【线缆学苑】中国电缆工业的技术现状及其发展趋势（一）

中国电缆工业的规模可以从导体总用量和行业年销售总产值看出。2022年线缆行业铜导体总用量为754万吨，其中包括再生铜杆350万吨，总量占全国年精铜产量的60%以上，约占世界年铜导体总用量的1/3；2022年线缆行业铝导体总用量为220万吨。据统计，全国电线电缆企业至少有7000家，其年销售总产值为1.64万亿元，电线电缆行业总产值在机械行业中位居第二。

电线电缆具有输送电能、产生磁场、传输信息、传递数据图像、实现监测等功能。因此，在我国国民经济中，电线电缆行业是最大的、必不可少的“功能性材料”配套行业。目前，从行业总体技术水平而言，处于中上等水平；已有相当数量的技术处于国际先进水平，但处于国际领先水平的，仅占少数。中国电线电缆产品与国外相比，品种多且全，基本可满足国民经济发展的需要。

1、电力电缆的技术现状及其发展趋势

1.1 电力电缆用材料

超高压交联电缆用绝缘材料国产化进程加快。110kV等级交联绝缘料和屏蔽料已实现批量国产应用；220kV等级交联绝缘料和屏蔽料已实现示范应用；330kV等级交联绝缘料和屏蔽料启动示范应用。

（1）35kV及以下聚丙烯绝缘料和屏蔽料国产化研制，在配电网络、新能源等领域实现批次应用，时间已超过3年。110kV等级聚丙烯绝缘料和屏蔽料在南方电网110kV线路示范应用。

（2）进口高压直流绝缘材料的工作温度由70℃提升至90℃。国内已开展高压直流绝缘材料研制与示范应用工作。

（3）低烟无卤阻燃护套料、耐火线缆用材料改进升级，能够满足阻燃耐火、机械、电气等综合性能。

1.2 电力电缆生产装备

平滑铝套+外护层挤出串联生产线已应用于多家企业。新颖的SSLB500型立式双轴四通道连续挤压技术和装备属国内外首创，实现了66~500kV高压/超高压电缆无缝平滑铝护套的高效稳定生产。

新颖的连续挤压机成套设备包含四通道锥流成形、金属流动均匀性控制、模具快速更换、双流体芯线保护、模座机械锁紧、连续挤压溢料在线处理等7项专利技术。在生产制造过程中，铝护套壁厚均匀、圆度高，无电缆芯线烫伤。该设备显著提升了铝护套的产品质量，同时推动了生产过程的自动化和信息化水平。

平滑铝套+外护层挤出串联生产线采用4根直径为15mm的铝杆作为坯料，最高运行挤铝量为1100kg·h-1；相较于已有工艺和设备，生产效率可提升至1.5~2倍；该生产线可24h连续运转，铝管壁厚偏差小于±5%，圆度达到99%，溢料率小于10%。由于设备采用低负载、大扭矩动力设计，可以根据需要随时启停。同时，设备具有先进的双流体芯线保护系统、经优化设计的全套模具，无需开机试调模，降低了技术难度，提高了工作效率。此外，模座采用机械锁紧结构，避免了由液压系统失效而导致的意外停机、电缆损坏等情况。挤压溢料在线处理系统实现了溢料自动收集打包。平滑铝套+外护层挤出串联生产线的理想工艺，特别适用于生产制造大规格和大长度的陆缆及海缆。

超高压海底电缆用成缆机、主动储放转盘等大型装备实现国产化，并在多家企业安装应用。

1.3 电力电缆产品

（1）中高压聚丙烯绝缘电力电缆的研制，正在推进批量应用。

（2）海底电缆制造水平与国际同步。研制的大长度（三芯）超高压海底电缆，长度显著增长，最高电压等级提升至500kV。高压电缆大长度绝缘挤出能力显著提升，达到连续150吨以上。工厂接头研制与制造能力持续提升，交流电压等级达到500kV，直流电压等级达到±400kV。

