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我国电力电缆技术引进及面向21世纪技术的发展与展望

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1楼 大 中 小 发表于 2006-4-25 13:16 只看该作者

我国电力电缆技术引进及面向21世纪技术的发展与展望

摘要：由于城网改造和建设工程的需要，我国电缆工业引进交联聚乙烯绝缘电缆生产线及制造技术，迅速缩小了与国外先进水平的差距。综合考虑我国高压交联电缆技术与国外先进水平仍有差距。论述了我国发展超高压 ５００ ｋＶ 交联聚乙烯绝缘电缆及特高压聚丙烯薄膜复合木纤维纸绝缘充油电缆与气体绝缘管道电缆的必要性与发展展望。
关键词：高压交联聚乙烯 电力电缆 城网建设 500kv交联聚乙烯电缆特高压电缆

１ 我国城市电网改造和建设与电力电缆技术引进

    随着经济发展以及城市用电需求的快速增长，我国自１９８１年起开展城网改造与建设工程。与充油电缆相比，交联聚乙烯绝缘（ＸＬＰＥ）电缆由于其辅助设备少，安装与维护方便以及在一定防护条件下火灾危险较少，成为大城市中大容量电能传输进入城市负荷中心的地下输电系统的首选产品。１１０ｋＶ及２２０ｋＶＸＬＰＥ电缆逐步取代充油电缆用于城网改造与建设工程。这就为我国高压ＸＬＰＥ电缆的发展与规模生产带来良好的机遇。

    然而８０年代初，我国尚未开发１１０ｋＶ及２２０ｋＶＸＬＰＥ电缆及其附件产品。１９８１年沈阳电缆厂率先从瑞典引进二手的悬挂式交联生产线（ＣＣＶ），并取得生产１１０ｋＶ附件的技术转让。与此同时一些大城市的电力工业单位开始从国外进口高压

    ＸＬＰＥ电缆及附件，用于城网改造与建设工程。广州供电局首先于１９８４年从日本进口并安装４．１ｋｍ１１０ｋＶＸＬＰＥ电缆线路。接着上海供电局与北京供电局分别于


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2楼 大 中 小 发表于 2006-4-25 13:17 只看该作者

Re:楼主

 ２２０ｋＶＸＬＰＥ电缆的生产能力估计超过４０００ｋｍ／ａ。我国在２１世纪第一个十年间，电力工业单位及工业用户对１１０ｋＶ及２２０ｋＶＸＬＰＥ电缆需要预计约

    １５００ｋｍ／ａ。１１０ｋＶ及２２０ｋＶＸＬＰＥ电缆生产能力可完全满足市场需求，且在今后相当长一段时间内尚供大于求。我国电缆制造企业已经面临通过竞争淘汰劣质高压ＸＬＰＥ电缆产品及其制造企业的严峻形势。高压ＸＬＰＥ电缆企业生存与发展的关键是供应优质高压ＸＬＰＥ电缆产品以及配套供应高压ＸＬＰＥ电缆附件。目前，制造高压

    ＸＬＰＥ 电缆企业中除合资企业外均无能力对其提供的高压ＸＬＰＥ 电缆配套供应相应附件。虽然专业生产电缆附件企业包括上海三原电缆附件公司及湖南南达高压电缆附件公司对附件配套起了重要作用，其中 １９９９ 年由上海三原电缆附件公司为市场提供 1000 套 １１０ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆附件，然而由于高压 ＸＬＰＥ 电缆预制附件的特殊性，附件的设计及品质与 ＸＬＰＥ电缆绝缘的质量，主要是绝缘的同心度与绝缘收缩密切相关，具备配套供应相关附件的能力已经成为高压 ＸＬＰＥ 电缆制造企业占领市场的竞争优势。目前，沈古电缆公司已在我国市场供应１１０ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆及配套预制附件。该企业生产的２２０ｋＶＸＬＰＥ电缆及其附件预计将在２～３年内进入市场。上海三原电缆附件公司与国外企业合作生产的２２０ｋＶＸＬＰＥ电缆户外终端及接头将在１～２年内供应市场，同时将自行开发相应的预模制橡胶应力锥及橡胶预制绝缘件，这将是该公司在预制附件开发、生产上迈出重大而艰难的一步。我国有实力的高压ＸＬＰＥ电缆制造企业有信心解决高压ＸＬＰＥ电缆附件的配套供应问题，相信不久其配套供应的ＸＬＰＥ电缆附件将随同生产的高压ＸＬＰＥ电缆进入市场。

