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電線電纜是指用以傳輸電力、傳遞信息和實(shí)現(xiàn)電磁能量轉(zhuǎn)換的一類(lèi)電工線材產(chǎn)品，被稱(chēng)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的“血管”與“神經(jīng)”。在各類(lèi)電纜中，高壓、超高壓輸電方式被認(rèn)為是電力行業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向。中研產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2021~2026年高壓電纜市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)查及供需格局分析預(yù)測(cè)報(bào)告》指出，由于高檔次電氣裝備電纜存在較高的技術(shù)壁壘，市場(chǎng)缺口很大，幾乎全部依賴(lài)進(jìn)口。作為高壓、超高壓電線電纜的關(guān)鍵材料，絕緣層能夠在雷雨頻發(fā)的夏季有效保障電力系統(tǒng)的安全。中國(guó)石化持續(xù)在高壓、超高壓電線電纜關(guān)鍵絕緣材料研發(fā)生產(chǎn)中發(fā)力，減少了進(jìn)口依賴(lài)，推動(dòng)了國(guó)產(chǎn)化替代。

交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜絕緣料

XLPE（交聯(lián)聚乙烯）用于電纜絕緣已有半個(gè)多世紀(jì)。隨著制造技術(shù)的發(fā)展，目前XLPE已廣泛應(yīng)用于各個(gè)電壓等級(jí)的電力電纜，成為110千伏及以上高壓電纜的主絕緣材料。

產(chǎn)品名片

什么是XLPE？

XLPE（交聯(lián)聚乙烯），即經(jīng)過(guò)交聯(lián)改性的PE（聚乙烯），是聚乙烯在高能射線或交聯(lián)劑的作用下，其大分子之間發(fā)生交聯(lián)，從而具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)特質(zhì)，可顯著提升聚乙烯的機(jī)械性能和耐熱性能。

XLPE具有什么特性？

與普通聚乙烯相比，XLPE具有更好的力學(xué)性能、耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性能、耐化學(xué)藥品腐蝕性能、抗蠕變性能和電性能等綜合性能。

● 耐熱性能：

XLPE具有十分優(yōu)異的耐熱性能。采用XLPE作為絕緣的電纜，其長(zhǎng)期工作溫度可提高到90攝氏度，能承受的瞬時(shí)短路溫度可達(dá)250攝氏度。

● 絕緣性能：

XLPE保持了聚乙烯原有良好的絕緣特性。

● 機(jī)械性能：

XLPE由于在大分子間生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，拉伸強(qiáng)度和抗蠕變性能均有提高，具有良好的耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性能。

● 耐化學(xué)特性

XLPE具有較強(qiáng)的耐酸堿和耐油性，其燃燒產(chǎn)物主要為水和二氧化碳，對(duì)環(huán)境的危害較小，滿足安全環(huán)保要求。

市場(chǎng)情況

交聯(lián)聚乙烯由于其優(yōu)良的電氣、機(jī)械性能，被廣泛用于中高壓交流電電纜絕緣，其絕緣性能與其純凈度有密切關(guān)系。低密度交聯(lián)聚乙烯是目前電線電纜廠家在電力電纜生產(chǎn)中使用最多的絕緣材料。

我國(guó)從20世紀(jì)90年代初開(kāi)始引進(jìn)高壓電纜生產(chǎn)線，目前年生產(chǎn)能力達(dá)5萬(wàn)千米。根據(jù)公開(kāi)資料估算，以當(dāng)前國(guó)內(nèi)高壓電纜的規(guī)格來(lái)看，平均每千米高壓電纜需要兩噸左右的絕緣材料。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)110千伏及以上高壓電纜用交聯(lián)聚乙烯絕緣料的年消費(fèi)量在10萬(wàn)噸左右。但目前，我國(guó)高壓電纜絕緣料產(chǎn)業(yè)滯后，產(chǎn)品主要依賴(lài)進(jìn)口。

