高德1956平台《Q5825-5957》电气装备用电线电缆使用范围很广因而品种繁多,主要涉及供电、配电和用电所需要的各种通用或专用的电线电缆以及控制、信号、仪表和测温等弱电系统中所使用的电线电缆。我国电气装备用电线电缆的发展与应用领域的发展基本同步,但某些高端装备线缆及特定使用要求的电缆料尚需进口。

由于品种繁多本文中无法全部述及仅归类以建筑工程、交通领域、采矿、新能源领域、工业自动化装备用电线电缆为代表予以阐述,同时综述分析了线缆用材料国产化状况。

一、建筑工程领域用电线电缆

1、发展现状

建筑工程领域用电线电缆主要有布电线、电梯电缆、阻与耐火电缆、预分支电缆、铝合金导体电缆等,还有中低压电力电缆(列在电力电缆领域中)主要依托城乡基础建设及房地产业的发展。随着人们生活水平的改善,家庭电气化和信息化程度不断提高,建筑工程领域用电线电缆量迅速增长。

布电线主要有两类:一类为聚氯乙烯绝缘电线,是CCC强制认证产品,执行标准为GB/5023(等同采用IEC 60227)及JB/T8734号文件;另一类为交联聚烯烃绝缘低烟无卤阻燃电线,有行业标准,但由于市场上采用的产品型号不规范等原因,目前主要执行企业标准。随着安全环保意识的增强,低烟无卤阻燃型电线得到了越来越多的认可,更多公共设施及高层建筑楼宇的建设选用低烟无卤阻燃电线。可以预计低烟无卤阻燃绝缘电线(以交联型低烟无卤阻然绝缘电线为主)市场需求量将呈现快速增长趋势。同时近年来为满足建筑家装布电线的个性化要求,国内有企业开发了与建筑物产权年限相当的“长寿命”布电线产品在推广应用。

布电线结构简单,用户对品牌认可度高,该产品具有良好的经济效益,普遍得到线缆企业的重视,生产该类产品的线缆企业众多,生产能力得到不断提升,满足了相关领域需求。布电线采用的电缆料及生产装备均实现了国产化。近几年高速挤出机、挤出包装串联生产线在布电线制造上的推广应用,使布电线的生产效率得到大幅提升,与国外同类产品技术水平保持同步。随着技术的发展,紫外光交联技术、硅烷交联技术在交联烯烃绝缘低烟无卤阻燃电线制造中得到应用,但整体而言,硅烷交联低烟无卤阻燃技术在国内尚处于起步阶段。

中国的电梯行业发展迅猛,年均增长率约19%,电梯拥有量从2001年的28.5万台迅速发展到2018年底的566万台,由此带动了电梯电缆用量的逐年提升。国内电梯电缆的执行标准可以分为4大类:IEC/GB、EN、UL/CSA、JIS。占据市场70%~80%产量的电梯电缆主要以额定电压450/750V及以下的铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电梯电缆为主,产品基本上都是根据IEC/GB或EN标准要求生产。

阻燃与耐火电缆在建筑领域应用量大,其中阻燃电缆有含卤阻燃电缆和无卤阻燃电缆,为防止火灾二次危害,近年来,无卤阻燃电缆应用量越来越大。耐火电缆根据建筑物消防等级和应用场景不同的要求,有多种结构形式的耐火电缆,其功能是在火焰燃烧情况下能够保持一定时间内安全运行的电缆。随着国民消防安全意识的提高,耐火电缆越来越广泛地应用于各类建筑中,如:高层建筑、地铁、地下购物中心、机场、车站、大型电站及重要的工矿企业等与防火安全和消防救生有关的场所。所以对于建筑物及公共场所的消防供电及消防设施用电缆必须选用符合消防要求的各类耐火电缆。1994年开始,建筑设计规范逐渐将耐火电缆的使用要求纳入强制性条款中。2016年,DGJ08-2048—2016《民用建筑电气防火设计规程》、《民用建筑电气设计规范》征求意见稿、(公消[2018]57号)《建筑高度大于250米民用建筑防火设计加强性技术要求(试行)》等规范开始对消防线路上的电缆的耐火温度及持续供电时间给出明确的规定。

在市场需求推动下,国内低压耐火电缆产品类别、生产装备、材料技术都得到快速发展,国内线缆企业一般均具备低压耐火电缆的生产能力,产品实现了完全国产化,并不断涌现出创新产品,如:万米卷大长度云母带,新型陶瓷化耐火材料、铜带纵包氩弧焊装备及恒张力云母带绕包装备等的应用,促进了低压耐火电缆的技术进步和质量提升。产生了种类较多的低压耐火电缆结构:GB/T 12706基础上改进的铜导体+云母带/交联聚乙烯绝缘+阻燃外护套结构、GB/ T13033.1的铜导体+氧化镁绝缘+铜护套结构、GB/T 34926的铜导体+云母带绝缘+填充+保护层+铜护套(+塑料外护套)结构,还有铜导体+云母带/交联聚乙烯绝缘+矿物填充(防火泥或陶瓷化聚烯烃材料)+低烟无卤外护套结构、铜导体+云母带/交联聚乙烯绝缘+铝管+防火泥填充+低烟无卤外护套结构、铜导体+陶瓷化硅橡胶绝缘或交联聚乙烯绝缘+陶瓷化硅橡胶填充+低烟无卤外护套结构等。产品耐火性能可达到英国标准BS 6387和BS 8491要求。

近些年来,在建筑工程领域也有不少采用铝合金导体电缆、预分支电缆。随着工艺技术的进步,充分发挥了铝合金导体替代铜缆的作用,同时预分支电缆也极大的方便了工程电气安装。为降低超高层建筑物内部低压供电线路的损耗,减少低压电缆用量和占用空间,提高超高层建筑供电可靠性,现已采用垂吊敷设中压电缆直达超高层建筑物负荷中心的变电室,既减少了电缆通道空间,又改善了供电质量,这种垂吊敷设中压电缆已在超高层建筑及重大工程中得到应用。

