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    電氣裝備用線纜領域現狀與發展分析

    發布日期:2021/2/5 15:42:40    來源:中國線纜產業發展現狀及策略建議咨詢報告    閱讀次數:

    電氣裝備用電線電纜使用范圍很廣因而品種繁多,主要涉及供電、配電和用電所需要的各種通用或專用的電線電纜以及控制、信號、儀表和測溫等弱電系統中所使用的電線電纜。我國電氣裝備用電線電纜的發展與應用領域的發展基本同步,但某些高端裝備線纜及特定使用要求的電纜料尚需進口。

    由于品種繁多本文中無法全部述及僅歸類以建筑工程、交通領域、采礦、新能源領域、工業自動化裝備用電線電纜為代表予以闡述,同時綜述分析了線纜用材料國產化狀況。

    一、建筑工程領域用電線電纜

    1、發展現狀

    建筑工程領域用電線電纜主要有布電線、電梯電纜、阻與耐火電纜、預分支電纜、鋁合金導體電纜等,還有中低壓電力電纜(列在電力電纜領域中)主要依托城鄉基礎建設及房地產業的發展。隨著人們生活水平的改善,家庭電氣化和信息化程度不斷提高,建筑工程領域用電線電纜量迅速增長。

    布電線主要有兩類:一類為聚氯乙烯絕緣電線,是CCC強制認證產品,執行標準為GB/5023(等同采用IEC 60227)及JB/T8734號文件;另一類為交聯聚烯烴絕緣低煙無鹵阻燃電線,有行業標準,但由于市場上采用的產品型號不規范等原因,目前主要執行企業標準。隨著安全環保意識的增強,低煙無鹵阻燃型電線得到了越來越多的認可,更多公共設施及高層建筑樓宇的建設選用低煙無鹵阻燃電線??梢灶A計低煙無鹵阻燃絕緣電線(以交聯型低煙無鹵阻然絕緣電線為主)市場需求量將呈現快速增長趨勢。同時近年來為滿足建筑家裝布電線的個性化要求,國內有企業開發了與建筑物產權年限相當的“長壽命”布電線產品在推廣應用。

    布電線結構簡單,用戶對品牌認可度高,該產品具有良好的經濟效益,普遍得到線纜企業的重視,生產該類產品的線纜企業眾多,生產能力得到不斷提升,滿足了相關領域需求。布電線采用的電纜料及生產裝備均實現了國產化。近幾年高速擠出機、擠出包裝串聯生產線在布電線制造上的推廣應用,使布電線的生產效率得到大幅提升,與國外同類產品技術水平保持同步。隨著技術的發展,紫外光交聯技術、硅烷交聯技術在交聯烯烴絕緣低煙無鹵阻燃電線制造中得到應用,但整體而言,硅烷交聯低煙無鹵阻燃技術在國內尚處于起步階段。

    中國的電梯行業發展迅猛,年均增長率約19%,電梯擁有量從2001年的28.5萬臺迅速發展到2018年底的566萬臺,由此帶動了電梯電纜用量的逐年提升。國內電梯電纜的執行標準可以分為4大類:IEC/GB、EN、UL/CSA、JIS。占據市場70%~80%產量的電梯電纜主要以額定電壓450/750V及以下的銅芯聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護套電梯電纜為主,產品基本上都是根據IEC/GBEN標準要求生產。

    阻燃與耐火電纜在建筑領域應用量大,其中阻燃電纜有含鹵阻燃電纜和無鹵阻燃電纜,為防止火災二次危害,近年來,無鹵阻燃電纜應用量越來越大。耐火電纜根據建筑物消防等級和應用場景不同的要求,有多種結構形式的耐火電纜,其功能是在火焰燃燒情況下能夠保持一定時間內安全運行的電纜。隨著國民消防安全意識的提高,耐火電纜越來越廣泛地應用于各類建筑中,如:高層建筑、地鐵、地下購物中心、機場、車站、大型電站及重要的工礦企業等與防火安全和消防救生有關的場所。所以對于建筑物及公共場所的消防供電及消防設施用電纜必須選用符合消防要求的各類耐火電纜。1994年開始,建筑設計規范逐漸將耐火電纜的使用要求納入強制性條款中。2016年,DGJ08-20482016《民用建筑電氣防火設計規程》、《民用建筑電氣設計規范》征求意見稿、(公消[2018]57號)《建筑高度大于250米民用建筑防火設計加強性技術要求(試行)》等規范開始對消防線路上的電纜的耐火溫度及持續供電時間給出明確的規定。