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3楼 大 中 小 发表于 2006-4-25 13:17 只看该作者

Re:楼主

１９８６年与１９８８年进口１１０ｋＶＸＬＰＥ电缆及其附件用于电缆输电工程。由于

    １１０ｋＶ及２２０ｋＶＸＬＰＥ电缆与附件在数量与质量上不能满足市场需求，９０年代，我国电缆制造企业不断从国外引进先进的交联电缆生产线，并且在引进生产线与引进技术的基础上，开发高压ＸＬＰＥ电缆及附件，使得在较短时间内缩短我国与国外先进水平之间的差距。现在国产１１０ｋＶＸＬＰＥ电缆及１１０ｋＶ预制附件已进入市场。山东电缆厂、郑州电缆厂、上海电缆厂及沈古电缆有限公司四家电缆制造企业生产的２２０ｋＶ

    ＸＬＰＥ电缆已通过国际大电网会议（ＣＩＧＲＥ）推荐的型式试验规定［１］。沈古电缆公司生产的各类２２０ｋＶ预制附件以及由上海三原电缆附件公司与国外合作生产的２２０ｋＶ预制附件包括户外终端及绝缘接头通过ＣＩＧＲＥ推荐型式试验规定。山东电缆厂生产的２２０ｋＶＸＬＰＥ电缆以及上海三原电缆附件公司与国外公司合作生产的２２０ｋＶ户外终端及绝缘接头，按ＣＩＧＲＥ推荐的预鉴定试验规定［２］，进行为期１年施加１.７３倍工作电压，在比工作温度高５℃条件下的预鉴定试验。预计国内生产的220ｋＶＸＬＰＥ电缆及相关的附件在２１世纪初将进入市场。

    由于引进先进的 ＸＬＰＥ 电缆生产线，在引进技术基础上进一步发展高压ＸＬＰＥ 电缆及其附件，建立合资企业以及与国外企业合作生产高压 ＸＬＰＥ 电缆附件，我国生产的高压 ＸＬＰＥ 电缆及附件的性能与质量已接近国外先进水平。目前我国已有１２ 条可生产 ２２０ ｋＶ ＸＬＰＥ 的 ＶＣＶ 生产线，包括约 ３ 条 ＶＣＶ 生产线具有开发及生产 ５００ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆条件；已装备１２条可生产１１０ｋＶＸＬＰＥ电线电缆的ＣＣＶ生产线，其中两条ＣＣＶ生产线可生产２２０ｋＶＸＬＰＥ电缆。１１０ｋＶ及

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4楼 大 中 小 发表于 2006-4-25 13:18 只看该作者

Re:楼主

５００ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆线路。线路总长 ３９ ｋｍ。跨东京湾５００ ｋＶ 导体截面 ２ ５００ ｍｍ２ ＸＬＰＥ 电线线路亦将于 ２０００ 年完成第一期工程。其中隧道中电缆回路长 ９ ｋｍ，桥梁上敷设电缆回路长 ６ ｋｍ。５００ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆在长距离输电线路上实际应用已为期不远。

    我国的 ＸＬＰＥ 电缆技术发展的下一阶段将是 ５００ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆开发与应用。预计我国大部分以 ５００ ｋＶ 电缆作为超高压引出线的水电站及抽水蓄能电站将采用 ５００ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆。目前浙江省境内的天荒坪抽水蓄能电站已采用进口

