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光伏电站使用专用电缆的必要性
光伏电站使用专用电缆的必要性

  我国是一个能源生产和消费大国,但我国能源开采和利用技术落后,传统高能耗产业比重大,单位GDP能耗落后于发达国家。能源供需矛盾将进一步加剧。同时我国又是世界上最大的发展中国家,经济高速发展,我国能源消耗增长速度居世界首位,加剧了我国能源替代形势的严重性和紧迫性。

  光伏发电资源普遍,系统结构简单,体积小且轻,运行维护简单,清洁安全、无噪声、可靠性高、寿命长,经济性有比较优势。无论从能源安全的长远战略角度出发,还是从调整和优化能源结构需求考虑,大力发展光伏发电都是保障我国能源安全的重要战略措施之一。

  近年来,在国家相关政策支持、引导下,太阳能光伏发电产业迅猛发展,光伏电站装机容量逐年递增。但因国产光伏电站专用电缆的研发及其市场推广工作相对滞后,在光伏电站建设及运行过程中,光伏电站设备连接电缆仍采用常规电缆。

  因常规电缆在设计及制造过程中没有考虑复杂多变的光伏电站使用和敷设环境等因素而无法满足使用要求,导致光伏电站质量问题频发。特别是常规电缆本身的性能无法满足电站使用环境的要求而导致的质量问题尤为明显。

  专用的光伏电缆按照复杂多变的光伏电站使用环境进行设计,能够满足光伏电站的敷设、运行要求。在光伏电站特别是直流侧使用专用光伏电缆能够有效减少质量问题的发生。

  本文根据不同地区光伏电站所处环境,明确了作为光伏电站设备连接用电缆必须具备的相应技术特性,并通过对比常规电缆与光伏电缆在性能上的差异,阐述了光伏电站使用专用电缆(即“光伏电缆”)的必要性。

  高低温特性的要求

  在我国的各地均建有光伏电站,这就要求电缆的耐温等级范围较大,如在我国的西部及北部地区要求电缆能够承受较低的温度,个别地区极端低温能够达到零下-40℃左右,甚至更低的气温。

  而在我国的东部及南部地区地表温度很容易达到+70℃以上,考虑导体工作温度高于环境温度并产生热量挥发,同时考虑在屋顶不通风及桥架的散热效果不佳的区域极端温度很可能超过+90℃以上,这就要求电缆的材料温度能够满足电站在极端气温下工作的要求。

  电缆因绝缘、护层选用的材料不同,其耐温性能也不同。下面以“VV-0.6/1”型和“YJV-0.6/1”型电力电缆和“GF-WDZEER-125 0.6/1kV”型光伏专用电缆为例进行对比说明。

  “VV-0.6/1”型电缆通常选用J70型聚氯乙烯绝缘料和H70型聚氯乙烯护套料。其中J70型和H70型的聚氯乙烯材料的最高工作温度均为70℃。当环境温度或导体的工作温度高于70℃时,J70型绝缘会发生软化、粘连现象,造成电缆绝缘性能下降,并有可能导致绝缘失效,造成电缆短路放炮的后果。

  另在温度高于70℃时,H70护层材料也会发生软化、粘连现象,使产品的护层失去保护作用。另H70型护套料的冲击脆化性能的试验温度为-25℃,在上述温度条件下通过冲击脆化性能试验护套料的耐低温性能就算合格。这也意味着,当环境温度分别低于-25℃时,电缆护层很有可能发生脆化、龟裂现象,降低或丧失其应有的保护作用。

  “YJV-0.6/1”型电缆使用的材料是交联聚乙烯绝缘料和HI-90型聚氯乙烯护套料,其最高工作温度均为90℃,另HI-90型聚氯乙烯护套材料冲击脆化性能的试验温度为-20℃。当环境温度或导体的工作温度高于90℃时,仍将导致绝缘性能下降或失效问题;另当环境温度低于-20℃时,电缆护层的保护作用将降低或丧失。