    在市場需求推動下,國內低壓耐火電纜產品類別、生產裝備、材料技術都得到快速發展,國內線纜企業一般均具備低壓耐火電纜的生產能力,產品實現了完全國產化,并不斷涌現出創新產品,如:萬米卷大長度云母帶,新型陶瓷化耐火材料、銅帶縱包氬弧焊裝備及恒張力云母帶繞包裝備等的應用,促進了低壓耐火電纜的技術進步和質量提升。產生了種類較多的低壓耐火電纜結構:GB/T 12706基礎上改進的銅導體+云母帶/交聯聚乙烯絕緣+阻燃外護套結構、GB/ T13033.1的銅導體+氧化鎂絕緣+銅護套結構、GB/T 34926的銅導體+云母帶絕緣+填充+保護層+銅護套(+塑料外護套)結構,還有銅導體+云母帶/交聯聚乙烯絕緣+礦物填充(防火泥或陶瓷化聚烯烴材料)+低煙無鹵外護套結構、銅導體+云母帶/交聯聚乙烯絕緣+鋁管+防火泥填充+低煙無鹵外護套結構、銅導體+陶瓷化硅橡膠絕緣或交聯聚乙烯絕緣+陶瓷化硅橡膠填充+低煙無鹵外護套結構等。產品耐火性能可達到英國標準BS 6387BS 8491要求。

    近些年來,在建筑工程領域也有不少采用鋁合金導體電纜、預分支電纜。隨著工藝技術的進步,充分發揮了鋁合金導體替代銅纜的作用,同時預分支電纜也極大的方便了工程電氣安裝。為降低超高層建筑物內部低壓供電線路的損耗,減少低壓電纜用量和占用空間,提高超高層建筑供電可靠性,現已采用垂吊敷設中壓電纜直達超高層建筑物負荷中心的變電室,既減少了電纜通道空間,又改善了供電質量,這種垂吊敷設中壓電纜已在超高層建筑及重大工程中得到應用。

    2、與國外先進水平比較及發展趨勢

    布電線涉及電纜料主要有聚氯乙烯絕緣料、低煙無鹵阻燃絕緣料等,國內生產能力充裕,滿足我國布電線制造的需求。其中交聯型低煙無鹵阻燃絕緣料以輻照交聯料為主。我國硅烷交聯低煙無鹵阻燃絕緣料研究起步晚,與歐洲相比,技術上有一定差距。

    國內電梯電纜的生產工藝和技術研發水平,也從開始的模仿學習到現在的逐漸趕超,電纜材料和生產設備基本形成了比較完善的供應鏈,加工成本和管理成本也得以良好的控制,電梯電纜絕大部分已實現國產化。但部分產品,如運行速度超過10/秒的超高速電梯用電纜,目前國內在技術經驗上還存在短板,缺乏有效的壽命測試驗證方案和設施,故電梯廠商更多的會選擇國外品牌電纜。

    阻燃及耐火電纜材料已完全實現國產化,技術水平與國際水平相當。近幾年,國產云母帶材料、陶瓷化硅橡膠材料、陶瓷化聚烯烴材料和生產工藝的技術進步,為低壓耐火電纜提供了新技術、新工藝,形成新的發展趨勢。