2、与国外先进水平比较及发展趋势

布电线涉及电缆料主要有聚氯乙烯绝缘料、低烟无卤阻燃绝缘料等,国内生产能力充裕,满足我国布电线制造的需求。其中交联型低烟无卤阻燃绝缘料以辐照交联料为主。我国硅烷交联低烟无卤阻燃绝缘料研究起步晚,与欧洲相比,技术上有一定差距。

国内电梯电缆的生产工艺和技术研发水平,也从开始的模仿学习到现在的逐渐赶超,电缆材料和生产设备基本形成了比较完善的供应链,加工成本和管理成本也得以良好的控制,电梯电缆绝大部分已实现国产化。但部分产品,如运行速度超过10米/秒的超高速电梯用电缆,目前国内在技术经验上还存在短板,缺乏有效的寿命测试验证方案和设施,故电梯厂商更多的会选择国外品牌电缆。

阻燃及耐火电缆材料已完全实现国产化,技术水平与国际水平相当。近几年,国产云母带材料、陶瓷化硅橡胶材料、陶瓷化聚烯烃材料和生产工艺的技术进步,为低压耐火电缆提供了新技术、新工艺,形成新的发展趋势。

国家大力推行“一带一路”以及国内提高城镇化率的发展战略,使得建筑工程用线缆有广阔的市场前景。据报道,至2018年末,中国城镇化率为59.58%,距离70%的目标仍存在较大差距。而城镇化率每提高一个百分点表示需新增城镇人口约1300万。依据相关资料,美国标准家庭的设计用电量在近50年内由30A提高到200A。我国尽管已从5A提高到40A,但还有提高的空间。随着科技的发展,建筑工程电缆的发展也呈现了三个方面的技术趋势。①安全环保需求:低烟无卤、高阻燃、耐火、RoHS要求;②智能化技术的需求:同轴、网线、光纤等通讯单元已成为电梯电缆标准选配功能以及提升运行速度和超过300米高度的电梯电缆:③经济性与可靠性需求:节能、降耗、节材、减少占用空间、方便敷设安装运维、提高各种应用场景的供电可靠性。

二、交通领域用电线电缆

1、发展现状

(1)船用电线电缆

船用电缆适用于各种河海船舶及海上石油平台等水上建筑的电力、通信装置,按用途分,有船用电力电缆、通信电缆、控制电缆、射频电缆等系列。近十年来中国船舶制造业在全球市场上所占的比重明显上升,造船总吨位已居世界第一。2018年中国的造船完工量达到7125吨,占到世界总造船量的40%以上,中国已经成为全球重要的造船中心,由此带动了船用电缆需求量的上升。近年来我国海洋工程装备产业得到快速发展,已成功设计和建造了浮式生产储卸装置(FPSO)、自升式钻井平台、半潜式钻井平台等,海洋工程装备产业的发展也带动了船用电缆需求。

近年来我国海军将大量装备现代化舰艇,逐步淘汰落后舰艇,舰船用电线电缆的市场需求增加。舰船电力电缆、控制电缆及通信电缆执行标准以GJB结合企业标准为主,其他电缆品种均按技术规格书设计生产。国内线缆企业的舰船电缆研发和制造能力也能满足我国舰船发展需求,产品国产化率基本达到100 %。

(2)港口机械用电线电缆

中国是世界第一港口大国,港口规模连续多年稳居世界第一,拥有万吨及以上泊位2444个,港口装备的生产及出口也是第一大国。

港口装备用电线电缆相当部分采用船用电缆标准。特殊电缆主要有:卷筒电缆、拖链电缆、吊具电缆、岸电电缆、特殊要求橡套电缆(产品认证要求、特殊环境要求等)等,由于使用条件特殊且技术要求差别较大,多采用企业标准或用户与制造企业商定技术条件。

(3)机车用电线电缆

机车线缆主要用于铁路机车、铁路客车、动车组、高铁车辆、城市轨道交通车辆等。产品执标准以欧盟技术标准为主,主要是EN50264、EN50306、EN50382等,其余的标准逐渐被淘汰。得益于我国城市化进程以及城市轨道交通和铁路建设近年来的持续投入,带来了机车线缆的持续增长需求。截至2018年末,中国内地35个城市城轨交通运营线路长度达5761.4公里,据不完全统计,全国城轨交通累计配属车辆5898列,比上年增长21.1%。机车车辆电缆全国市场约20亿元,其中国内企业占比约40%。取得CRCC认证的企业约20家。

(4)汽车用电线电缆

汽车用电线是汽车线束的网路主体,与一般的电线电缆在结构和性能要求上有一定差异,通常要求有绝缘壁薄、耐热、耐寒、耐油、耐磨、耐水解和耐候性能等。2018年,我国汽车工业总体运行平稳,受多方因素影响产销量同比下降,新能源汽车快速发展,产销量保持高速增长态势。2018 年,汽车产销分别完成2780.9万辆和2808.1万辆,同比分别下降4.2%和2.8%。其中新能源汽车产销分别完成127万辆和125.6万辆,同比分别增长59.9%和61.7%。尽管宏观经济总体稳定发展,我国汽车汽车工业总体表现较弱,给汽车用线缆的发展带来不确定性。

(5)航空航天用电线电缆

航空航天用电线电缆包括飞机、卫星、火箭和其他飞行器上用的低频导线、射频同轴电缆、高速数据传输线等。航空制造业是我国经济发展的战略支柱,未来十年,我国通用飞机保有量将上升到5万至10万架。随着航空事业的发展、飞机结构尺寸的日益增大和机载电子设备的剧增,航空用电线电缆用量也迅速增加。《2016中国的航天》白皮书指出:中国将加快航天强国建设步伐,持续提升航天工业基础能力,继续实施载人航天、月球探测、北斗卫星导航系统、高分辨率对地观测系统、新一代运载火箭等重大工程,启动实施一批新的重大科技项目和重大工程,基本建成空间基础设施体系。伴随着中国航天事业如火如茶的发展,各种航天器、外太空探索工程等所需的航空航天用线缆需求量也将大幅增加。