    ５００ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆及 ＧＩＳ 终端。六台 ３６０ＭＶＡ 升压变压器分为 ３ 个联合单元，采用 ３ 回 ５００ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆作为超高压引出线。云南省境内的大朝山水电站 ６ 台 ２５０ ＭＶＡ 机组连接成２ 个联合单元，已确定采用 ２ 回 ５００ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆作为超高压引出线。山西省境内西龙池抽水蓄能电站已确定采用

    ５００ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆及附件，即将招标。此外四川省境内二滩水电站已安装５００ ｋＶ 低密度聚乙烯（ＬＤＰＥ）绝缘电缆。但从技术经济合理性考虑，５００ ｋＶ

    ＸＬＰＥ 更适用于作为传输超高压大容量电能的引出线，这是因为与ＬＤＰＥ 电缆相比，ＸＬＰＥ 电缆工作温度高，短路允许温度限值高得多，并且绝缘的机械物理性能较优。

    因为进口 ５００ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆及附件价格昂贵，我国开发与生产５００ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆及附件对于电缆制造企业与电力工业单位均是必然的选择。但要实现国内生产及应用 ５００ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆，其关键问题是进口的特超净绝缘料及超光滑半导电料在运输以及生产过程中保持超净状态以及５００ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆附件配套供应。由于我国今后一、二十年间 ５００ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆系统将主要用于电站超高压引出线，电缆单根长度不超过 ５００ ｍ，所需配套附件为户外终端及ＧＩＳ 终端。但在开发

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5楼 大 中 小 发表于 2006-4-25 13:18 只看该作者

Re:楼主

２ 我国高压 ＸＬＰＥ 电缆技术发展水平与高压及超高压ＸＬＰＥ 电缆技术发展期望

    我国通过 ＸＬＰＥ 电缆制造设备与技术引进，通过产品的研究开发，迅速缩短高压ＸＬＰＥ 电缆与附件制造水平与国外先进技术的差距，但迄今生产高压 ＸＬＰＥ 电缆所需的超净可交联绝缘料与超光滑半导电屏蔽料全部依靠进口；高压 ＸＬＰＥ 电缆附件的橡胶预制件的材料配方与工艺尚待完善提高。综合考虑我国高压ＸＬＰＥ 电缆技术与国外先进水平尚有差距。５００ ｋＶ 超高压 ＸＬＰＥ 电缆及附件国内尚是空白。

    ＸＬＰＥ 电缆是本世纪 ６０ 年代以后技术发展最快的电力电缆品种。工业发达国家中，日本是开发力量投入最多，取得成效最显著的国家。自１９５８ 年制造第一根

    ６００ Ｖ ＸＬＰＥ 电缆起，日本于 １９５９ 年即生产６．６ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆并投入使用。１９７７ 年日本生产世界第一根 １８７ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆并投入运行。

    １９８０ 年日本制造世界第一根 ２７５ ｋＶ ＸＬＰＥ电缆，投入电网运行。至

    １９８８ 年日本制造世界第一根 ５００ ｋＶ ＸＬＰＥ电缆，并在日本今市与下乡抽水蓄能电站（电站出线，短长度电缆，无连接接头）投入运行。

    与此同时日本各大电缆企业加强开发研制长距离输电用 ５００ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆回路所必需的５００ｋＶＸＬＰＥ 电缆接头。研制的 ５００ ｋＶ 挤塑模塑接头（ＥＭＪ）已随同 ５００ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆，户外终端及 ＧＩＳ电缆终端经过为期接近一年的高电场热循环长期老化试验，东京电力公司将于 ２０００ 年在新京叶丰洲线采用长距离

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Re:楼主

  ５００ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆终端同时，应及早研制 ５００ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆接头，这不仅因为 ５００ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆接头开发难度很大，万一发生事故时，必须采用接头进行电缆接续，而且发展大长度 ５００ ｋＶ ＸＬＰＥ电缆线路工程时，接头是必不可少的附件，如我国一个特大型城市不久将来很可能采用 ５００ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆用于电缆输电工程。