    國家大力推行“一帶一路”以及國內提高城鎮化率的發展戰略,使得建筑工程用線纜有廣闊的市場前景。據報道,至2018年末,中國城鎮化率為59.58%,距離70%的目標仍存在較大差距。而城鎮化率每提高一個百分點表示需新增城鎮人口約1300萬。依據相關資料,美國標準家庭的設計用電量在近50年內由30A提高到200A。我國盡管已從5A提高到40A,但還有提高的空間。隨著科技的發展,建筑工程電纜的發展也呈現了三個方面的技術趨勢。①安全環保需求:低煙無鹵、高阻燃、耐火、RoHS要求;②智能化技術的需求:同軸、網線、光纖等通訊單元已成為電梯電纜標準選配功能以及提升運行速度和超過300米高度的電梯電纜:經濟性與可靠性需求:節能、降耗、節材、減少占用空間、方便敷設安裝運維、提高各種應用場景的供電可靠性。

    二、交通領域用電線電纜

    1、發展現狀

    1)船用電線電纜

    船用電纜適用于各種河海船舶及海上石油平臺等水上建筑的電力、通信裝置,按用途分,有船用電力電纜、通信電纜、控制電纜、射頻電纜等系列。近十年來中國船舶制造業在全球市場上所占的比重明顯上升,造船總噸位已居世界第一。2018年中國的造船完工量達到7125噸,占到世界總造船量的40%以上,中國已經成為全球重要的造船中心,由此帶動了船用電纜需求量的上升。近年來我國海洋工程裝備產業得到快速發展,已成功設計和建造了浮式生產儲卸裝置(FPSO)、自升式鉆井平臺、半潛式鉆井平臺等,海洋工程裝備產業的發展也帶動了船用電纜需求。

    近年來我國海軍將大量裝備現代化艦艇,逐步淘汰落后艦艇,艦船用電線電纜的市場需求增加。艦船電力電纜、控制電纜及通信電纜執行標準以GJB結合企業標準為主,其他電纜品種均按技術規格書設計生產。國內線纜企業的艦船電纜研發和制造能力也能滿足我國艦船發展需求,產品國產化率基本達到100 %。

    2)港口機械用電線電纜

    中國是世界第一港口大國,港口規模連續多年穩居世界第一,擁有萬噸及以上泊位2444個,港口裝備的生產及出口也是第一大國。

    港口裝備用電線電纜相當部分采用船用電纜標準。特殊電纜主要有:卷筒電纜、拖鏈電纜、吊具電纜、岸電電纜、特殊要求橡套電纜(產品認證要求、特殊環境要求等)等,由于使用條件特殊且技術要求差別較大,多采用企業標準或用戶與制造企業商定技術條件。

    3)機車用電線電纜

    機車線纜主要用于鐵路機車、鐵路客車、動車組、高鐵車輛、城市軌道交通車輛等。產品執標準以歐盟技術標準為主,主要是EN50264、EN50306、EN50382等,其余的標準逐漸被淘汰。得益于我國城市化進程以及城市軌道交通和鐵路建設近年來的持續投入,帶來了機車線纜的持續增長需求。截至2018年末,中國內地35個城市城軌交通運營線路長度達5761.4公里,據不完全統計,全國城軌交通累計配屬車輛5898列,比上年增長21.1%。機車車輛電纜全國市場約20億元,其中國內企業占比約40%。取得CRCC認證的企業約20家。

    4)汽車用電線電纜

    汽車用電線是汽車線束的網路主體,與一般的電線電纜在結構和性能要求上有一定差異,通常要求有絕緣壁薄、耐熱、耐寒、耐油、耐磨、耐水解和耐候性能等。2018年,我國汽車工業總體運行平穩,受多方因素影響產銷量同比下降,新能源汽車快速發展,產銷量保持高速增長態勢。2018 年,汽車產銷分別完成2780.9萬輛和2808.1萬輛,同比分別下降4.2%2.8%。其中新能源汽車產銷分別完成127萬輛和125.6萬輛,同比分別增長59.9%61.7%。盡管宏觀經濟總體穩定發展,我國汽車汽車工業總體表現較弱,給汽車用線纜的發展帶來不確定性。