國(guó)內(nèi)高壓及特高壓電纜生產(chǎn)企業(yè)主要集中在江蘇、山東、浙江等地。

生產(chǎn)工藝

石油在煉油廠經(jīng)蒸餾處理得到石腦油組分，輸送到乙烯裝置，在高溫下石腦油裂解產(chǎn)生乙烯。乙烯在高溫高壓下聚合形成LDPE（低密度聚乙烯）。有機(jī)過(guò)氧化物再浸潤(rùn)到低密度聚乙烯中，最終形成XLPE（交聯(lián)聚乙烯）。黑黑的石油至此成為晶瑩的顆粒。

企業(yè)足音

燕山石化：打破交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣料國(guó)外壟斷

長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣料大多能做到35千伏及以下等級(jí)，高壓（110~500千伏）電纜絕緣料主要依賴(lài)進(jìn)口。為保障國(guó)家電力行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈安全，中國(guó)石化積極攻關(guān)，致力于攻克關(guān)鍵卡脖子技術(shù)。

2010年，燕山石化組建攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，圍繞絕緣料中試生產(chǎn)線建設(shè)、產(chǎn)品性能研究、檢測(cè)分析表征、工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)開(kāi)發(fā)、示范工程建設(shè)等開(kāi)展系列工作，完成高壓交聯(lián)聚乙烯生產(chǎn)技術(shù)工藝包編制，成功開(kāi)發(fā)高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣料成套技術(shù)。2016年，燕山石化采用自主研發(fā)技術(shù)，建成單線生產(chǎn)能力2.5萬(wàn)噸/年的高壓交聯(lián)聚乙烯超潔凈絕緣料生產(chǎn)裝置，是國(guó)內(nèi)首套全封閉、連續(xù)法生產(chǎn)超潔凈交聯(lián)聚乙烯絕緣料的生產(chǎn)裝置，可從源頭上控制產(chǎn)品質(zhì)量，保證產(chǎn)品的潔凈水平。中國(guó)石化進(jìn)一步打破交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣料的國(guó)外壟斷。

截至目前，燕山石化已產(chǎn)銷(xiāo)110千伏電纜絕緣料6000多噸。以此為基礎(chǔ)，燕山石化將持續(xù)開(kāi)發(fā)220千伏及500千伏等高壓電纜絕緣料。

新聞會(huì)客廳

低密度聚乙烯基礎(chǔ)樹(shù)脂讓產(chǎn)品更加穩(wěn)定、超凈

嘉賓：燕山石化交聯(lián)聚乙烯超凈絕緣料開(kāi)發(fā)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)科研開(kāi)發(fā)副主任師 甄 建

目前，我國(guó)電線電纜消費(fèi)量占全球消費(fèi)總量的34%，且處于加速增長(zhǎng)階段。據(jù)國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù)，截至今年4月底，全國(guó)累計(jì)發(fā)電裝機(jī)容量約26.5億千瓦，同比增長(zhǎng)9.7%。今年前4個(gè)月，全國(guó)主要發(fā)電企業(yè)電源工程完成投資1802億元，同比增長(zhǎng)53.6%。我國(guó)電線電纜行業(yè)前景向好。

交聯(lián)聚乙烯憑借優(yōu)異的電性能、耐熱性能、抗蠕變性能、耐腐蝕性能和耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性能，成為電力電纜的首選絕緣材料。但國(guó)內(nèi)110千伏及以上高壓電纜用交聯(lián)聚乙烯絕緣料大多依賴(lài)進(jìn)口。中國(guó)石化致力于解決卡脖子問(wèn)題，持續(xù)推進(jìn)高壓交聯(lián)聚乙烯超凈絕緣料國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，在燕山石化成功建成交聯(lián)聚乙烯超凈絕緣料生產(chǎn)裝置，且實(shí)現(xiàn)原料到絕緣料的全密閉、連續(xù)法生產(chǎn)，有力確保穩(wěn)定和超凈兩項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品的水平。目前已實(shí)現(xiàn)110千伏電纜交聯(lián)聚乙烯超凈絕緣料的工業(yè)化生產(chǎn)，正在積極探索220千伏及更高等級(jí)電纜交聯(lián)聚乙烯超凈絕緣料的生產(chǎn)。

