讲解人：汤 浩讲解人：汤 浩

重庆泰山电缆 重庆泰山电缆 2011.122011.12

风电电缆简介风电电缆简介

一、背 景

风力发电是目前可再生能源中技术发展最快、最成熟、最具大规模开发和商业化前景的发电方式，同时风能取之不尽用之不竭，是一种清洁的、可再生的绿色能源，对于调整能源结构、减轻环境污染、实现可持续发展等有着重要的推动作用。

我国幅员辽阔，海岸线长，风力资源可谓极其丰富，国内 10 m 高度层的风能资源总储量达到了 32． 26亿kW ，实际可开发利用的达 2 ． 53亿 kW 。

1986年 4 月，中国第一个风电场在山东荣成并网发电。 2006 年我国共有 91 个风电场，安装有风力机组3311 台，累计装机容量 260万 kW 。而至 2007 年底，我国已建成 158 个风电场，累计装机 6469 台，装机容量已达到了 605万 kW 。目前，国内风电装机容量已超过 700万 kW 。

目前已有 100 多个国家和地区开始发展风电，主要市场集中在欧洲、亚洲和北美洲。我国海上有丰富的风能资源和广阔平坦的区域，可利用的风能资源超过 7.5 亿千瓦，而且距离电力负荷中心很近，使得近海风力发电技术成为近来研究和应用的热点。海上风力发电场将成为未来风能应用和发展的重点，海上风力发电也是近年来国际风力发电产业发展的新领域。代表了当今风电技术的最高水平，开发前景光明，备受各国关注。海上风电发展最快的英国 2010 年海上风电装机突破 100 万千瓦。而我国海上风电装机容量在 2010 年世界海上风电装机 350 万千瓦中只占 4% 左右。

二、风电发电系统概述

图 1 风能发电系统组成

风能发电系统主要由风轮、传动机构、发电机、塔筒、迎风和限速等机构组成。发电原理是利用风力推动叶轮旋转，通过传动机构，带动发电机的转轴转动，将机械能转变成电能。

大型风力发电机组发出的电能，可直接并到电网上，向电网馈电；小型风力发电机一般将风力发电机组发出的电能，用蓄电池储存起来，需要时再提供给负载。风能发电机组由计算机系统自动控制，国内发电机组设计寿命一般在 25～ 30 年左右。 目前，我国海上风电场升高电压通常采用二级升压方式（少数采用三级），即风电机输出电压 690V经箱变升压至 35kV后，分别通过 35kV 海底电缆汇流至110kV或 220kV升压站，最终通过 110kV或220kV 线路接入电网。

一般来说，如果风电场较小（ 100MW以内）且离岸较近（不超过 15km），可选用 35kV 海底光电复合缆直接把电能传送到岸上升压站。若海上风电场容量较大且离陆地较远，考虑到 35kV 电缆传输容量、电压降、功率因数等问题，大多采用设立海上升压站的方式，岸上升压站可根据实际情况确定是否设立。 海底电缆的电压等级可根据各国各地区不同的电网形式进行选择，如欧洲国家选用 20kV或 30kV 中压海底电缆汇集风场电能至岸上或海上升压站，我国主要采用35kV 海底电缆。图 2 为三种不同的输送方式。

三、风电电缆

风电电缆的种类：

连接机舱和塔架部位的耐扭曲电缆；设备、仪器、仪表用屏蔽型控制电缆；数据连接线；中低压输电电缆。

风电电缆的选择原则：

由于风机塔筒存在扭动及轴向位移，因此塔筒电缆需要选择抗扭动、延展性好的耐扭曲电缆。风电场集电线路的电缆选择普通的电力电缆即可满足要求。选择电缆时，但要充分考虑到项目所在地的自然气候条件、地形、地域特点。