    5)航空航天用電線電纜

    航空航天用電線電纜包括飛機、衛星、火箭和其他飛行器上用的低頻導線、射頻同軸電纜、高速數據傳輸線等。航空制造業是我國經濟發展的戰略支柱,未來十年,我國通用飛機保有量將上升到5萬至10萬架。隨著航空事業的發展、飛機結構尺寸的日益增大和機載電子設備的劇增,航空用電線電纜用量也迅速增加?!?/span>2016中國的航天》白皮書指出:中國將加快航天強國建設步伐,持續提升航天工業基礎能力,繼續實施載人航天、月球探測、北斗衛星導航系統、高分辨率對地觀測系統、新一代運載火箭等重大工程,啟動實施一批新的重大科技項目和重大工程,基本建成空間基礎設施體系。伴隨著中國航天事業如火如茶的發展,各種航天器、外太空探索工程等所需的航空航天用線纜需求量也將大幅增加。

    2、與國外先進水平比較及發展趨勢

    1)船用電線電纜

    我國船用電纜國家標準等同采用IEC 60092標準,國內電纜企業生產船用電纜技術水平與國際水平相當,船用電纜基本實現國產化。但部分用戶指定使用進口品牌船用電纜,或少部分采用國外品牌船用電纜。這需要國內企業在船用電纜品牌建設上花功夫。艦船用電纜主要使用的電纜料種類有交聯聚乙烯絕緣料、乙丙絕緣料、熱塑型低煙無鹵阻燃護套料、交聯型(輻照交聯型及硫化型)低煙無鹵阻燃護套料及熱塑性彈性體電纜料等。國內電纜料的技術水平已基本滿足國內艦船用電纜的材料需求。還有少量特殊材料,如:船用通信電纜超薄絕緣線芯用絕緣料與國外先進水平相比還有差距,需要進口電纜料或絕緣線芯。

    2)港口機械用電線電纜

    目前港口機械配套的船用電纜執行國標及IEC標準,其他產品均執行企業標準。我國港口機械電纜制造能力基本滿足港口裝備發展需要,國內線纜企業生產的港口機械電纜得到較好應用。部分港口機械項目雖為國內企業制造提供,但港口機械選用配件由業主指定,特別是出口類項目,業主信賴國外知名電纜品牌,致使這些項目多數采用國外線纜產品,例如:國內雖然已形成了中低速卷筒電纜生產能力,并積累了運行經驗,但目前仍大量使用國外產品;國產高速卷筒電纜雖已投入工程應用,但技術積累少。如電纜外徑的控制。實現國產電纜與國外電纜的通用互換仍需要關注。目前高速卷筒電纜仍以國外產品為主。

    此外,國內產品在拓展國際市場、獲得國際認證上尚需花功夫。如美國UL認證等。

    國內制造的港口機械電纜用電纜料能滿足需求,技術水平與國際水平相當,如國產35kV乙丙絕緣料,已替代進口投入應用。但部分主要原材料受到制約情況,如:國內三元乙丙膠產能不足及性能受限,仍需大量采用進口乙丙原材料:高VA含量的EVA國內不能生產需依賴進口;國內氯磺化聚乙烯產量不足或自身性能的限制仍依賴進口。

    隨著中國與13個國家共同建立了“海上絲綢之路”港口合作機制、綠色港口和平安港口不斷深入推進、新能源在港口廣泛應用、碼頭岸電設施加快建設等,未來港口的發展將帶動港口裝備用電纜需求量上升。

    3)機車用電線電纜

    鐵路和城市軌道交通車輛對高速、環保、安全的要求,機車線纜的技術發展也需相適應。機車線纜注重發展薄壁絕緣系列產品、耐高溫柔軟系列產品、無鹵阻燃耐火產品,同時國內鐵路和城市軌道交通車輛運行多年,運營方對在運車輛上的機車線纜的運行狀態和剩余壽命越來越關注。機車線纜電纜料中TPEEPEEK等工程塑料以進口品牌為主。由于機車線對薄壁絕緣的要求,對薄壁機車線絕緣料需求也越來越強烈,但目前國產的薄壁絕緣料盡管也在推廣應用中,但阻燃和耐油性能、浸水絕緣電阻性能等很難全面滿足線纜標準要求,故只得采用進口料。