    根据目前挤包绝缘电缆包括 ＸＬＰＥ 电缆所采用的世界先进制造技术，绝缘中无大于５０ μｍ 尺寸杂质的条件下，国际上已经公认相应于工频交流试验电压（一般为 １．７～２．５ 倍相对地额定电压）下绝缘可承受的极限试验电场梯度为２７～３０

    ｋＶ／ｍｍ。按世界先进水平制造的 ５００ ｋＶ ＸＬＰＥ电缆绝缘（无大于 ５０ μｍ 尺寸杂质）的额定电压下工作梯度已达 １５～１６ ｋＶ／ｍｍ。

    预计我国特高压输电系统的额定电压可能为 ７６５ ｋＶ或 １ １００ ｋＶ。额定电压 ７６５ ｋＶ 电缆的工作梯度为 ２０～２１ ｋＶ／ｍｍ；额定电压 １ １００ ｋＶ 电缆的工作梯度可达 ２７～２８ ｋＶ／ｍｍ。很清楚，除非ＸＬＰＥ 电缆技术另有重大突破，开发制造特高压 ＸＬＰＥ 电缆是不现实的。因此特高压电缆输电系统必须采用其他品种电力电缆。

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7楼 大 中 小 发表于 2006-4-25 13:19 只看该作者

Re:楼主

３ 我国特高压输电系统与特高压电力电缆技术发展预期

    我国西南地区水能资源丰富，可开发容量达 ２５０ ＧＷ，占全国可开发容量

    ７１．２％。全国规划 １２ 个大水电基地，７ 个在西南。但我国工业集中在华东、华北、东北地区，因此西电东送是我国输电的基本格局。输电距离１ ０００ ｋｍ 以上，我国最大的金沙江水电基地若送电至华东、华中、华南，输电距离长达 １ ５００～

    ２ ５００ ｋｍ，５００ ｋＶ 输电电压已不能满足输电需要，必须采用更高一级输电电压以输送电力。本世纪出现特高压输电系统已是必然趋势。此外，黄河上游水电资源的开发，亦可能需要在西北电网建设特高压输电系统，时间可能更早。水电站的枢纽输变电系统若采用特高压引出电能，在出线空间或走廊更加困难的条件下，可能使特高压电力电缆作为电站引出线，获得工程应用。我国特高压电力电缆技术完全处于空白。从技术上考虑最有开发应用可能的特高压电力电缆为聚丙烯薄膜复合木纤维纸（ＰＰＬＰ）绝缘充油电缆与气体绝缘管道电缆（ＧＩＣ）。

    ３．１ 研制开发特高压 ＰＰＬＰ 绝缘充油电缆及附件，结合特高压输变电系统开发需要，落实工程应用

    充油电缆是目前世界上证实可以用于 １ １００ ｋＶ 输变电系统的电缆品种。早在７０ 年代末期，意大利 Ｐｉｒｅｌｌｉ 公司率先研制 １ ０００ ｋＶ 等级特高压充油电缆。并在比较木纤维纸与当时已经开发的几种合成包带材料与复合包带材料的电气、机械性能、价格以及与绝缘油相容性后，认为木纤维纸绝缘充油电缆是已经长期运行经验证实，运行记录十分优良，各方面性能优异的电缆。其唯一的问题是木纤维纸绝缘介质损耗因素（ε·ｔｇδ＝３．５×０．００２４）过高。在１ １００ ｋＶ 系统电压下，绝缘介质损耗可达 ６０ Ｗ／ｍ。因此特高压 １ １００ ｋＶ 下传输大容量电能（＞２ＧＷ），采用木纤维纸绝缘电缆在自然冷却条件下增大导体截面对提高传输容量没有效果，因而必须采用强迫冷却措施。但是从实际的运行维护及运行可靠性考虑，附加的强迫冷却系统必然增加运行维护工作量并影响电缆系统的运行可靠性。这亦是五、六十年代各国致力于研究探索开发低介质损耗包带绝缘材料用于超高压、特高压充油电缆的主要原因。近２０ 年间，木纤维复合薄膜材料，特别是 ＰＰＬＰ 用于充油电缆绝缘，在材料制造、ＰＰＬＰ 充油电缆的干燥与浸渍工艺，改善 ＰＰＬＰ 与绝缘油（十二烷基苯）相容性等技术均有重要的发展。