2、与国外先进水平比较及发展趋势

(1)船用电线电缆

我国船用电缆国家标准等同采用IEC 60092标准,国内电缆企业生产船用电缆技术水平与国际水平相当,船用电缆基本实现国产化。但部分用户指定使用进口品牌船用电缆,或少部分采用国外品牌船用电缆。这需要国内企业在船用电缆品牌建设上花功夫。舰船用电缆主要使用的电缆料种类有交联聚乙烯绝缘料、乙丙绝缘料、热塑型低烟无卤阻燃护套料、交联型(辐照交联型及硫化型)低烟无卤阻燃护套料及热塑性弹性体电缆料等。国内电缆料的技术水平已基本满足国内舰船用电缆的材料需求。还有少量特殊材料,如:船用通信电缆超薄绝缘线芯用绝缘料与国外先进水平相比还有差距,需要进口电缆料或绝缘线芯。

(2)港口机械用电线电缆

目前港口机械配套的船用电缆执行国标及IEC标准,其他产品均执行企业标准。我国港口机械电缆制造能力基本满足港口装备发展需要,国内线缆企业生产的港口机械电缆得到较好应用。部分港口机械项目虽为国内企业制造提供,但港口机械选用配件由业主指定,特别是出口类项目,业主信赖国外知名电缆品牌,致使这些项目多数采用国外线缆产品,例如:国内虽然已形成了中低速卷筒电缆生产能力,并积累了运行经验,但目前仍大量使用国外产品;国产高速卷筒电缆虽已投入工程应用,但技术积累少。如电缆外径的控制。实现国产电缆与国外电缆的通用互换仍需要关注。目前高速卷筒电缆仍以国外产品为主。

此外,国内产品在拓展国际市场、获得国际认证上尚需花功夫。如美国UL认证等。

国内制造的港口机械电缆用电缆料能满足需求,技术水平与国际水平相当,如国产35kV乙丙绝缘料,已替代进口投入应用。但部分主要原材料受到制约情况,如:国内三元乙丙胶产能不足及性能受限,仍需大量采用进口乙丙原材料:高VA含量的EVA国内不能生产需依赖进口;国内氯磺化聚乙烯产量不足或自身性能的限制仍依赖进口。

随着中国与13个国家共同建立了“海上丝绸之路”港口合作机制、绿色港口和平安港口不断深入推进、新能源在港口广泛应用、码头岸电设施加快建设等,未来港口的发展将带动港口装备用电缆需求量上升。

(3)机车用电线电缆

铁路和城市轨道交通车辆对高速、环保、安全的要求,机车线缆的技术发展也需相适应。机车线缆注重发展薄壁绝缘系列产品、耐高温柔软系列产品、无卤阻燃耐火产品,同时国内铁路和城市轨道交通车辆运行多年,运营方对在运车辆上的机车线缆的运行状态和剩余寿命越来越关注。机车线缆电缆料中TPEE和PEEK等工程塑料以进口品牌为主。由于机车线对薄壁绝缘的要求,对薄壁机车线绝缘料需求也越来越强烈,但目前国产的薄壁绝缘料尽管也在推广应用中,但阻燃和耐油性能、浸水绝缘电阻性能等很难全面满足线缆标准要求,故只得采用进口料。

2025年我国铁路网规划达到17.5万公里左右,其中高铁3.8万公里左右;到2030年,我国铁路网规模达到20万公里左右,其中高铁4.5万公里左右,给机车线缆带来巨大的市场需求。2019年印发的《交通强国建设纲要》指出要推进干线铁路、城际铁路、市堿(郊)铁路、城市轨道交通融合发展。实现3万吨级重载列车、时速250公里级高速轮轨货运列车等方面的重大突破。合理统筹安排时速600公里级高速磁悬浮系统、时速400公里级高速轮轨(含可变轨距)客运列车系统,低真空管(隧)道高速列车等技术储备研发。给各类机车车辆及其线缆的发展带来了新机遇。

(4)汽车用电线电缆

汽车用电线的生产和实验标准既有国际标准,也有汽车主机厂的日标电线、德标电线、美标电线等国家标准及大众、现代等公司的内控标准。近年来,我国汽车电线电缆无论产品数量、品种和质量都跃升到一个新台阶。但同国外发达国家相比,国内技术还存在一定差距。汽车线用绝缘料有PVC、PP、XLPE、硅橡胶、氟橡胶、各类热塑性弹性体、氟塑料等。国内自主供应的主要为 TIPVC、PVC和T3 XLPE。近年来国产的FEP、硅橡胶已经可以应用在汽车电线上。汽车电线的主要生产装备如多头拉丝机,主要还是依赖进口。大量高档用途的线缆产品如要求较高的特种线缆、新型电缆,尚需进口。在汽车线缆产品加工手段上,整体水平和国外存在差距,且质量稳定、有一定规模的企业不多。由于汽车线行业有主机厂认可制度,因此很多特殊的汽车电缆必须进口。国内汽车线束市场主要被外资或合资企业、大型自主品牌整车厂自己的线束厂占据,也有少量国内自主品牌线束企业。

目前,随着国家对于节能减排的更加重视,提高有效乘用空间、汽车线束产品轻量化成为未来发展的重要方向。如:为了解决有效乘用空间和布线空间之间日益增长的矛盾,汽车内布线也在打破传统力式,布线空间越发紧凑,新型电线、薄壁电线成为当今汽车电线电缆的主流。利用铝导线代替铜导线也正逐渐成为趋势。2018年7月1日起实施强制标准《乘用车内气质量评价指南》,汽车电线的低挥发性有机物(VOC)、低气味的要求将更加严格,意味着对电线材料提出了新要求。由于新能源汽车线束(高压部分)使用的是耐压600V以上的线缆,随着传输电流的增大以及整车电子EMC等方面的考虑,也要求线缆具备良好的电磁兼容性。随着汽车智能网联化的发展,智能汽车配备的车内数据网路系统、车载信息娱乐系统、驾驶安全系统和自动驾驶系统均需要高速传输的支撑,电线束的功能由普通信号传递扩展到高速数据传递。各类对称电缆、同轴电缆、光缆用量开始增加。