高性能聚丙烯（PP）電纜絕緣料

21世紀(jì)初，歐盟布局第二代環(huán)保型高性能聚丙烯（PP）電纜料，目前已經(jīng)有數(shù)十萬(wàn)千米的工程應(yīng)用，其材料和工藝技術(shù)對(duì)外嚴(yán)格保密。憑借低碳、可回收的環(huán)保特性，聚丙烯電纜料成為非交聯(lián)聚烯烴絕緣料最熱門(mén)的研究方向。突破該領(lǐng)域的研發(fā)，對(duì)推動(dòng)我國(guó)電纜材料工業(yè)的發(fā)展、實(shí)現(xiàn)我國(guó)電纜絕緣材料和電纜成品的國(guó)產(chǎn)化，具有重要意義。

目前，中國(guó)石化1000噸/年接枝改性聚丙烯中試裝置正在茂名石化建設(shè)中，從材料理化性能看，可滿足10千伏、35千伏、110千伏、220千伏及500千伏等電壓等級(jí)電纜需求，正在逐級(jí)開(kāi)展應(yīng)用驗(yàn)證。目前已經(jīng)完成了35千伏電纜應(yīng)用驗(yàn)證，即將試制110千伏及220千伏電纜。

產(chǎn)品名片

什么是高性能聚丙烯電纜料？

聚丙烯電纜料采用超軟聚丙烯+聚丙烯接枝技術(shù)，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)在聚合物基體分子鏈上接枝功能性化學(xué)基團(tuán)，在微觀層面對(duì)聚合物分子鏈進(jìn)行修飾，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)宏觀性能調(diào)控。

高性能聚丙烯電纜料有哪些特點(diǎn)？

●通用性樹(shù)脂，具有產(chǎn)量大、價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)。

●簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程，能耗低。高性能聚丙烯可免去交聯(lián)等工序，增加電纜連續(xù)擠出長(zhǎng)度，有利于降低成本。

●可回收再利用，實(shí)現(xiàn)全生命周期過(guò)程的低碳化。以35千伏等級(jí)絕緣料為例，相比傳統(tǒng)電纜料，高性能聚丙烯絕緣料的全生命周期可減少碳排放39%。

企業(yè)足音

北化院：成功試制多規(guī)格高性能聚丙烯電纜

北化院于2019年成立了首個(gè)新領(lǐng)域培育項(xiàng)目，組建跨部門(mén)、跨專(zhuān)業(yè)的聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，并與清華大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)了接枝改性高性能聚丙烯電纜絕緣料技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)接枝改變分子軌道能級(jí)和能帶結(jié)構(gòu)，可大幅提升聚丙烯的絕緣性能，其直流擊穿強(qiáng)度、電阻率、抗電樹(shù)、抗水樹(shù)等性能均高于已知同類(lèi)產(chǎn)品，在高電壓等級(jí)絕緣料方面有巨大潛力。該技術(shù)屬于原創(chuàng)性技術(shù)，已申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利35件、PCT專(zhuān)利3項(xiàng)，開(kāi)展了機(jī)理研究，建立了基礎(chǔ)理論模型。

目前，北化院已試制多種規(guī)格的10千伏和35千伏等級(jí)高性能聚丙烯電纜。2021年1月，10千伏和35千伏等級(jí)聚丙烯電纜通過(guò)型式測(cè)試；2022年9月，首條10千伏接枝聚丙烯電纜于浙江電網(wǎng)杭州分公司蕭山區(qū)潼江C632線工程中掛網(wǎng)應(yīng)用；2023年2月，10千伏和35千伏等級(jí)接枝改性聚丙烯絕緣電纜通過(guò)中國(guó)機(jī)械工程聯(lián)合會(huì)的新產(chǎn)品鑒定。今年上半年，3條10千伏和35千伏等級(jí)聚丙烯電纜在南方電網(wǎng)的3項(xiàng)工程中掛網(wǎng)應(yīng)用。此外，北化院已完成1000噸/年接枝改性聚丙烯中試工藝包，于2022年3月通過(guò)集團(tuán)公司科技部審查，中試裝置落地茂名石化，正在建設(shè)中。