    2025年我國鐵路網規劃達到17.5萬公里左右,其中高鐵3.8萬公里左右;到2030年,我國鐵路網規模達到20萬公里左右,其中高鐵4.5萬公里左右,給機車線纜帶來巨大的市場需求。2019年印發的《交通強國建設綱要》指出要推進干線鐵路、城際鐵路、市堿(郊)鐵路、城市軌道交通融合發展。實現3萬噸級重載列車、時速250公里級高速輪軌貨運列車等方面的重大突破。合理統籌安排時速600公里級高速磁懸浮系統、時速400公里級高速輪軌(含可變軌距)客運列車系統,低真空管(隧)道高速列車等技術儲備研發。給各類機車車輛及其線纜的發展帶來了新機遇。

    4)汽車用電線電纜

    汽車用電線的生產和實驗標準既有國際標準,也有汽車主機廠的日標電線、德標電線、美標電線等國家標準及大眾、現代等公司的內控標準。近年來,我國汽車電線電纜無論產品數量、品種和質量都躍升到一個新臺階。但同國外發達國家相比,國內技術還存在一定差距。汽車線用絕緣料有PVC、PP、XLPE、硅橡膠、氟橡膠、各類熱塑性彈性體、氟塑料等。國內自主供應的主要為 TIPVC、PVCT3 XLPE。近年來國產的FEP、硅橡膠已經可以應用在汽車電線上。汽車電線的主要生產裝備如多頭拉絲機,主要還是依賴進口。大量高檔用途的線纜產品如要求較高的特種線纜、新型電纜,尚需進口。在汽車線纜產品加工手段上,整體水平和國外存在差距,且質量穩定、有一定規模的企業不多。由于汽車線行業有主機廠認可制度,因此很多特殊的汽車電纜必須進口。國內汽車線束市場主要被外資或合資企業、大型自主品牌整車廠自己的線束廠占據,也有少量國內自主品牌線束企業。

    目前,隨著國家對于節能減排的更加重視,提高有效乘用空間、汽車線束產品輕量化成為未來發展的重要方向。如:為了解決有效乘用空間和布線空間之間日益增長的矛盾,汽車內布線也在打破傳統力式,布線空間越發緊湊,新型電線、薄壁電線成為當今汽車電線電纜的主流。利用鋁導線代替銅導線也正逐漸成為趨勢。201871日起實施強制標準《乘用車內氣質量評價指南》,汽車電線的低揮發性有機物(VOC)、低氣味的要求將更加嚴格,意味著對電線材料提出了新要求。由于新能源汽車線束(高壓部分)使用的是耐壓600V以上的線纜,隨著傳輸電流的增大以及整車電子EMC等方面的考慮,也要求線纜具備良好的電磁兼容性。隨著汽車智能網聯化的發展,智能汽車配備的車內數據網路系統、車載信息娛樂系統、駕駛安全系統和自動駕駛系統均需要高速傳輸的支撐,電線束的功能由普通信號傳遞擴展到高速數據傳遞。各類對稱電纜、同軸電纜、光纜用量開始增加。

    5)航空航天用電線電纜

    航空航天低頻導線主要應用在飛機、航天器等型號的電氣系統、控制系統、供配電系統中實現信號的傳輸和控制以及電能的傳輸。目前主要包含兩大類,一類是 X-ETFE絕緣擠出線,一類是聚酰亞胺復合絕緣繞包線。 X-ETFE絕緣擠出線除大截面及鋁導體外基本可以實現國產化。聚酰亞胺復合絕緣繞包線,滿足 SAE AS22759/87-92單篇規范以及 NEMA   WC27500要求的產品目前已經能實現國產化。國內各廠商正在探索、開發如光滑型聚酰亞胺復合絕緣線等高要求應用場合的需求。

    國內外航空航天射頻同軸電纜由美國公司占據了大部分市場。國內航空航天射頻同軸電纜的研發生產企業,已介入高端的穩相低損耗同軸電纜的研制開發。

    隨著近年來國內通信技術的發展,主要航空航天高速傳輸線纜,如1553B數據總線、以太網線等,均逐步實現了國產化。但對于傳輸速率更高、使用位置較為關鍵的部位,其使用線纜仍然采用進口方式,如1394B數據電纜。