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Re:楼主

１９８８ 年日本敷设长 ２２ 回公里 ５００ ｋＶ ＰＰＬＰ绝缘充油电缆作为本州与四国间，全长 １２７ ｋｍ 的本四连线中地下输电电缆段，表明 ５００ ｋＶ ＰＰＬＰ 绝缘充油电缆已达到工程实际应用水平。

    １９９４ 年加拿大建设跨 Ｓｔ．Ｌａｗｒｅｎｃｅ 河８００ ｋＶ 输电工程经国际招标日本住友公司研制的 ７６５ ｋＶ ＰＰＬＰ 充油电缆一举中标［３］。

    ＰＰＬＰ 充油电缆绝缘的介质损耗因素 ε·ｔｇδ 为 ２．８×０．００１，仅为木纤维纸充油电缆绝缘的３３％。与木纤维纸绝缘相比，ＰＰＬＰ 的 ε 较低，可降低油间隙电场梯度，从而使 ＰＰＬＰ 充油电缆绝缘的电气绝缘强度提高２０％～３０％。在高油压的条件下，ＰＰＬＰ 绝缘充油电缆的允许工作梯度可达 ２８～３０ ｋＶ／ｍｍ。在 １ １００ ｋＶ ＰＰＬＰ 绝缘充油电缆的介质损耗为 ２０Ｗ／ｍ 左右，与导体损耗相当，使得 １ １００ ｋＶ ＰＰＬＰ 绝缘充油电缆不采用强迫冷却措施传输大容量电能成为可能。

    １ １００ ｋＶ ＰＰＬＰ 充油电压系列设计示例如表１ 所示。

    由表 １ 可见，铜导体截面为 ２５００ ｍｍ２ 的 １１００ ｋＶ ＰＰＬＰ 绝缘充油电缆传输容量可达 ２．９ ＧＶＡ；铜导体截面 １ ６００ ｍｍ２ 的 １ １００ ｋＶ ＰＰＬＰ 绝缘充油电缆传输容量为 ２．４ＧＶＡ，表明 １ １００ ｋＶ ＰＰＬＰ 绝缘充油电缆在自然散热条件下，其传输容量已达到具有工程实际应用水平。

    ３．２ 气体绝缘管道电缆（ＧＩＣ）是唯一可以在特高压下自然散热条件下传输特大容量电力（４ＧＶＡ 及以上）的电力电缆。

    ＧＩＣ 介质损耗因素 ε·ｔｇδ 极小，即使在特高压 １ １００ ｋＶ 下传输电力其介质损耗极低，并且导体截面几乎无制造设备的限制，因此在特高压下采用ＧＩＣ 传输特大容量电力显示其独特的优势。此外 ＧＩＣ 电容电流很小可用于长距离电力传输，其防火性能优良，可用于高落差敷设安装，运行维护比较简单，均为其技术上的优点。目前

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Re:楼主

 ３４５ ｋＶ，４００ ｋＶ，５００ ｋＶ 及 ８００ｋＶ ＧＩＣ 已在世界各国运行。单相刚性 １ ２００ ｋＶ ＧＩＣ 试样于 １９８２ 年在美国 Ｗａｌｔｚｍｉｌｌ 试验场开始高电场热循环长期运行试验，历时 ４４星期后完成试验；单相半可挠 １ ２００