(5)航空航天用电线电缆

航空航天低频导线主要应用在飞机、航天器等型号的电气系统、控制系统、供配电系统中实现信号的传输和控制以及电能的传输。目前主要包含两大类,一类是 X-ETFE绝缘挤出线,一类是聚酰亚胺复合绝缘绕包线。 X-ETFE绝缘挤出线除大截面及铝导体外基本可以实现国产化。聚酰亚胺复合绝缘绕包线,满足 SAE AS22759/87-92单篇规范以及 NEMA WC27500要求的产品目前已经能实现国产化。国内各厂商正在探索、开发如光滑型聚酰亚胺复合绝缘线等高要求应用场合的需求。

国内外航空航天射频同轴电缆由美国公司占据了大部分市场。国内航空航天射频同轴电缆的研发生产企业,已介入高端的稳相低损耗同轴电缆的研制开发。

随着近年来国内通信技术的发展,主要航空航天高速传输线缆,如1553B数据总线、以太网线等,均逐步实现了国产化。但对于传输速率更高、使用位置较为关键的部位,其使用线缆仍然采用进口方式,如1394B数据电缆。

航空航天光缆用于替代传统电缆实现高速信号传输,已经在国内外军民用航空航天系统中得到了大量应用。这类技术一直由国外公司垄断,产品价格昂贵且存在禁运的风险。国内航空光缆产品的研发生产单位已经逐步开发出了单芯和多芯航空光缆,并得到了应用。但在部分高端产品上,例如宽温域环境下使用的光缆、极小弯曲半径敷设的光纤产品,目前仍以进口为主。耐辐照、耐高温光纤关键技术长期掌握在国外厂家手里,如单、多模耐辐照光纤和国外技术水平相比还有较大差距。航天环境下使用的光缆产品,国内尚未实现批量化应用,在市场上也采购不到该类产品。

目前国内航空航天线缆所用绝缘材料、护套材料大部分为耐高温塑料,如聚酰亚胺(PI)及其复合薄膜材料;氟塑料包括交联乙烯-四氟乙烯共聚物(X-ETFE)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯(FEP)和可熔性聚四氟乙烯(PFA)等。虽然国内厂家已经研发出部分替代进口的材料,但大部分由于性能差异不得不进口。如:国产的FEP在大截面导线应用时抗应力开裂难达标:PTFE生料带机械强度、UV对比度等指标较差; EPTFE膜强度、孔隙、厚度等均匀性稳定性不如进口产品;国产化X-ETFE产品尚在应用验证中; PTFE/PI复合薄膜及PTFE推挤工艺设备基本由国外公司垄断。

三、矿用电缆

1、发展现状

(1)油矿电缆

油矿电缆主要有:石油开采时给油井下的潜油电泵机组提供动力的潜油泵电力电缆;用于各类油气井的测井、射孔和取芯等作业以及海洋调查、水文测量和地质勘探等的承荷探测电缆。当今我国陆上大多数主力油田已经进入中后期开发阶段,特别是东部油田,多数油田产量已经逐年递减,今后年减产幅度将会更大。西部油田发展已经20年左右,但西部后备资源数量明显不足,未能形成产区的战略接替。随着国家对石油勘探技术的研发和投资,快速提高石油探明率的过程中,石油资源特别是海洋石油可开采储量将会出现一个快速增长的过程。据估计,我国每年新建、维修海上石油平台需要各类电缆约8000-1000km,预计2020年将超过25000km。仅就石油开采项目来看,深井探测电缆、深井潜油泵电缆、加热自控温等多功能电缆,每年的需求量约在15000km。如果加上沿海地区的石油勘测、钻井平台,需求量也是不可估量,海上石油开采用电缆供需缺口较大。

近些年,我国潜油泵电缆生产厂不断发展创新,目前已成功研制出配套多种新型电缆,如高稠油井注剂电缆、电加热型油泵电缆、井下直线电机电缆、铝合金潜油泵电缆、玻璃钢敷缆复合连续油管等,并已投入应用。

(2)煤矿电缆

煤矿用电缆主要有采煤机软电缆、移动(极轻型)软电缆、电钻电缆、矿工帽灯线、固定敷设用电力电缆及矿用通信电缆等。自2016年国务院下发《国务院关于煤炭行业化解过剩产能实现脱困发展的意见》、煤炭工业去产能工作启动以来,我国累计退出煤炭落后产能8.1亿吨,提前两年完成“十三五”去产能目标任务,煤炭产业集中度进一步提升。2019年1~5月全国原煤产量累计达到142268.6万吨,同比增长0.9%,煤炭市场供需基本平衡。未来煤炭企业的生存主要依靠市场竞争力,更关注煤矿的技术水平、安全生产水平和环保水平。煤炭行业的有序发展为煤矿用电缆提供了稳定可持续的市场。

2、与国外先进水平比较及发展趋势

(1)油矿电缆

1)潜油泵电力电缆

潜油泵电力电缆长期处于地下1000~4000m深的油井中,工作环境异常恶劣,需要电缆具有耐高温、耐高压、耐酸碱、耐腐蚀等特性。潜油泵电缆的生产标准采用GB/T 16750,其中产品性能指标均已达到美国IEEE 1017、1018和API 11S5、11S6标准的要求。国外生产潜油泵电缆的三家大型石油公司,由于其产品在井下使用中可靠性强、重复利用率高,其潜油泵电力电缆产品占据中国市场的主导地位。国内厂商在电缆生产设备、生产工艺、生产技术及产品的出厂检验性能上虽能满足标准要求,但差距主要表现在:①国内橡胶原材料的生产、储备、炼制性能不稳定,尤其是夏季原材料吸潮性强导致电缆绝缘性能下降明显:②国内电缆在高温(工作环境温度180℃以上)、高压(井下压力在35MPa以上)工况下的运行时间,远远低于常规工况下的运行时间;③国内电缆产品在随机组下井过程中绝缘电阻迅速降低,可重复使用次数远低于国外产品。