    航空航天光纜用于替代傳統電纜實現高速信號傳輸,已經在國內外軍民用航空航天系統中得到了大量應用。這類技術一直由國外公司壟斷,產品價格昂貴且存在禁運的風險。國內航空光纜產品的研發生產單位已經逐步開發出了單芯和多芯航空光纜,并得到了應用。但在部分高端產品上,例如寬溫域環境下使用的光纜、極小彎曲半徑敷設的光纖產品,目前仍以進口為主。耐輻照、耐高溫光纖關鍵技術長期掌握在國外廠家手里,如單、多模耐輻照光纖和國外技術水平相比還有較大差距。航天環境下使用的光纜產品,國內尚未實現批量化應用,在市場上也采購不到該類產品。

    目前國內航空航天線纜所用絕緣材料、護套材料大部分為耐高溫塑料,如聚酰亞胺(PI)及其復合薄膜材料;氟塑料包括交聯乙烯-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。雖然國內廠家已經研發出部分替代進口的材料,但大部分由于性能差異不得不進口。如:國產的FEP在大截面導線應用時抗應力開裂難達標:PTFE生料帶機械強度、UV對比度等指標較差; EPTFE膜強度、孔隙、厚度等均勻性穩定性不如進口產品;國產化X-ETFE產品尚在應用驗證中; PTFE/PI復合薄膜及PTFE推擠工藝設備基本由國外公司壟斷。

    三、礦用電纜

    1、發展現狀

    1)油礦電纜

    油礦電纜主要有:石油開采時給油井下的潛油電泵機組提供動力的潛油泵電力電纜;用于各類油氣井的測井、射孔和取芯等作業以及海洋調查、水文測量和地質勘探等的承荷探測電纜。當今我國陸上大多數主力油田已經進入中后期開發階段,特別是東部油田,多數油田產量已經逐年遞減,今后年減產幅度將會更大。西部油田發展已經20年左右,但西部后備資源數量明顯不足,未能形成產區的戰略接替。隨著國家對石油勘探技術的研發和投資,快速提高石油探明率的過程中,石油資源特別是海洋石油可開采儲量將會出現一個快速增長的過程。據估計,我國每年新建、維修海上石油平臺需要各類電纜約8000-1000km,預計2020年將超過25000km。僅就石油開采項目來看,深井探測電纜、深井潛油泵電纜、加熱自控溫等多功能電纜,每年的需求量約在15000km。如果加上沿海地區的石油勘測、鉆井平臺,需求量也是不可估量,海上石油開采用電纜供需缺口較大。

    近些年,我國潛油泵電纜生產廠不斷發展創新,目前已成功研制出配套多種新型電纜,如高稠油井注劑電纜、電加熱型油泵電纜、井下直線電機電纜、鋁合金潛油泵電纜、玻璃鋼敷纜復合連續油管等,并已投入應用。

    2)煤礦電纜

    煤礦用電纜主要有采煤機軟電纜、移動(極輕型)軟電纜、電鉆電纜、礦工帽燈線、固定敷設用電力電纜及礦用通信電纜等。自2016年國務院下發《國務院關于煤炭行業化解過剩產能實現脫困發展的意見》、煤炭工業去產能工作啟動以來,我國累計退出煤炭落后產能8.1億噸,提前兩年完成“十三五”去產能目標任務,煤炭產業集中度進一步提升。20191~5月全國原煤產量累計達到142268.6萬噸,同比增長0.9%,煤炭市場供需基本平衡。未來煤炭企業的生存主要依靠市場競爭力,更關注煤礦的技術水平、安全生產水平和環保水平。煤炭行業的有序發展為煤礦用電纜提供了穩定可持續的市場。