（3）中高压动态海缆实现示范应用，电压等级达到35kV，并向66kV等级发展。

（4）超高压交流电缆附件实现国产化，500kV国产电缆附件批量应用。±400kV及以下高压直流电缆附件实现国产化和工程应用。

（5）海上风力发电机组用66kV耐扭转电力电缆的研制。风力发电在能源转型中具有重要作用，其中海上风力发电机组66kV耐扭转电力电缆在风力发电机系统中占据重要地位。该电缆安装在风力发电机的塔筒和机舱中，将涡轮机顶部的变压器连接至塔底部的开关设备。在塔内，电缆自由悬挂长度约48m，整根电缆长度约为110m。66kV耐扭转电力电缆的结构示意图见图2。

（6）上海35kV千米级高温超导电缆高温超导电缆具有低损耗、大容量等优势。目前，从科研成果到高温超导电缆生产线、测试中心和相关设施，已在上海宝钢合金钢分厂实现高温超导电缆的工业化应用，同时建成了无人值班的遥控变电站，高温超导电缆经3年的使用，运行效果良好；此外，在上海市中心漕河泾开发区已完成千米级高温超导电缆的示范工程，并成功进行增容考验，已安全运行超过1000天。低温绝缘三相统包超导电缆示意图见图3。35kV高温超导电缆的型式试验要求和绝热性能要求分别见表1，其中U为电缆的额定电压。

上海35kV千米级高温超导电缆及其应用系统有5个创新点：①第一个为大型城市负荷中心供电；②输送容量最大（133MVA，额定电流为2200A）的商业化运行高温超导电缆；③输送距离最长（1.2km）的高温超导电缆；④超导电缆唯一采用全程排管敷设的超导电缆工程，技术经济效果显著；⑤唯一拥有双接头的超导电缆工程，为下一个更长电缆工程提供了技术支撑。该成果经中国电力企业联合会由三位院士牵头的专家委员会鉴定，一致认为该项目在高温超导电缆设计、研发、制造、敷设和运行等方面技术成果整体达到国际领先水平。

高温超导电缆发展趋势：①开发10km级高温超导电缆及其产业化；②通过超导输电，助力国家节能降碳目标，以及在矿山、冶金和化工等方面的应用有重要意义；③扩大超导电缆产品开发，如直流超导电缆、可控核聚变用磁体、GW级超导储能装备；④应用于超导磁体领域的特种绕组线产品，实现电能、磁能、动能的高效转化，如利兹变位绕组线、大推力电磁推进装备、高速和超高速磁悬浮交通；⑤在高速、高加速强磁场下耐高温磁体的研究与开发；⑥加强超导材料的理论研究，如钉扎效应的研究，提高带材的电流密度；⑦加强大功率制冷机的研制，提高制冷效率；⑧加强天然气储运与超导电缆制冷剂系统的循环利用，节约能源；⑨开展“5G+AI技术”在超导电缆制造及工程应用中自动化和智能控制的研究与开发。

2、装备线缆的技术现状及其发展趋势

2.1 总体情况

装备线缆总体市场繁荣，产业技术水平不断提高，与国际先进水平差距逐步缩小。大型企业持续加大装备线缆领域研发投入，或扩展装备线缆细分品种业务能力；小型企业专注于部分装备线缆细分品种应用行业，逐渐形成品牌优势。行业迫切需要加强对新材料的研究、开发、产业化，以替代进口。

2.2 技术现状

（1）低烟无卤阻燃布电线应用越来越广泛，紫外光交联技术迅速发展。

（2）硅烷交联低烟无卤阻燃技术逐渐成熟，并开始应用，用量迅速增长。

（3）B1级和B2级轨道交通工程用电缆开发的重要性日益凸显。

（4）国产机车车辆电缆料需要持续优化，如薄壁绝缘电缆用电缆料、低总挥发性有机化合物（TVOC）的机车车辆电缆料等。

（5）对汽车电线低挥发性有机物（VOC）、低气味的新要求，150℃电缆料、高抗撕硅橡胶等材料有国产化需求。

（6）聚四氟乙烯（PTFE）生料带、膨体聚四氟乙烯（ePTFE）膨化带、辐照交联乙烯-四氟乙烯共聚物（X-ETFE）绝缘料等材料国内厂家已经逐步完成研发，部分替代进口，性能和批次稳定性仍待提高。

