因為諸如石油、天然氣和煤炭等傳統能源的儲量限制加之不斷增加的能源需求，人們對于開(kāi)發(fā)可再生能源的興趣日益增加。水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能、地熱能、潮汐與海浪能以及沼氣能等眾多可再生能源都已有數十年的發(fā)展歷史。雖然可再生能源只滿(mǎn)足整個(gè)能源需求的一小部分，但這些新能源的光明前景已在全球得到廣泛認可。

       除傳統能源儲量的減少外，石化燃料電廠(chǎng)造成的污染是可再生能源受青睞的另一個(gè)因素。作為化石燃料替代品的風(fēng)能具有儲量豐富、可再生、分布廣、清潔等特點(diǎn)，且在發(fā)電期間不會(huì )產(chǎn)生溫室氣體排放。到2009年底，全球風(fēng)電機組的標稱(chēng)容量為159.2GW、所發(fā)的電能為340TWh，大約是全球使用電能的2%。過(guò)去三年，全球風(fēng)電機組裝機容量翻了一倍。

       就現有風(fēng)機的維護和新建風(fēng)電場(chǎng)來(lái)說(shuō)，工程師和設計師不可避免地要為這些應用選擇合適的電纜。例如：風(fēng)電機艙內部應該使用可連續撓曲的控制和數據電纜；在風(fēng)電機塔內應該使用可扭轉撓曲的電纜。除了這種柔曲性要求外，還應考慮耐熱、抗磨損、抗油及其它化學(xué)物質(zhì)等要求。電纜選擇的復雜性很容易造成決策錯誤，并導致不必要的死機和代價(jià)高昂的維護。

風(fēng)電應用對電纜的要求

       一般來(lái)說(shuō)，風(fēng)場(chǎng)位于特殊氣候條件的惡劣環(huán)境中，例如，強風(fēng)、強紫外線(xiàn)和含鹽度很高的空氣等。正因如此，風(fēng)電應用中的電纜性能無(wú)疑比其它應用更高。而風(fēng)機內的運動(dòng)部件進(jìn)一步提高了正確選擇電纜的重要性。

       現有風(fēng)場(chǎng)的維護和新的大規模風(fēng)場(chǎng)開(kāi)發(fā)都需要考慮采用高等級的電力電纜、數據與控制電纜和通信電纜，它們決定了電網(wǎng)和通信系統的互連質(zhì)量。單個(gè)風(fēng)電機組所需的電纜數量比人們想像的要多。例如，一臺90米高的1.25MW風(fēng)力發(fā)電機需要約1km的電力電纜電纜。這樣算，50MW裝機容量的風(fēng)場(chǎng)將需要40km的電纜。

       風(fēng)電機組工作在惡劣環(huán)境，這種環(huán)境一般具有寬溫度范圍(約-40℃至50℃)、并且暴露在極強紫外線(xiàn)的照射下。因此，要達到預期的使用壽命，所使用的特殊電纜需要能夠承受-40℃的低溫及可抵御紫外線(xiàn)的輻射。對風(fēng)機內的運動(dòng)部件而言，電纜應具有優(yōu)異的扭轉和彎曲柔韌性，并具有很小的彎曲半徑。電纜還需要能抗燃料、抗冷凍劑、耐油、耐腐蝕性化學(xué)品及抗磨損。如果風(fēng)場(chǎng)是靠近海岸的陸地或位于海上，電纜都還必須耐高含鹽水的侵蝕。出于安全考慮，除上述要求外，還要求電纜具有阻燃性。在某些情況下，還要求低煙、零鹵素(LSZH)材料和EMI保護等其它特性。

綜上所述，風(fēng)電應用中使用的柔性電纜一般應滿(mǎn)足以下要求：

(1) 導線(xiàn)

為盡量提高柔曲性，推薦設計工程師只使用多股數的退火軟銅線(xiàn)。在彎曲繞折類(lèi)應用中，采用短的同心絞線(xiàn)構造；在扭轉繞折類(lèi)應用中，采用長(cháng)的同心絞線(xiàn)構造。面積大于6mm2(10AWG)的導線(xiàn)要求使用復合絞線(xiàn)結構。

(2) 絕緣

為增加低溫柔韌性，通常選擇熱塑性橡膠(TPE)、乙丙橡膠(EPR，一種EPM或EPDM)或硅橡膠(SiR)作為絕緣材料，以抵抗臭氧腐蝕和發(fā)熱引起的老化。PVC/尼龍絕緣由于具有高電介強度也得到了廣泛應用。

