淺析海底電力電纜需求增長的三大因素

根據(jù)Technavio發(fā)布的海底電力電纜市場研究報告稱，2016-2020年，海底電力電纜市場需求年復(fù)合增率約為5.89%。其中，原材料價格波動、高壓直流電纜需求增加以及研發(fā)投入加大是促進海底電力電纜需求穩(wěn)定增加的三大新興趨勢。

　　到2020年，海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)是海底電力電纜zuì主要的終端應(yīng)用市場。能源企業(yè)加大對海底電力電纜的投入與建設(shè)是為了進一步提高輸電有效性，zuì終保障陸地電力供應(yīng)。

　　與此同時，對可再生能源電力投資加大，包括潮汐能、波浪能、海上風(fēng)電將持續(xù)促進該市場需求增長。

　　原材料價格波動

　　用于生產(chǎn)電力電纜的主要原材料是鋁材和銅材。電纜本身就是料重工輕的行業(yè)，所以原材料價格波動對電纜制造商的影響非常直接。截止2015年12月，原材料價格成本占海底電力電纜生產(chǎn)成本的近85%。

　　其中，銅材和鋁材的成本則占生產(chǎn)總成本的50%左右。因此，銅鋁和其他必要原材料價格波動，再加之燃料和能源成本價格波動對電纜制造商銷售成本和收入都產(chǎn)生了非常大的影響。為此，電纜制造商試圖通過成品協(xié)商價格變化來減少金屬價格波動帶來的影響。

　　報告中認為，通過提高成品售價可以實現(xiàn)毛利潤率增加的目的，以減少原材料價格成本波動的風(fēng)險，但前提是成品市場供不應(yīng)求。

　　高壓直流電纜銷售增加

自承式通信電纜HYAC 50x2x0.5 　　高壓直流地下電纜是長距離高壓電力輸送的一個可行選擇。歐洲委員會已經(jīng)篩選出43個主要能源項目來打造跨境基礎(chǔ)設(shè)施，以實現(xiàn)單一能源市場，提高區(qū)域能源ān全。在這些項目中都需要大量的電力從歐洲一個國家輸送至另一個國家。因此，到2020年，歐洲市場將成為高壓直流電纜的主要需求市場。

　　此外，質(zhì)量輕、低損耗等特點也使得高壓直流電纜成為比交流電纜更具優(yōu)勢的選擇，尤其是在海底輸電市場。

　　研發(fā)投入加大

　　報告中認為，研發(fā)投入增加是促進未來海底電力電纜市場需求穩(wěn)定增長一大原因。海上風(fēng)電市場的迅猛增長為研發(fā)創(chuàng)造了更多機會。不同替代性能源資源需要不同類型的電力電纜來實現(xiàn)電力的穩(wěn)定輸送。

　　因此，電纜制造商們將不斷加大對新電纜技術(shù)的投入，實現(xiàn)耿長距離、更低損耗的高壓電力輸送。

　　不僅如此，由于產(chǎn)品同質(zhì)化競爭嚴重，電纜制造商不斷加大新產(chǎn)品研發(fā)，以使企業(yè)保持競爭力。

　　報告中還指出，未來海底電力電纜的發(fā)展趨勢(包括高壓/特高壓電纜)：

　　·　濕式設(shè)計向干式絕緣轉(zhuǎn)變，有利于電纜外圍環(huán)境條件;

　　·　低電應(yīng)力向高應(yīng)力轉(zhuǎn)變;

　　·　大直徑尺寸向小直徑轉(zhuǎn)變;

　　·　電纜質(zhì)量更輕;

　　·　短程向長距離目的地配送。

電纜故障的性質(zhì)與分類

1. 以故障材料特征分類

可分為串聯(lián)故障、并聯(lián)故障及復(fù)合故障三類。

（1）串聯(lián)故障

串聯(lián)故障（金屬材料缺陷）是指電纜一個或多個導(dǎo)體（包括鉛、鋁外皮）斷開的故障。它是廣義的電纜開路故障。因纜芯的連續(xù)性受到破壞，形成斷線或不*斷線。不*斷線尤其不容易發(fā)現(xiàn)。串聯(lián)故障具體可分為：一點開斷、多點開斷、一相斷線、多相斷線等。