    2、與國外先進水平比較及發展趨勢

    1)油礦電纜

    1)潛油泵電力電纜

    潛油泵電力電纜長期處于地下1000~4000m深的油井中,工作環境異常惡劣,需要電纜具有耐高溫、耐高壓、耐酸堿、耐腐蝕等特性。潛油泵電纜的生產標準采用GB/T 16750,其中產品性能指標均已達到美國IEEE 1017、1018API 11S5、11S6標準的要求。國外生產潛油泵電纜的三家大型石油公司,由于其產品在井下使用中可靠性強、重復利用率高,其潛油泵電力電纜產品占據中國市場的主導地位。國內廠商在電纜生產設備、生產工藝、生產技術及產品的出廠檢驗性能上雖能滿足標準要求,但差距主要表現在:①國內橡膠原材料的生產、儲備、煉制性能不穩定,尤其是夏季原材料吸潮性強導致電纜絕緣性能下降明顯:②國內電纜在高溫(工作環境溫度180℃以上)、高壓(井下壓力在35MPa以上)工況下的運行時間,遠遠低于常規工況下的運行時間;③國內電纜產品在隨機組下井過程中絕緣電阻迅速降低,可重復使用次數遠低于國外產品。

    因潛油泵電力電纜使用環境的特殊性,其使用絕緣、護套材料的要求也極為特殊,例如改性聚丙烯、乙丙橡膠等絕緣材料,丁腈聚氯乙烯復合物、乙丙橡膠、丁腈橡膠等護套材料,以及包帶型電纜材料,需具有耐高溫、耐低溫、耐高壓、耐酸堿、耐化學藥劑、耐CO2、H2S等腐蝕性氣體特性,同時還要保持電纜運行至少一年以上的性能穩定性。這些材料與國外同類產品相比還具有較大的差距。

    2)承荷探測電纜

    國外承荷生產探測電纜的生產商具有多年的生產經驗和優質的產品性能,產品規格型號齊全,具有較高的技術水平,在國際上占據著絕對市場份額。國內的生產起步較晚,部分產品從工藝制造、生產設備、技術水平已基本接近國外電纜,可替代進口,基本滿足應用領域的需求。伴隨鉆井測試技術的發展,各種應用型探測電纜需求不斷涌現:①不銹鋼管探測電纜,要求電纜密封性能好,在惡劣的地質環境下也不泄漏,能承受70MPa的高氣壓,同時具有優異的抗干擾性,提高信號的傳輸質量和測井質量:②異型鋼絲鎧裝全密閉探測電纜,電纜需要避免磨損導致的電纜性能以及電纜使用壽命下降的問題,防止使用過程中電纜遇阻、遇卡問題出現,同時能夠減少液體腐蝕物進入內部。防止內部鋼絲被腐蝕,保證電纜的抗拉強度;③高承荷探測電纜,如在電纜負重較大時,采用三層鋼絲能夠承受更大的拉力、更好的密封性能等。

    承荷探測電纜根據不同的溫度等級,一般采用改性聚丙烯、FEP、PFA作為絕緣材料。國產材料在基本性能上滿足電纜的性能要求,盡管價格相比進口材料便宜很多,但國產材料性能不穩定,擠出工藝難度加大,使用壽命也存在一定的差距。進口鋼絲價格較國產鋼絲高,但進口鋼絲耐磨性、耐腐蝕性、抗拉強度都更高。

    承荷探測電纜還沒有統一的國家標準,各廠家主要依據SY/T 6600-2004JB/T3302-2016兩個標準進行各項出廠性能的檢驗。但在生產制造過程中,各廠家所采用的導體直徑與根數、絕緣厚度、鋼絲直徑與根數等工藝尺寸有較大差別,主要依據自己的企業標準進行生產。

    2)煤礦用電纜

    煤礦用電纜執行媒炭行業標準MT 818,實施強制性煤安認證規定,產品應通過認證后方能生產銷售。目前通過煤安認證的線纜企業超過400家,礦用電纜生產能力滿足了煤礦行業需求,且產能過剩,市場競爭激烈。但特種大型采煤設備仍大部分采用進口采煤機電纜,由耐克森、普睿司曼提供。國內也有部分廠家在生產,但產品的使用壽命與國外產品相比,仍有一定的差距,仍需攻關。

    煤礦電纜采用的主要電纜料有中低壓乙丙絕緣料、氯化聚乙烯護套料、交聯聚乙烯絕緣料及聚氯乙烯護套料等,均實現國產化,滿足了煤礦用電纜生產需求。隨著環保要求的不斷提高,對原材料企業提出了越來越高的要求。