(3) 護套

電纜護套既可以是諸如聚氯乙烯(CPE)、聚氯丁烯(氯丁橡膠)、氯磺化聚乙烯(CSPE)合成橡膠等熱固性化合物；也可是類(lèi)似TPE、TPE-PVC合金和聚亞安酯等熱塑性化合物。這些材料都具有抗油、抗燃料、耐溶劑腐蝕等能力，并且在低溫下具有出色的柔韌性。這種特性使其成為風(fēng)電電纜的理想護套材料。

應當注意，電纜結構也是電纜柔韌性的決定性因素。采用平衡結構的對稱(chēng)導線(xiàn)設計通常具有高柔韌性。

即使電纜制造時(shí)遵循這些一般規則，仍強烈建議進(jìn)行完全的測試，以仿真“實(shí)際”應用。

電纜測試方法和程序

根據風(fēng)向，需要由偏航驅動(dòng)器調整風(fēng)機角度。電力、控制和通信電纜要么沿水平軸彎曲，要么沿垂直軸旋轉。這就對扭轉撓曲性要求更加嚴格，也需要更多關(guān)注。雖然目前沒(méi)有扭轉撓曲性方面的標準或法規，但最終用戶(hù)通常仍追求電纜在投入使用前能通過(guò)某些方式的測試。

下面是電纜行業(yè)中最終用戶(hù)采用的一般測試方法。

(1) 單根電纜在低溫(-40℃)下的扭轉應力測試：

將一根10米長(cháng)的垂直懸掛電纜樣品的頂端固定，底端綁定到一個(gè)旋轉裝置上。首先，將電纜順時(shí)鐘扭轉4圈(+1440o)，然后逆時(shí)針回轉4圈，恢復到原始位置。接著(zhù)將電纜逆時(shí)針扭轉4圈(-1440o)，然后順時(shí)針回轉4圈，恢復到原始位置。重復上述整個(gè)過(guò)程5000次以模擬20年的使用情況。如果在2.5U0條件下經(jīng)過(guò)5分鐘，電纜電纜沒(méi)被擊穿、護套也沒(méi)有裂紋，那么這根電纜就通過(guò)了測試。

注意：取決于電纜的電壓等級，U0可以是600、1000或2000V。

(2) 一束電纜的扭轉應力測試

測試程序與(1)相同，只是換成了電纜束。

風(fēng)電電纜標準

目前還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對風(fēng)電應用中使用電纜的標準。一般遵循IEC 60228 Class 5或6(類(lèi)似于DIN VDE 0295 Class 5或6、HD 383、GB/T 3956 Class 5 或 6)標準，使用光面或鍍金屬的退火多股銅線(xiàn)作為風(fēng)電電纜導線(xiàn)以獲得所需的柔韌性。有趣的是，IEC 60228只為電力電纜規定了導線(xiàn)的標稱(chēng)橫截面面積和導線(xiàn)中電線(xiàn)的數量和尺寸，這給電纜制造商提供了很大自由度。因此，即使電纜滿(mǎn)足IEC 60288 Class 5或6的要求，電纜性能也經(jīng)常會(huì )不盡如人意。而UL 62(涉及多個(gè)ASTM標準)不僅規定了導線(xiàn)中每股電線(xiàn)的尺寸和數量，還規定了導線(xiàn)結構(如同心絞線(xiàn)、復合絞線(xiàn)和集合絞線(xiàn)等結構)，這些都是電纜柔韌性性能的關(guān)鍵。

至于絕緣和護套，許多制造商遵循DIN VDE 0207-20和DIN VDE 0207-21。HD 22.1、HD 22.4、UL 44和UL 62也成為電纜生產(chǎn)的通用標準。

諸如UL 758、UL 1581、UL 1277、UL 2277、IEC 60332等其它標準也經(jīng)常被用于支持一些額外特性，如風(fēng)機機架電纜(WTTC)規范和可燃性等級要求。

由于歐洲國家早于北美國家開(kāi)發(fā)用于風(fēng)能市場(chǎng)的電纜，因此目前更多的采用歐洲標準。盡管如此，類(lèi)似的美國UL標準具有相同功用，且在某些情況下，UL標準對風(fēng)能應用有更嚴格的要求。

本文結論

本文介紹了風(fēng)能行業(yè)中電纜應用的狀況，總結了風(fēng)電電纜的詳細結構和構成的特殊要求。同時(shí)還介紹了一種被普遍認可的電纜扭轉柔韌性測試方法。作者建議，在對任何現有風(fēng)場(chǎng)實(shí)施維護和為未來(lái)風(fēng)電場(chǎng)建設選用電纜前，應先對電纜結構和測試數據進(jìn)行充分評估。