因潜油泵电力电缆使用环境的特殊性,其使用绝缘、护套材料的要求也极为特殊,例如改性聚丙烯、乙丙橡胶等绝缘材料,丁腈聚氯乙烯复合物、乙丙橡胶、丁腈橡胶等护套材料,以及包带型电缆材料,需具有耐高温、耐低温、耐高压、耐酸碱、耐化学药剂、耐CO2、H2S等腐蚀性气体特性,同时还要保持电缆运行至少一年以上的性能稳定性。这些材料与国外同类产品相比还具有较大的差距。

2)承荷探测电缆

国外承荷生产探测电缆的生产商具有多年的生产经验和优质的产品性能,产品规格型号齐全,具有较高的技术水平,在国际上占据着绝对市场份额。国内的生产起步较晚,部分产品从工艺制造、生产设备、技术水平已基本接近国外电缆,可替代进口,基本满足应用领域的需求。伴随钻井测试技术的发展,各种应用型探测电缆需求不断涌现:①不锈钢管探测电缆,要求电缆密封性能好,在恶劣的地质环境下也不泄漏,能承受70MPa的高气压,同时具有优异的抗干扰性,提高信号的传输质量和测井质量:②异型钢丝铠装全密闭探测电缆,电缆需要避免磨损导致的电缆性能以及电缆使用寿命下降的问題,防止使用过程中电缆遇阻、遇卡问题出现,同时能够减少液体腐蚀物进入内部。防止内部钢丝被腐蚀,保证电缆的抗拉强度;③高承荷探测电缆,如在电缆负重较大时,采用三层钢丝能够承受更大的拉力、更好的密封性能等。

承荷探测电缆根据不同的温度等级,一般采用改性聚丙烯、FEP、PFA作为绝缘材料。国产材料在基本性能上满足电缆的性能要求,尽管价格相比进口材料便宜很多,但国产材料性能不稳定,挤出工艺难度加大,使用寿命也存在一定的差距。进口钢丝价格较国产钢丝高,但进口钢丝耐磨性、耐腐蚀性、抗拉强度都更高。

承荷探测电缆还没有统一的国家标准,各厂家主要依据SY/T 6600-2004和JB/T3302-2016两个标准进行各项出厂性能的检验。但在生产制造过程中,各厂家所采用的导体直径与根数、绝缘厚度、钢丝直径与根数等工艺尺寸有较大差别,主要依据自己的企业标准进行生产。

(2)煤矿用电缆

煤矿用电缆执行媒炭行业标准MT 818,实施强制性煤安认证规定,产品应通过认证后方能生产销售。目前通过煤安认证的线缆企业超过400家,矿用电缆生产能力满足了煤矿行业需求,且产能过剩,市场竞争激烈。但特种大型采煤设备仍大部分采用进口采煤机电缆,由耐克森、普睿司曼提供。国内也有部分厂家在生产,但产品的使用寿命与国外产品相比,仍有一定的差距,仍需攻关。

煤矿电缆采用的主要电缆料有中低压乙丙绝缘料、氯化聚乙烯护套料、交联聚乙烯绝缘料及聚氯乙烯护套料等,均实现国产化,满足了煤矿用电缆生产需求。随着环保要求的不断提高,对原材料企业提出了越来越高的要求。

四、新能源领域用电线电缆

1、发展现状

(1)核电电缆

核电站用电缆分安全级电缆和非安全级电缆。非安全级电缆适用于核电站辅助系统包括汽轮机、发电机、控制室、三回路冷却系统、外部蒸发器等。安全级电缆分为壳外电缆和壳内电缆,需要受核安全监管部门监管。目前国内核电发展的速度已由先前的快速发展转向稳步发展。2019年核电发展的政策有所松动,新核准了6台机组,分别是中核2台(漳州),广核2台(惠州),国核2台(石岛湾)。这6台机组都是三代技术路线,对电缆均有60年寿命的要求,电线的总需求量约为5亿元左右。因此若后续没有新增机组的话,今后5年核电电缆的年均需求量在1亿元左右。

国内持证的电缆企业有10家。其中有7家企业同时获得壳内电缆许可。然而这7家企业壳内电缆的许可范围仍有较大差异,大多是仅具三大核电技术路线(AP1000、华龙一号中核和华龙一号广核技术路线)中的一种技术,仅有个别企业三大核电技术路线的要求都能覆盖。

(2)风电电缆

风能电缆主要应用于风力发电机机舱及塔筒内部,产品种类较多,主要有动力电缆、控制电缆及接地线等,根据不同的使用场合,又可分为扭缆和固定缆。风力发电占全球电力供给比例在2017年渐进至5%,2018年,我国海上风电取得明显进展,新增装机容量达165.5万千瓦,同比增长42.7%,累计装机444.25万千瓦。2018年全国风机发电量为占全国发电量的4.82%。我国风电发展“十三五”规划,2020年底确保累计吊装容量达到210GW,其中海上风电项目开工10GW,并网装机容量达到5GW以上。预计至2021年底,风电将迎来快速发展期,风电电缆需求也将同步增长。

(3)光伏电缆

光伏电缆主要用于(DC 1500V)光伏电站直流端组件间电流传输或类似发电系统,中国光伏发电新增装机连续5年全球第一,累计装机规模连续3年位居全球第一。但另一方面,中国光伏产业也存在光伏发电弃光显现以及补贴需求持续扩大等问题,直接影响光伏行业健康有序发展。因此整个行业发展的重点,将从规模扩张转移到高质量发展上来。2018年1~12月全国光伏发电量约占全国累计发电量的1.34%,与国际先进国家相比,有较大差距。可以预计,光伏发电将迎来高质量快速发展,这将带动光伏电缆需求的增加。