（2）并聯(lián)故障

并聯(lián)故障（絕緣材料缺陷）是指導(dǎo)體對外皮或?qū)w之間的絕緣水平下降，不能承受正常運行電壓而發(fā)生的短路故障。它是廣義的電纜短路故障。這類故障由于纜芯之間或纜芯對外皮間的絕緣破壞而形成短路、接地、閃絡(luò)擊穿等現(xiàn)象，在現(xiàn)場出現(xiàn)頻率較高。并聯(lián)故障具體可分為：一相接地、兩相接地、兩相短路、三相短路等。

（3）復(fù)合故障

復(fù)合故障（絕緣材料、金屬材料都出現(xiàn)了缺陷）是指纜芯與纜芯之間的絕緣均出現(xiàn)故障。它包括一相斷線并接地、兩相斷線并接地、兩相短路并接地等。

2. 以故障點絕緣特征分類

根據(jù)電纜故障點絕緣電阻Rf與擊穿間隙G的情況，電纜故障又可分為開路故障、低阻故障、高阻故障、閃絡(luò)故障四大類。該分類法為現(xiàn)場電纜故障zuì基本的分類方法，特別有利于探測方法的選擇。

其中，間隙擊穿電壓UG的大小取決于故障點放電通道（即擊穿間隙）的距離G，絕緣電阻Rf 的大小取決于故障點電纜介質(zhì)碳化程度，分布電容 Cf 的大小取決于故障點受潮程度。

（1）開路故障

電纜金屬部分的連續(xù)性受到破壞，形成斷線，且故障點的絕緣材料也受到不同程度的破壞?，F(xiàn)場用兆歐表測其絕緣電阻Rf 為無窮大（∞），但在直流耐壓試驗時，會出現(xiàn)電擊穿；檢查芯線導(dǎo)通情況，有斷點?，F(xiàn)場一般以一相或二相斷線并接地的形式出現(xiàn)。

（2）低阻故障

電纜絕緣材料受到損傷，出現(xiàn)接地故障?，F(xiàn)場用兆歐表測其絕緣電阻Rf小于10Z0（Z0為電纜的波阻抗，一般取10～40Ω之間）?，F(xiàn)場一般低壓動力電纜和控制電纜出現(xiàn)低阻故障的幾率較高。

（3）高阻故障

電纜絕緣材料受到損傷，出現(xiàn)接地故障?，F(xiàn)場用兆歐表測其絕緣電阻Rf 大于10Z0，在直流高壓脈沖試驗時，會出現(xiàn)電擊穿。高阻故障是高壓動力電纜（6KV或10KV電力電纜）出現(xiàn)幾率zuì高的電纜故障，可達總故障的80%以上。

現(xiàn)場實測時，筆者一般取Rf =3KΩ為劃分高阻與低阻故障的界線。因為Rf =3KΩ時，恰好能得到回線法電橋jīng確測量所必需的10～50mA的測量電流。

自承式通信電纜HYAC 50x2x0.5 （4）閃絡(luò)故障

電纜絕緣材料受到損傷，出現(xiàn)閃絡(luò)故障?，F(xiàn)場用兆歐表測其絕緣電阻Rf為無窮大（∞），但在直流耐壓或高壓脈沖試驗時，會出現(xiàn)閃絡(luò)性電擊穿。閃絡(luò)性故障比較難測，特別是新敷設(shè)的電纜進行預(yù)防性試驗出現(xiàn)閃絡(luò)故障時?，F(xiàn)場一般使用直流閃絡(luò)法進行探測。

