
IEC20687-1-1-2014额定电流方程(100%负载系统)和电损耗计算(Calculationofthecurrentrationg-part1-1:
Currentratingequations(100%loadfactor)andcalculationoflosses)
IEC20687-2-1-2006热阻计算(Calculationofthecurrentrationg-part2-1:
Thermalresistance-Calculationofthermalresistance)
CIGRETB623-2015海底电缆机械试验推荐试验方法[Recommendationsformechanicaltestingofsubmarinecables]
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。
3.1
直流输电电缆dctransmissioncable
单极或双极高压直流输电系统中的高压直流电缆。
3.2
型式试验typetest
按一般商业原则对一种型号电缆系统在供货前进行的试验,以证明其具有符合预期使用要求的良好性能。
注:
除非电缆的材料、制造工艺、结构或设计电场强度可能改变其性能特性,否则不需要重复进行。
3.3
预鉴定试验prequalificationtest
按一般商业原则对一种型号电缆系统在供货前进行的试验,以证明该电缆系统具有满意的长期运行性能。
3.4
例行试验routinetest
由制造商在成品电缆的所有制造长度上进行的试验,以检验其是否符合标准的要求。
3.5
抽样试验sampletest
由制造商按规定的频度在成品电缆上进行的试验,以检验其是否符合标准的要求。
3.6
特殊试验specialtest
针对直流海底电缆,为测试其机械性能而开展的相关试验。
4使用特性
4.1额定电压
电缆的额定电压用符号U0表示,为电缆系统设计用的施加于导体与金属屏蔽之间的直流电压,可作为试验电压的基准值。
因目前尚无标准规定直流输电的额定电压序列,本标准推荐的挤包绝缘直流电力电缆额定电压等级如下:
U0=160kV,200kV,250kV,320kV,400kV,500kV
根据工程需求,可采用其它电压等级。
4.2 导体标称截面
电缆导体标称截面(mm2)优化选取值为:
推荐在下列数值中选取,具体值根据直流输电工程系统研究和成套设计最终结果确定:
300,400,500,630,800,1000,1200,(1400),1600,(1800),2000,(2200),2500,3000。
其中括号内截面积和其他截面为非优选截面。
用户要求时,允许采用其它截面的导体。
4.3工作温度
电缆正常运行时导体最高工作温度为70℃,交联聚乙烯XLPE绝缘层(不包括半导电层)内外最大温差为20℃。
短路时(最长持续时间不超过5s),电缆导体允许最高温度为160℃。
4.4弯曲半径
安装敷设电缆时,环境温度应不低于0℃,允许的最小弯曲半径为电缆直径的20倍。
4.5载流量
电缆的载流量计算推荐采用解析计算法,计算时需考虑绝缘层最大允许温差。
5技术要求
5.1结构、工艺与寿命要求
直流海底电缆应具有导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、金属护套、PE内护套、光纤单元、铠装层、外被层等主要结构层,并采用纵向阻水结构。
直流陆地电缆应具有导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、金属屏蔽层、聚合物护套等主要结构层,并采用纵向阻水结构。
交联工艺必须是全封闭干式交联,内、外半导电层与绝缘层三层共挤。
内外护套及结构应根据现场环境条件及敷设情况设计。
电缆需具备防水、防腐蚀、防盐碱、防地震等特性,并能够在该恶劣条件下安全、可靠地工作30年以上。
电缆牵引头应压接在导体上,与金属套的密封优先采用焊接密封,密封性能良好,并能承受与电缆相同的敷设牵引力和侧压力。
电缆内端头采用钢制或铝制封帽,与金属套的密封采用铅封或焊接密封,密封性能良好。
5.2导体
导体应采用符合GB/T3956—2008的第2种紧压铜导体。
电缆导体可采用阻水结构,其纵向阻水性能应符合GB/T31489.1—2015中的6.3.8.1;海底电缆导体应采用阻水结构,以防止电缆损坏后海水进入导体,其纵向阻水性能应符合GB/T31489.1—2015中的6.3.8.2.2。
5.3导体屏蔽
5.3.1导体屏蔽材料
导体屏蔽应为挤出的半导电层,挤包的半导电层应和绝缘紧密结合,其与绝缘层的界面应连续光滑,无明显绞线凸纹、尖角、颗粒、烧焦或擦伤痕迹。