  而“GF-WDZEER-125 0.6/1kV”型光伏专用电缆分别采用了125℃辐照交联聚烯烃绝缘料和护套料,只要其所处的环境温度及电缆导体的最高工作温度不高于125℃,该类电缆均不会发生绝缘性能降低或失效、护套保护作用降低或丧失的问题。另该类电缆的护套材料耐低温限度为-40℃,能够满足我国绝大多数地区的低温环境要求。

  湿热特性要求

  温度和湿度的频繁变化对材料的绝缘和护层老化有直接影响,特别是日温差及年温差较大地区及潮湿多雨地区对材料的绝缘和护层老化性能影响更大。我国的鱼光互补项目中很多电站直接建立在鱼塘或水面之上,要求电缆长期在潮湿环境下正常工作。

  常规电缆的性能没有考虑湿热变化对材料老化性能的影响,而光伏专用电缆在设计上则考虑了湿热环境对绝缘和护层材料老化性能的影响因素,其所选用的绝缘和护套材料在+90℃的温度、85%湿度下,按照GB/T 2423.3-2006规定的方法进行试验,试验后绝缘及护套的抗张强度和断裂伸长率的降低率均不大于30%。因此,合格的光伏电缆能够满足光伏电站对温度及湿度变化的要求。

  耐日光、紫外线要求

  光伏电站日照时间均较长,其承受太阳光辐照的强度较大,而太阳光中含有多种射线,特别是紫外线能够加速电缆的绝缘和护层的老化。光伏电站的电缆很多是裸露敷设的,太阳能组件到汇流箱甚至到逆变器的电缆大部分情况下是直接裸露敷设的,这要求电缆必须能够耐受日光及紫外线的辐射,能够保证在日光及紫外线的垂直辐射下长时间正常工作。

  在我国青海、西藏、新疆等地紫外光照射更加强烈,特别是戈壁滩和沙漠地区,光伏电站使用的电缆必须考虑耐日光及紫外线性能。按中国电器工业协会标准“CEEIA B218-2012 光伏发电系统用电缆”的规定,光伏电缆必须通过依据 GB/T 12527-2008 附录A规定进行的人工气候老化试验。

  因此,合格的光伏电缆能够在日光及紫外线辐射条件下长时间正常工作,而常规电缆在日光及紫外线辐射条件下,其绝缘和护套均会加速老化,从而导致绝缘性能降低或失效、护套保护作用降低的问题。

  耐酸碱、耐盐雾要求

  光伏电站有些是建立在海边、滩涂等特殊地区的。这些地区空气盐雾含量较高。某些光伏电站(如中电投在河北沧州的光伏电站)选址在以前的盐场,该地区土壤中盐份含量高。在上述环境条件下使用的电缆必须有较强耐盐雾和酸碱性能。

  适用于此类环境的光伏电缆,其导体采用镀锡铜导体,增强了导体的耐氧化和耐腐蚀性能,而其护层能够通过按GB/T2423.17-2008规定进行的盐雾试验,和按GB/T 2951.12-2008规定进行的酸碱试验。因此,合格的光伏电缆耐盐雾和酸碱能力较强,而常规电力电缆执行的技术标准GB/T 12706-2008中,对产品的耐盐雾和酸碱能力未作要求。

  臭氧要求

  某些光伏电站所在地区臭氧含量较高,而臭氧对电缆护层存在一定的腐蚀作用,即加快护层的老化,影响电缆的使用。常规电缆没有考虑臭氧对电缆护层的影响,而光伏电缆设计时则考虑了这一影响。

  合格的光伏电缆必须通过按GB/T2951.21-2008规定耐臭氧试验,即在0.025-0.030%的臭氧浓度环境下经过24小时后,护层不开裂。因此,即使在臭氧含量较高的地区,光伏电缆也能长时间正常工作。

  结论

  光伏电缆具备的上述特性,可适用于不同环境条件下的光伏电站,保证其能长期安全运行,而常规电缆则难以达到此目的。

  因此,在光伏电站建设项目中,特别是某些环境特殊的光伏电站建设项目,选用光伏电缆替代常规电缆能有效保证电站长期、稳定运行,从而保证了电站良好的长期运营效益。

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