    ｋＶ ＧＩＣ 试验亦于 １９８６ 年起在美国 Ｗａｌｔｚｍｉｌｌ试验场开始高电场热循环长期运行试验，经 ４０ 多星期试验后完成试验。１ ２００ ｋＶ ＧＩＣ 相当额定电压 １ １００ ｋＶ 产品。其雷电冲击绝缘水平 ２ １７５ｋＶ。１ ２００ ｋＶ 单相刚性 ＧＩＣ 的内、外导体均为铝管，以六氟化硫（ＳＦ６）气体为绝缘，标称气压 ０．４５ＭＰａ。其内导体直径 ２７９ ｍｍ，外导体内径７４６ ｍｍ；１ ２００ ｋＶ 单相半可挠型 １ ２００ ｋＶ ＧＩＣ 内导体为铝管，直径 ２７９ ｍｍ，外导体为皱纹铝管，其内径 ７１１ ｍｍ。绝缘气体 ＳＦ６标称气压为 ０．４５ ＭＰａ。可以认为国外工业发达国家制造特高压 ＧＩＣ 已无重大技术困难，其运行可靠性也已经证实。

    发展超高压、特高压 ＧＩＣ 尚需解决很多技术关键，包括采用三维静电场计算技术对绝缘支撑件的形状作优化设计，改进绝缘支撑件浇注材料及工艺以提高绝缘件性能以及制造金属嵌件元件；掌握绝缘气体净化技术及金属微粒陷阱捕获装置设计；掌握ＧＩＣ 导体及外导体内表面提高光洁度处理技术、导体与外导体制造技术、ＧＩＣ 气体密封及检漏技术、单元 ＧＩＣ 段(１２～１８ｍ)导体插接结构设计与外导体自动焊接技术以及 ＧＩＣ 电缆终端与各种配套的单元组件包括转角形单元、曲线形单元、伸缩单元及塞止单元的设计与制造。

    有些工业化国家如英国对发展超高压、特高压 ＧＩＣ 尚有不同意见，认为大长度单元ＧＩＣ 的运输、ＧＩＣ 外导体现场焊接以及关键元件，如 ＧＩＣ 伸缩单元的长期运行寿命等尚存在问题。这些亦是我国发展 ＧＩＣ 技术时需要慎重考虑并作借鉴的问题。但当必需采用超高压、特高压下传输特大传输容量的电缆输电工程时，ＧＩＣ仍是唯一的选择。

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Re:楼主

４ 结论

    我国从 ８０ 年代起通过引进高压 ＸＬＰＥ 电缆制造设备与技术，迅速掌握１１０ ｋＶ 及 ２２０ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆技术，缩短与国际先进水平的差距，国产 １１０

    ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆及附件已进入市场。２２０ ｋＶ ＸＬＰＥ电缆及附件不久亦将进入市场竞争。高压 ＸＬＰＥ 电缆附件的研究开发以及与高压 ＸＬＰＥ 电缆附件配套仍是电缆行业今后的重点发展目标。

    我国 ＸＬＰＥ 电缆技术发展的下一阶段目标将是 ５００ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆的开发与工程应用。由于 ５００ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆的接头的开发与实用化难度很大，预计国产 ５００ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆及配套的户外终端与ＧＩＳ 终端将首先应用于以 ５００

    ｋＶ 出线的水电站及抽水蓄能电站工程。由于特大型城市采用５００ ｋＶ 地下输电工程已提出要求，我国在开发 ５００ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆及其附件过程中应十分重视 ５００ ｋＶ ＸＬＰＥ 电缆的附件，特别是 ５００ ｋＶ接头的开发，力求将 ５００ ｋＶ

    ＸＬＰＥ 电缆系统应用于 ５００ ｋＶ 地下输电工程。

    我国西南、西北丰富的水电资源开发，需要长距离传输大容量电力，本世纪出现特高压输电系统是必然趋势。预计当水电站枢纽的输变电系统采用特高压下引出电能时，在出线空间更为困难的条件下，特高压电力电缆可能成为电站引出线的唯一选择。从技术上分析最有开发与应用可能的特高压电力电缆将是ＰＰＬＰ 充油电缆与 ＧＩＣ。后者特别适用于在特高压下传输特别巨大的电力。

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