其允许工作温度不小于绝缘层允许工作温度。
标称截面500mm2及以上电缆导体屏蔽应由绕包的半导电带和在其上挤包的半导电层复合而成。
导体屏蔽料从生产之日到使用不应超过一年。
5.3.2导体屏蔽工艺要求
导体屏蔽电阻率应符合GB/T31489.1—2015中的6.4.8的规定,试验应按照GB/T11017.1—2014中附录D的规定进行,测试应在90℃下进行,老化前和老化后导体屏蔽电阻率应不超过1000Ω∙m。
导体屏蔽与绝缘层界面的微孔和突起试验应符合GB/T31489.1—2015中的6.3.4的规定,试验应按照GB/T11017.1—2014中附录H的规定进行,半导电屏蔽层与绝缘层界面应无大于0.05mm的微孔;导体半导电屏蔽层与绝缘层界面应无大于0.125mm进入绝缘层的突起和大于0.125mm进入半导电屏蔽层的突起。
5.4绝缘
5.4.1绝缘材料
本技术规范适用的绝缘材料类型应是直流电缆用交联聚乙烯(缩写符号为DC-XLPE),或其他改性添加的聚合物材料。
绝缘料从生产之日到使用不应超过一年。
5.4.2绝缘厚度
基于以下参数的计算和验证来确定绝缘厚度:
导体工作温度;绝缘电导率与温度、场强的关系;绝缘层内空间电荷分布;绝缘和半导电界面空间电荷的分布;在预期的敷设条件下,绝缘层内部电场的分布;不同温度下绝缘的直流击穿和冲击击穿特性。
本标准推荐的绝缘标称厚度见附表A.1,该厚度是基于导体最高工作温度为70ºC,绝缘内外温差为20℃,绝缘电导率随温度的升高呈单调上升且γ70/γ30≤100,在温度梯度下测试电场(10~20)kV/mm下由于空间电荷引起绝缘层内各处电场强度的畸变率不大于20%。
绝缘厚度的平均值应不小于标称值,其最小测量厚度应不小于标称值的90%:
tmin≥0.9tn
绝缘偏心度应不大于0.15:
≤0.15
式中:
tmax—最大厚度,单位为毫米(mm);
tmin—最小厚度,单位为毫米(mm);
tn—标称厚度,单位为毫米(mm)。
注:
其中tmax和tmin为绝缘同一截面上的测量值。
导体和绝缘上的半导电屏蔽层厚度应不包括在绝缘厚度中。
5.4.3绝缘性能
电缆绝缘的机械物理性能和电气性能应符合表1要求。
表1绝缘的机械物理性能和电气性能试验要求
序号
试验项目
单位
试验要求
试验方法
1
绝缘老化前后
机械性能试验
1)老化前
最小抗张强度
最小断裂伸长率
N/mm2
%
12.5
200
GB/T2591.11—2008
2)空气烘箱老化后
试验条件:
温度
持续时间
抗张强度最大变化率
断裂伸长率最大变化率
℃
h
%
%
135±3
168
±25
±25
GB/T2591.12—2008
3)材料相容性的老化试验
试验条件:
温度
持续时间
抗张强度最大变化率
断裂伸长率最大变化率
℃
h
%
%
100±2
168
±25
±25
GB/T2591.12—2008
2
热延伸试验
试验条件:
温度
持续时间
机械应力
负荷下最大伸长率
冷却后最大永久伸长率
℃
min
N/mm2
%
%
200±3
15
0.2
175
15
GB/T2591.21—2008
3
热收缩试验
试验条件:
温度
持续时间
最大收缩率
℃
h
%
130±3
6
4.5
GB/T2591.13—2008
4
吸水试验
试验条件:
温度
持续时间
重量增加,最大
℃
h
mg/cm2
65±2
336
1
GB/T2591.13—2008
5
冲击脆化温度试验
试验温度
冲击脆化性能
℃
失效数
-76
≤15/30
GB/T5470—2008
6
凝胶含量试验
试验条件:
温度
凝胶含量
℃
%
23±2
≥80
JB/T10437—2004
7
体积电阻率试验
试验温度:
30℃
70℃
Ω∙m
Ω∙m
≥1.01014
≥1.01012
GB/T1410—2006
GB/T31489—20156.4.9附录A
8
直流击穿强度试验
试验温度:
30℃
70℃
kV/mm
kV/mm
≥200
≥150
GB/T1408—2006
9
空间电荷试验
试验温度:
20℃,电场畸变率
70℃,电场畸变率
温度梯度40℃,电场畸变率
%
%
%
≤30
≤20
≤20
GB/T31489—2015附录B
5.4.4绝缘工艺要求
5.4.4.1绝缘中的微孔和杂质及半导电屏蔽层与绝缘层界面的微孔与突起
绝缘中的微孔和突起试验应符合GB/T31489.1中的6.3.4的规定,试验应按照GB/T11017.1—2014中附录H的规定进行,试验结果应符合以下要求:
1)绝缘中无大于0.05mm的微孔;大于0.025mm、小于等于0.05mm的微孔在每16.4cm3体积中应不超过30个;
2)绝缘中无大于0.125mm的不透明杂质;大于0.05mm、小于等于0.125mm的不透明杂质在每16.4cm3体积中应不超过10个;
3)绝缘中无大于0.25mm的半透明棕色杂质;
4)半导电屏蔽层与绝缘层界面应无大于0.05mm的微孔;
5)导体半导电屏蔽层与绝缘层界面应无大于0.125mm进入绝缘层的突起和大于0.125mm进入半导电屏蔽层的突起;
6)绝缘半导电屏蔽层与绝缘层界面应无大于0.125mm进入绝缘层的突起和大于0.125mm进入半导电屏蔽层的突起。
5.4.4.2直流电缆绝缘工艺要求
供货商应提供直流电缆绝缘料的基础配方、制备工艺、加工流变性能等参考数据。
同时,应提供交联工艺条件、冷却工艺、脱气工艺等直流电缆绝缘材料制备条件。
绝缘线芯放置在烘房内按规定的温度(70±5℃)和时间(480h)脱气,然后自然冷却48h。
5.5绝缘屏蔽
绝缘屏蔽应为与绝缘层同时挤出的半导电层,与绝缘层牢固的粘结,半导电层与绝缘层的界面应连续光滑,无明显尖角、颗粒、烧焦及擦伤的痕迹。
其允许工作温度不小于绝缘层允许工作温度。
半导电料从生产之日到使用不应超过一年。
绝缘屏蔽电阻率应符合GB/T31489.1中的6.4.8的规定,试验应按照GB/T11017.1—2014中附录D
的规定进行,测试应在90℃下进行,老化前和老化后绝缘屏蔽电阻率应不超过500Ω∙m。
绝缘屏蔽与绝缘层界面的微孔和突起试验应符合GB/T31489.1中的6.3.4的规定,试验应按照GB/T11017.1—2014中附录H的规定进行,绝缘半导电屏蔽层与绝缘层界面应无大于0.125mm进入绝缘层的突起和大于0.125mm进入半导电屏蔽层的突起。
5.6纵向阻水缓冲层
对于直流电缆,如果有纵向阻水要求,在金属层周围绕包纵向阻水层,其纵向阻水性能应符合GB/T31489.1—2015中6.3.8.1中陆地电缆透水试验的规定;对于直流海底电缆,在挤包的绝缘半导电屏蔽层外应有纵向阻水缓冲层,其纵向阻水性能应符合GB/T31489.1—2015中6.3.8.2中海底电缆透水试验的规定。
纵向阻水缓冲层应采用半导电的阻水膨胀带绕包而成。
阻水膨胀带应绕包紧密、平整,其可膨胀面应面向金属屏蔽层。
纵向阻水缓冲层材料应与适合电缆的运行温度并与其相接触的其他材料相容。
阻水缓冲层应使绝缘半导电屏蔽层与金属屏蔽层保持电气连接。
阻水缓冲层厚度应能满足补偿电缆运行中热膨胀要求。
5.7金属屏蔽
5.7.1铜丝屏蔽
铜丝屏蔽应由同心疏绕的软铜线组成,铜丝屏蔽层的表面上应用铜丝或铜带反向扎紧。
屏蔽铜丝的直径不应小于1mm,相邻屏蔽铜丝的平均间隙应不大于4mm。
5.7.2金属套屏蔽
对于直流电缆,可采用铅套或铝套作为径向防水层,金属套可作为金属屏蔽;对于直流海底电缆,铅套可作为金属屏蔽。
当金属套的厚度不能满足用户对短路容量的要求时,应采取增加金属套厚度或增加铜丝屏蔽的措施。
5.7.2.1铅套
铅套应采用符合JB/T5268.2规定的铅合金,也可采用与此性能相当或较优的铅合金,铅套应为松紧适当的无缝铅管。
铅套的标称厚度按下式计算:
a)直流陆地电缆:
D=0.03D+0.8
b)直流海底电缆:
D=0.03D+1.1
式中:
D—铅套的标称厚度,mm;
D—铅套前假定直径,mm。
所有假设直径的计算均按GB/T12706.3附录A进行,纵向阻水层应在计算中忽略不计,计算结果修约至0.1mm。
铅套最薄处厚度应不小于标称厚度的95%-0.1mm。
5.7.2.2铝套
铝套应采用纯度不小于99.6%的铝或铝合金制造,铝带伸长率应不小于16%。
铝套可采用皱纹铝套或平铝套。
铝套的标称厚度应按照下列公式计算:
a)皱纹铝套:
D=0.02D+0.6
b)平铝套:
D=0.03D+0.8
式中:
D—铝套的标称厚度,mm;
D—铝套前假定直径,mm。
铝套最薄处厚度应不小于标称厚度的85%-0.1mm。
5.8外护套
5.8.1护套材料
本技术规范的各项试验规定适用于以下两种类型外护套:
——以聚氯乙烯(PVC)为基材的ST2;
——以聚乙烯(PE)为基材的ST7。
护套类型的选择取决于电缆的设计和运行时的机械、热性能和阻燃性能的要求。
非金属外护套应有良好的防腐蚀、防蚁、防潮性能。
外护套如需增加“退灭虫”(“Termigon”)或“退敌虫”防蚁护层,需采用双层护套结构,其中内层护套应采用高密度PE(HDPE)护套料,外层
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