风电电缆的标准情况 国外风机领军企业的标准：• Gamesa公司：动力电缆 IEC 60502标准&UNE20460.5 技术要求，

电缆型号有： DN-F（耐扭转）、 DN-K（固定敷设）• 美国 GE公司： DIN VDE 0245,0250&DIN VDE 0282 ，电缆型号有：HO7EN-F,H0BN4-F ；与UL44、UL62标准，型号：RHH、 RHW、 RHW-2

• Vestas公司：标准： 002-1770 VO2 EN-0002-1770 ERP NO.901782rev.01 ERP NO.901784rev.02• Suzlon公司：动力电缆 IEC 60502标准等• Siemens公司： PS557916、 IEC 60245标准&HD22.1 等 国内标准：• 国家电线电缆质量监督检验中心技术规范• TICW/ 01—2009 额定电压 1.8/3kV及以下风力发电用耐扭曲软电缆

技术规范 TICW/ 01—2009 对耐扭曲软电缆的主要要求

风电电缆特性： 电缆弯曲半径的要求：电缆的最小弯曲半径为电缆直径的 6 倍；

对电缆能适应的环境温度要求。风电电缆结构：导体：应采用 GB/T 3956 中规定的第 5 种铜或镀锡铜导体； 20℃ 时的直流电阻应符合GB/T 3956 中第 5 种铜导体的规定要求。

绝缘、护套：规定了绝缘及护套的材料，主要为耐寒、弯曲性能好地弹性体或橡胶类材料。

绝缘混合料 代号导体最高温度℃

正常运行时 短路时（最长持续 5s）

70℃乙丙橡皮或其相当绝缘材料 IE4 70 140

90℃乙丙橡皮或其他相当绝缘材料 EPR 90 250

硅橡胶橡皮或其相当绝缘混合料 G 90 250

护套混合料 代号 正常运行时导体最高温度℃氯丁橡皮或其他相当的合成弹性体 SE4 70

热塑弹性体 TPV-7、 TPV-90

70、 90

氯磺化橡皮或其他相当的合成弹性体 SH 90

硅橡胶橡皮或其相当混合物 G 90

聚氨酯弹性体 TPU 90

绝缘材料

护套材料

1.8/3kV及以下风力发电用耐扭曲软电缆典型结构

绕包带填充

弹性体或橡胶材料护套

GB/T3956 5符合 第 种铜导体弹性体或橡胶材料绝缘

风力电缆特殊性能试验 风力发电机用电缆扭转试验方法

a. 常温下扭转试验；b. 低温下的扭转试验；c. 高温下的扭转试验。 电缆紫外线光老化试验 耐湿性试验

风电电缆的发展趋势风电机组的发展趋势a.机组功率不断增大；b.地域分布更广；c.对安全可靠性要求更高。

风电机组的功率发展方向

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

1980 1985 1990 1995 2000 2005年份

kW

为适应风电机组的发展，风电电缆的技术发展方向a.采用传统 690V 发电，势必增加输电电缆的数量和采取更大直径的电缆—对耐扭曲电缆的负重和抗扭能力力提出更高的要求。b.放弃传统 690kV 发电，而采取 3.3kV 中压发电；或箱变置于机舱，采用 35kV输电—对耐扭曲电缆的电压等级提出更高要求。c.地域由西北、东北转向高原、沙漠、海洋等，—对耐扭曲电缆的环境适应性提出了更广泛的要求。d.对安全可靠性的需求—对耐扭曲电缆的寿命评估提出了要求。

总结思考目前风电电缆市场极为不规范，产品良莠不齐，缺少规范性的标准，从 2010 年市场抽样数据反映， 70%以上的风电电缆不合格。国家电线电缆质量监督检验中心正在起草 1.8/3kV 风电电缆的国家标准，期待该标准颁布执行后对风电电缆市场起到良好的规范作用。针对不同的环境要求，需要对风电电缆性能、检验规则进行细分。对中压风电电缆的标准制定应提上日程。应对风电电缆的寿命评定做出要求，制定相对应的检测手段。