2、与国外先进水平比较及发展趋势

(1)核电电缆

国内核电电缆通常都是以各核电站的专用技术规范书和相关国家法规、标准为设计生产的依据。这些规范书的基本要求分别来自于美国核电标准体系和法国核电标准体系。如果涉及出口,还需要考虑出口国的法规、标准。

目前除耐高温电缆、核级光缆等小部分特殊电缆外,大部分电缆都实现了国产化,包括壳内电缆和壳外电缆。如国内三代核电壳内电缆的产品技术领先于国外,在三代技术路线的核电项目中,产品的竞争力已远超国外。目前国外品牌的核电缆已基本退出中国三代核电项目。

与国外先进水平相,国内企业在核电站电缆上的差距主要有以下两点。一是在特殊电缆的研究上落后于国外;二是国内企业普遍存在同质化竞争,基础研究做得不够,掌握关键核心技术的企业少之又少。

随着国内核电缆技术的发展,国内核电缆料也得到一定发展,技术水平也逐步赶上了国际先进水平。在三代核电缆所用材料的研制生产水平方面,已领先于国外企业。但核电材料的研发过程是一个周期比较长的过程,加上较高技术难度,是很难在短期内获得成效的,这明显影响了电缆料企业投入的积极性,如国内致力于壳内核电缆材料研究的企业有多家,但广泛投入实际应用的只有2家。且受国内基础化工研究比较薄弱的影响,目前核电电缆料中高VA含量EVA等关键原材料尚需要进口。

(2)风电电缆

风能电缆主要执行的标准是GB/T 3306、GB/T 29631,或根据据用户要求,线缆企业制定企业标准实施。国内线缆企业已完全具备提供全系列产品的能力,同时积累了近20年的产品运行经验,产品技术与国际先进水平相当,满足了我国风电的发展需要并配套风机出口。

全球大型风力发电可分为陆域风电与离岸风电两类。陆域风电市场发展已超过30年,迈入成熟期;离岸风电处于发展初期,占整体市场规模不到十分之一,未来成长潜力佳。中国陆域风力机新增装置量趋于平缓,整体风电市场由急速增加步入稳定发展,开发焦点逐渐移转至技术水平高、成长潜力佳的离岸风电。风电技术发展带来了对风能电缆的需求,如特定环境用低烟无卤阻燃型风能电缆、大功率风机工作温度达105℃耐扭风能电缆、35kV和66kV耐扭风能电缆、低成本固定敷设铝合金导体风能电缆等。

风能电缆采用电缆料主要有中低压乙丙绝缘料、氯化聚乙烯或类似材料、耐低温低烟无卤阻燃混炼胶,或TPE、TPU等弹性体材料等,国内线缆企业所用橡胶电缆料大都自行生产。耐低温低烟无阻燃混炼胶性能与国外先进水平比有差距,仍需攻关,高性能的乙丙橡胶仍需进口。

(3)光伏电缆

光伏电缆主要采用2PFG 1169/08.2007、EN 50618:2014、UL 4703:2014、IEC 6293:2017、NB/T 42073—2016标准。目前国内已有数百家线缆企业生产光伏电缆,满足了国内光伏电缆市场需求。众多线缆企业的光伏电缆产品通过了德国TüV认证或者美国UL认证,大量出口国际市场,产品技术水平与国际水平同步。

光伏电缆主要使用的电缆料为辐照型交联电缆料。国内已有多家企业生产的光伏电缆料通过了TüV认证和UL光伏认证,大批量投入实际应用,与国际水平保持同步。

五、工业自动化装备用柔性电缆

1、发展现状

工业自动化装备用柔性电缆主要用于机器人等自动化装备的运动部分,提供电力和信号传输,要求具有耐数百万甚至上千万次的曲挠性能以及耐磨、耐环境液体等其他性能,其发展与智能制造、工业机器人等工业自动化装备的发展密不可分。“十三五”期间,我国机器人产业得到长足发展,市场持续增长。2018年国内机器人产量约为14.8万台,其中四轴以上工业机器人按60%占比计算,本体线束年产值约为5亿元,电缆线束用量约为本体线束1.5倍,产值约为8~10亿元。机器人集成市场产值约为本体线束产值的3~4倍,数控系统市场产值约为机器人市场10倍,工业自动化市场对装备线束的需求约为20亿元/年。据IFR统计,2018年我国工业机器人销售额达62.3亿美元,预测2024年销售额将超过190亿美元。据此推算,到2024年,我国工业自动化用装备线束的产业需求可达100亿元左右,其中线缆约为30亿元。

2、与国外先进水平比较及发展趋势

目前国内中高端工业机器人(包括外资)及系统集成商所使用的本体电缆70%以上依然依赖进口,主要是日系及欧系本体电缆。由于国内工业机器人产业化起步较晚,工业自动化柔性电缆在2010年以后,才开始进入大规模的研发和市场推广应用。尤其近几年,国内涌现出一批优秀的工业自动化柔性电缆(包括本体和拖链电缆)研发及生产企业,加大了研发与市场推广应用的步伐。所生产的柔性电缆虽在实验室数据上与欧日标杆企业达到相近水平,但因现场应用技术不够成熟、实验条件和评估试验方法不能完全模拟实际使用工况的复杂性,且目前国内机器人主机厂和集成商在线束布线和寿命验证方面也缺乏足够的经验,因此,考虑到选型安全,国内工业机器人企业在进行柔性电缆选型时,基本首选仍是进口本体电缆。