3. 以故障觸發(fā)原因及故障點特征分類

根據(jù)電力電纜在運行或預(yù)防性試驗中，電纜、電纜頭及中間盒出現(xiàn)不同特點的絕緣破壞，還可分為放炮故障、擊穿故障和運行故障三類。

（1）放炮故障

在工礦企業(yè)，運行中的電力電纜，由于種種原因，絕緣出現(xiàn)嚴重損壞，產(chǎn)生跳閘的事故。稱為電纜放炮。這類故障的特點是：電纜故障點多數(shù)有鉛包或銅皮破裂，外部有不同程度的變形；電纜故障性質(zhì)常表現(xiàn)為兩相短路接地或兩相斷線并接地，其接地電阻一般較小，解剖故障點，可發(fā)現(xiàn)電弧擊穿的碳化點或樹狀放電碳道與裂痕。電纜放炮故障，其故障特征明顯，大多數(shù)情況下，運行值班人員都能提供放炮大致位置。所以，這類故障除少數(shù)較復(fù)雜的情況需測距外，一般只要用萬用表測定故障的具體性質(zhì)（單相接地、短路接地、斷線接地等），可用聲測法直接定點，簡單明了。

（2）擊穿故障

實際工作中，因預(yù)防性試驗而觸發(fā)的電纜絕緣破壞事件，習(xí)慣稱為電纜擊穿。該類故障均發(fā)生在直流實驗電壓下，其絕緣破壞為電擊穿，接地點一般鉛包或銅皮完好，外部無明顯變形（機械創(chuàng)傷除外）。電纜擊穿故障多為單純性接地故障，其接地故障較高，解剖故障點，絕緣材料沒有碳化點，但通過儀器可發(fā)現(xiàn)碳孔和水樹枝老化結(jié)構(gòu)。對電纜擊穿故障，特別是一些高阻接地性電纜擊穿故障，其測試難點在測距。由于該類故障較為隱蔽，測試參數(shù)復(fù)雜多變，缺少規(guī)律性，所以能否迅速發(fā)現(xiàn)電纜故障點，測距是關(guān)鍵。"高壓回線法"、"電錘法"均具有探測該類故障zuì有效的方法。

（3）運行故障

它是指工廠電力系統(tǒng)在運行中，電纜饋出線、電機、變壓器的電纜引線，其高壓二次回路出現(xiàn)電壓波動或發(fā)現(xiàn)接地信號（有接地保護的電力元件出現(xiàn)接地跳閘），排除其他電力元件故障的可能性而確定的電纜故障。這類故障的zuì大特點就是不明確。電纜運行故障的形式就是電纜放炮（如兩點接地引發(fā)的相間短路）；另一部分運行故障在做停點檢查時，由于耐壓通不過而發(fā)展成電纜擊穿故障（如電纜老化、絕緣缺陷等）；還有一部分電纜運行故障是由于電纜引出線安裝位置不當(dāng)（如電纜相間或?qū)Φ鼐嚯x不夠、電纜頭臟污或電機基礎(chǔ)進水等），這些故障主要進行一些簡單處理即可；zuì不明確的是那些瞬時接地、產(chǎn)生不穩(wěn)定閃絡(luò)的電纜運行故障。該類故障在電纜停電后，絕緣電阻測量和直流耐壓實驗有相當(dāng)部分可以通過，再把電纜投入系統(tǒng)后，也能正常運行一段時間；剩下的就是單相接地電纜故障，它們約占電纜運行故障的40%，這種接地故障一般外部也沒有明顯變形，接地電阻也不太高（一般幾十至幾百歐）。解剖故障點有細微的碳化點。

電纜運行接地故障原因有兩種：其一，由于電纜運行時間較長，絕緣層出現(xiàn)自然老化；其二，電纜在腐蝕環(huán)境中，電纜護套被迅速破壞，腐蝕性氣體侵入絕緣層使其劣化。電纜絕緣層不管出現(xiàn)老化還是劣化，其擊穿電壓都會下降，zuì終導(dǎo)致額定工頻電壓下的電擊穿，從而產(chǎn)生電纜接地故障。這類故障可用"低壓回線法"探測；用"電錘法"探測，效果也較好。