（7）核电电缆、轨道交通及铁路车辆电力电缆和控制电缆已基本国产化。

（8）光伏电缆、风力发电电缆、新能源汽车高压电缆和大功率充电桩电缆的市场迅速增长。

2.3 技术发展趋势

（1）目前，PTFE/聚酰亚胺（PI）/PTFE复合薄膜尚未有国产商业化产品，亟需研究与发展，实现国产化。铝导体光伏电缆比例稳步上升。风电电缆向高电压发展。耐扭转电缆“以铝节铜”趋势明显。

（2）研究开发工艺性能优异、成本低、浸水高绝缘性能的支撑电缆B1级要求的低烟无卤交联聚烯烃材料。

（3）通用橡套、舰船、港机、矿用、风能电缆等用三元乙丙橡胶，国内产能不足，且性能受限,仍需要大量采用进口乙丙原材料 ,需研究与开发，实现 国产化。

（4）低烟无卤阻燃线缆、光伏电缆、核电电缆等用高乙酸乙烯脂(VA)含量的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)国内不能生产，仍依赖进口，需研究与开发，并实现国产化。

（5）工业柔性电缆用聚酯弹性体、氟塑料、聚氨酯主要以进口品牌为主，需研究与开发，并实现国产化。

3、绕组线的技术现状及其发展趋势

3.1 绕组线的技术现状

由于中国铜资源相对匮乏，国家政策倡导“以铝节铜”，通过扩大铝的应用减少对进口铜的依赖。电缆行业2022年的铝导体用量已达到220万吨，比往年有明显增长。就绕组线行业而言，铝导体年用量已增至30万吨左右，增幅显著。

矩形铝变位绕组线在特高压、长距离输电用的平波器、电抗器等装备中，在 “高速飞车”（1000 km/h）中也采用了利兹变位绕组线。

铝绕组线的应用增加,其主要原因有：就导电性和机械强度方面来说，铝导体相较于铜导体存在不少的差距。该差异限制了漆包铝线的应用，特别是在大型电机、变压器以及其他重要场合。但是在绝缘性能方面，铝导体表面氧化后生成Al2O3保护膜对绝缘性能影响相对较小，而铜导体氧化后形成的氧化铜，则会对某些高分子绝缘材料的热老化过程产生催化作用，加速绝缘材料老化。因此，在相同绝缘条件下，采用铝导体的绕组线相较于采用铜导体的绕组线，其耐热等级可以提高20 ℃左右。

3.2 技术发展趋势

随着电机、变压器、传感器等电气设备的技术发展,采用的绕组线圈为满足小型化、大功率的需求，绕组线的耐热等级需要逐步提升。传统的漆包线、薄膜绕包线用铜、铝作为导体，以聚酯、聚氨酯、聚酯亚胺、聚酰亚胺为绝缘的漆包线，薄膜绕包线，其最高耐热等级为240℃。当长期使用温度（一般以温度指数为参考，要求使用寿命不低于20000h）要求超过240℃时，为防止导体过快氧化,通常采用镀层来保护铜导体。对于绝缘材料，通常采用有机无机复合绝缘。在400℃以上的温度下使用，绕组线导体需要采用合金导体，同时需要足够厚度的镀层来保护导体。此时，绝缘只能采用无机绝缘。目前，在600℃以上的温度下，满足长期耐热要求的绕组线研究相对较少。由于导体软化、导体活性粒子扩散、绝缘失效等现象的理论研究极少，尚未形成相对成熟的解决方案。