应用于柔性电缆的主要绝缘材料(聚酯弹性体和氟塑料)和护套材料(聚氯乙烯和聚氨酯)主要以进口为主。国内材料企业也在积极地开发中。经过阶段的验证,国产的PVC、TPU等护套材料可以达到国外材料的同等耐环境及耐疲劳水平,但材料质量的一致性和稳定性仍有待改进。

电缆生产设备方面,日本及欧洲企业的自动化程度远远高于国内,目前国内也有一批设备企业已经达到了国外企业水平,但在绞线单元等设备放线、收线张力控制稳定性方面,仍然较为欠缺,这也是影响柔性电缆质量一致性的主要因素。

六、电气装备线缆用电缆材料

电气装备用电线电缆材料同样品种繁多、性能各异。从基材上可笼统分为塑料、橡胶、热塑性弹性体等,从应用工艺上主要有挤出型和包带型。为满足不同应用场景,即使是同一类材料,不同电气装备线缆对其性能要求也可能差异很大。以下简要介绍用于电气装备用电线电缆的主要类型电缆材料。

1、主要电缆材料及其应用

(1)聚氯乙烯电缆料(PVC)

我国主要参照GB/T 8815《电线电缆用软聚氯乙烯塑料》标准生产聚氯乙烯料,在建筑及工程用电缆、汽车线中广泛应用。但由于其含卤元素,在机车车辆、核电领域以及重大公共建筑中使用我国聚氯乙烯电缆料技术发展成熟,原材料基本国产,技术水平达到国际先进水平,满足国内需求的同时也大量出口。

(2)可交联聚乙烯电缆料(XLPE)

我国主要参照JB/T 10437《电线电缆用可交联聚乙烯绝缘料》标准生产可交联聚乙烯电缆料,同时应用于不同装备线缆时也同时满足相关线缆产品的标准要求。可交联聚乙烯主要用于低压电电缆、控制及仪表电缆的绝缘,如船用电缆、机车电缆、核电电缆、矿用电缆等装备线缆用XLPE主要是10kV及以下电压等级,包括化学交联、硅烷交联、辐照交联、紫外光交联。此类材料基本国产化。

(3)低烟无卤阻燃电缆料

低烟无卤阻燃电缆料一般是指聚烯烃基材。包括低烟无卤阻燃电缆料的国内标准主要有:JB/T 10707《热塑性无卤低烟阻燃电缆料》、JB/T 10436《电线电缆用可交联阻燃聚烯烃料》、GB/T32129《电线电缆用无卤低烟阻燃电缆料》。低烟无卤阻燃电缆料分热塑型和交联型两类,除航天航空线缆基本不用外,在其他装备线缆领域广泛应用。

各类装备线缆对低烟无卤阻燃电缆料的要求差异很大,此类电缆料的配方组分也较为复杂。各电缆料企业技术百花齐放,发展很快。

核电电缆用低烟无卤阻燃电缆料的研制生产水平,我国已领先于国外企业,形成了系列产品,以满足第三代核电站壳内外电缆技术要求。国产光伏电缆用辐照交联低烟无卤阻燃电缆料也完全能够满足TüV和UL光伏认证技术要求。船用电缆用低烟无卤阻燃电缆料也基本国产化。机车电缆用高性能耐油薄壁绝缘料国产的性能还不太稳定,主要还是采用进口产品。

低烟无卤阻燃电缆料的辐照交联配方和工艺我国已很成熟。可陶瓷化聚烯烃耐火料的开发成功使装备线缆的耐火性能设计裕度明显提高。硅烷交联低烟无卤阻燃电缆料虽有国产化产品,用量也在逐渐上升,但与国外同类产品有一定差距,尚未形成系列化。

低烟无卤阻燃电缆料的主要原材料中乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)的国产化程度不高,特别是高VA含量的产品,基本采用进口材料。

(4)含氟塑料

含氟塑料在航空天线缆、机器人电缆、汽车线、高温安装线中应用较多。主要有PTFE、FEP、ETFE、PFA、PVDF等,一般是直接采用树脂合成企业的产品直接用于线缆生产,也有少量混炼后电缆料,如X- ETFE;还有制成薄膜型的,如PTFE带、 PTFE/PI复合带等。

国产FEP已较成熟,前期易开裂问题基本解决,国内线缆企业已大量采用。PFA也有国产产品开始应用。ETFE国产产品还未成熟。PTFE有国产料,但由于压缩比较低,航空航天用线缆还是以进口PTFE为主。膨化PTFE带材国内目前已具备批量供货能力,开始逐步应用。PTFE生料带有部分国产产品开始使用,但紫外激光标识性能还有待提高。PTFE/PI复合薄膜仍在国产化开发中。

(5)其他高性能塑料

随着装备线缆的应用环境越来越苛刻,越来越多的高性能塑料逐渐得到应用,如:尼龙(PA)在美标建筑布线中应用广泛、PPO在汽车线中早有使用、聚醚醚酮(PEEK)在核电及航空航天线缆都有应用、挤出型聚酰亚胺(PI)和聚醚酰亚胺(PEI)在核电线缆中也有应用等。

此类高性能塑料我国与国外差距较大,除尼龙外,即使有类似产品,但由于牌号单一、产量小等较少在装备线缆上应用。

(6)橡胶电缆料

橡胶电缆料主要有乙丙橡胶(EPDM)、氯化聚乙烯(CPE)、硅橡胶、丁腈橡胶电缆料等。除了用于通用橡套电缆、矿用电缆、船用电缆外,在核电站、风能、机车车辆等领域也用量较大。主要的电缆料标准为GB/T 7594《电线电缆橡皮绝缘和橡皮护套》和GB/T 33430《硅橡胶混炼胶电线电缆用》。

我国橡胶电缆料主要还是线缆企业自主混炼为主。专业电缆料企业生产橡胶电缆料的也越来越多。橡胶电缆料原材料的国产化程度目前较高。但国产乙丙橡胶(EPDM)的产量相对较低,橡胶电缆料还需要采购进口牌号乙丙橡胶。