技術(shù)路線

高性能聚丙烯絕緣料的技術(shù)路線有彈性體共混、共聚改性、納米摻雜和接枝改性等。共混增韌改性和共聚改性?xún)H可實(shí)現(xiàn)材料機(jī)械性能的調(diào)控，無(wú)法同時(shí)調(diào)控絕緣性能。納米摻雜技術(shù)是目前研究熱度最高的技術(shù)，3%的納米摻雜可大幅提高材料的電性能，然而，納米粒子的分散性和高成本等問(wèn)題，導(dǎo)致該技術(shù)難以用于批量化制備和穩(wěn)定品控。

接枝改性可以有效增加材料中的電荷陷阱，抑制空間電荷的積累，且對(duì)于材料的加工性能和機(jī)械性能沒(méi)有負(fù)面影響，在規(guī)模生產(chǎn)方面有顯著的優(yōu)勢(shì)。采用該技術(shù)，石化企業(yè)可實(shí)現(xiàn)從烯烴原料、聚合、接枝改性到最終產(chǎn)品的全封閉潔凈生產(chǎn)，成為未來(lái)聚丙烯電纜料開(kāi)發(fā)的主要方向。

新聞會(huì)客廳

熱塑性環(huán)保電纜材料成為發(fā)展方向

嘉賓：北京化工研究院聚烯烴技術(shù)主任師 袁 浩

電力工業(yè)關(guān)乎國(guó)計(jì)民生。隨著經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展、城市化進(jìn)程加快，以及光伏、海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)，未來(lái)高壓電纜需求巨大。

擠包型電纜為最主流的輸電電纜，其絕緣層起承壓作用，基本上決定了電纜的運(yùn)行場(chǎng)景。針對(duì)傳統(tǒng)電纜料高溫絕緣性能較差、成纜時(shí)須經(jīng)高溫交聯(lián)并脫氣去除殘留的副產(chǎn)物、退役絕緣料回收困難等問(wèn)題，很多機(jī)構(gòu)和學(xué)者開(kāi)始進(jìn)行熱塑性絕緣料的研究。

聚丙烯具有更強(qiáng)的電氣絕緣性能、更高的長(zhǎng)期運(yùn)行溫度，并具備熱塑可回收性。此外，聚丙烯作為通用性樹(shù)脂，具有產(chǎn)量大、價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)，相比傳統(tǒng)電纜料免去了交聯(lián)和脫氣工序，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程，能耗低，可增加電纜連續(xù)擠出長(zhǎng)度，有利于降低成本，同時(shí)可回收再利用，實(shí)現(xiàn)全生命周期過(guò)程的低碳化。突破低碳可回收的聚丙烯絕緣料，對(duì)推動(dòng)我國(guó)電纜材料工業(yè)的發(fā)展、實(shí)現(xiàn)我國(guó)電纜絕緣材料和電纜成品的全國(guó)產(chǎn)化換道超越，具有重要戰(zhàn)略意義。

我國(guó)自2013年起開(kāi)始研究聚丙烯絕緣料。經(jīng)過(guò)十年發(fā)展，聚丙烯絕緣料逐漸被業(yè)界重視，特別是近年來(lái)發(fā)展迅猛。目前，已經(jīng)有十余條中壓電纜完成掛網(wǎng)應(yīng)用。今年5月，110千伏聚丙烯電纜也在廣州投運(yùn)，已建成兩條聚丙烯絕緣料中試生產(chǎn)線。2022年8月，工信部等五部委印發(fā)的《加快電力裝備綠色低碳創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》，將熱塑性環(huán)保電纜材料明確為綠色低碳發(fā)展方向。（文圖由 趙書(shū)萱 潘亞男 杜 洋 衣惠君 袁 浩 提供）