近年来,可陶瓷化硅橡胶的发展迅速,形成了系列化产品,使得我国的柔性耐火电缆技术水平迅速提高,市场应用也迅速发展。

(7)热塑性弹性体电缆料

塑性弹性体是一种兼有塑料的热塑性、加工性和橡胶弹性的高分子基混合材料,品种繁多,根据其基础高分子聚合物的分类可参考GB/T 22027《热塑性弹性体 命名和缩略语》。由于其优异的综合性能,在装备线缆领域的应用越来越多,特别是在工业自动化装备用柔性电缆、新能源汽车电缆、油矿电缆等方面。

聚氨酯类、烯烃类、共聚多酯类、苯乙烯类、动态硫化类热塑性弹性体在装备线缆上都有应用,国产化程度较高。但部分高性能热塑性弹性体或其原材料还是采用进口品牌,如高性能TPU、TPEE等。

2、国产电缆材料生产状况

我国线缆产业用绝缘类橡塑材料主要为聚氯乙烯、聚乙烯、交联聚乙烯、乙丙橡胶、硅橡胶以及热塑性弹性体等,年总用量约300多万吨,除高压电缆用超净材料和少量特种高端材料上要依赖进口外,基本实现国产化。国内电缆材料生产企业约300家,发展水平、生产能力和经营状况也良莠不齐,其中有7家上市或主营业务在上市公司内的企业,是电缆材料“小行业”的骨干企业。

七、总结评价与发展建议

1、总体评价

电气装备用线缆是线缆产品中应用范围最广、品类最多、应用条件差异最大、同时也是技术进步最为迅速(主要是配套工业装备的快速发展及新需求)的一大类线缆产品。通过对建筑工程、交通领域、采矿领域、新能源领域、工业自动化装备等电线电缆应用以及线缆用材料国产化状况的分析表明,该类产品的国产化配套能力很全,对应用较为普遍的大宗产品而言,全部实现国产化并且总体技术水平也是比较高的。但不少特殊用途的特种线缆仍需采用进口,如:井下采矿机用移动电缆、矿用潜油泵电力电缆、高铁机车用高电压电缆、石油开采平台用某些特种电缆、水下资源勘探与生产装备用脐带缆等。采用这些进口电缆,除了应用型配套性研究不够全面外,更为重要的是采用的电缆材料性能国内无法满足和配套。

2、自主创新开发高端电缆料及基础原材料

电气装备用电线电缆的应用场景面临各种苛刻工况的考验,其性能很大程度上取决于电缆料的性能。而高端装备线缆用的部分电缆料还需要进口,如:薄壁机车线用低烟无卤阻燃绝缘料、航空线用聚四氟乙烯/聚酰亚胺复合薄膜、可紫外激光标识的聚四氟乙烯生料带、柔性电缆用高性能聚酯弹性体等。可直接或混炼改性的基础树脂包括高性能的乙丙橡胶,还有很多品种没有成熟的国产替代牌号,如:乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、可熔性聚四氟乙烯(PFA)、高(VA)含量的乙烯酸酸乙烯共聚物(EVA)等。建议国家政策支持相关基础树脂和高性能橡胶的科研及产业化发展,同时各电缆料企业也应加强创新,自主开发高端电缆料。

3、联合开展装备线缆老化机理及状态监测、评估技术研究

我国已在交通、新能源等领域持续多年的投入,作为这些系统中重要的电气互联、信号传输的载体,电气装备线缆的应用规模极其巨大,未来还将逐渐攀升。这些线缆工作环境复杂,长期受到高温、潮湿、辐照、油雾、液体等一个或多个应力影响,加速劣化,最终会导致线缆绝缘能力或其他性能下降,引发电气设备接触不良、短路、击穿停电等事故,进而影响交通、新能源等装备的正常运行。目前各领域对装备线缆的老化机理及状态监测和评估还未形成系统化的研究成果和成熟技术。建议联合开展产学研用相关共性基础技术的研究,以保障交通、新能源等领域装备的安全运行。特别是:航空导线适航安全性评估技术、核电站材料质量一致性评估技术、柔性电缆(如拖链电缆、机器人电缆等)评估技术、电梯电缆寿命与安全性试验评估技术、布电线安全使用寿命(包括快速)评估技术研究等。

高德1956平台苏州建筑电气学会专家一行来访远东

高德1956平台《Q5825-5957》5月31日,苏州建筑电气学会主任委员、启迪设计集团股份有限公司副总经理张林华,学会名誉主任委员、金螳螂建筑装饰股份有限...

高德1956平台重庆市黑石子垃圾处理场填埋气收集及综合利用项目获批

高德1956平台《Q5825-5957》近日,重庆市发改委发布了关于黑石子垃圾处理场填埋气收集及综合利用项目核准的批复,详情如下: 重庆润斯禾福能源管理有...

高德1956平台亨通与上海海洋大学签订产学研合作协议

高德1956平台《Q5825-5957》5月21日,亨通电力产业集团上海亨通海洋装备有限公司与上海海洋大学产学研合作签约仪式在上海海洋大学图文信息中心成功举行...

高德1956平台远东出席上海电力大学2019年度社会捐赠奖教金、奖学金颁奖大会

高德1956平台《Q5825-5957》5月16日,上海电力大学2019年度社会捐赠奖教金、奖学金颁奖大会在上海电力大学临港校区举行。   上海电力大学校长李和...

高德1956平台宝胜股份当选中国标准化协会电线电缆委员会副主任委员单位

高德1956平台《Q5825-5957》近日,中国标准化协会电线电缆委员会(以下简称“委员会“)成立大会在江苏宜兴召开。宝胜股份公司当选为副主任委员单位,宝胜...

高德1956平台关于宝胜海缆海底高压电缆透水试验装置项目的招标公告

高德1956平台《Q5825-5957》一、项目名称:宝胜海缆海底高压电缆透水试验装置项目 招标人:宝胜集团有限公司 需求方:中航宝胜海洋工程电缆有限公司...