    四、新能源領域用電線電纜

    1、發展現狀

    1)核電電纜

    核電站用電纜分安全級電纜和非安全級電纜。非安全級電纜適用于核電站輔助系統包括汽輪機、發電機、控制室、三回路冷卻系統、外部蒸發器等。安全級電纜分為殼外電纜和殼內電纜,需要受核安全監管部門監管。目前國內核電發展的速度已由先前的快速發展轉向穩步發展。2019年核電發展的政策有所松動,新核準了6臺機組,分別是中核2臺(漳州),廣核2臺(惠州),國核2臺(石島灣)。這6臺機組都是三代技術路線,對電纜均有60年壽命的要求,電線的總需求量約為5億元左右。因此若后續沒有新增機組的話,今后5年核電電纜的年均需求量在1億元左右。

    國內持證的電纜企業有10家。其中有7家企業同時獲得殼內電纜許可。然而這7家企業殼內電纜的許可范圍仍有較大差異,大多是僅具三大核電技術路線(AP1000、華龍一號中核和華龍一號廣核技術路線)中的一種技術,僅有個別企業三大核電技術路線的要求都能覆蓋。

    2)風電電纜

    風能電纜主要應用于風力發電機機艙及塔筒內部,產品種類較多,主要有動力電纜、控制電纜及接地線等,根據不同的使用場合,又可分為扭纜和固定纜。風力發電占全球電力供給比例在2017年漸進至5%,2018年,我國海上風電取得明顯進展,新增裝機容量達165.5萬千瓦,同比增長42.7%,累計裝機444.25萬千瓦。2018年全國風機發電量為占全國發電量的4.82%。我國風電發展“十三五”規劃,2020年底確保累計吊裝容量達到210GW,其中海上風電項目開工10GW,并網裝機容量達到5GW以上。預計至2021年底,風電將迎來快速發展期,風電電纜需求也將同步增長。

    3)光伏電纜

    光伏電纜主要用于(DC 1500V)光伏電站直流端組件間電流傳輸或類似發電系統,中國光伏發電新增裝機連續5年全球第一,累計裝機規模連續3年位居全球第一。但另一方面,中國光伏產業也存在光伏發電棄光顯現以及補貼需求持續擴大等問題,直接影響光伏行業健康有序發展。因此整個行業發展的重點,將從規模擴張轉移到高質量發展上來。20181~12月全國光伏發電量約占全國累計發電量的1.34%,與國際先進國家相比,有較大差距??梢灶A計,光伏發電將迎來高質量快速發展,這將帶動光伏電纜需求的增加。

    2、與國外先進水平比較及發展趨勢

    1)核電電纜

    國內核電電纜通常都是以各核電站的專用技術規范書和相關國家法規、標準為設計生產的依據。這些規范書的基本要求分別來自于美國核電標準體系和法國核電標準體系。如果涉及出口,還需要考慮出口國的法規、標準。

    目前除耐高溫電纜、核級光纜等小部分特殊電纜外,大部分電纜都實現了國產化,包括殼內電纜和殼外電纜。如國內三代核電殼內電纜的產品技術領先于國外,在三代技術路線的核電項目中,產品的競爭力已遠超國外。目前國外品牌的核電纜已基本退出中國三代核電項目。

    與國外先進水平相,國內企業在核電站電纜上的差距主要有以下兩點。一是在特殊電纜的研究上落后于國外;二是國內企業普遍存在同質化競爭,基礎研究做得不夠,掌握關鍵核心技術的企業少之又少。

    隨著國內核電纜技術的發展,國內核電纜料也得到一定發展,技術水平也逐步趕上了國際先進水平。在三代核電纜所用材料的研制生產水平方面,已領先于國外企業。但核電材料的研發過程是一個周期比較長的過程,加上較高技術難度,是很難在短期內獲得成效的,這明顯影響了電纜料企業投入的積極性,如國內致力于殼內核電纜材料研究的企業有多家,但廣泛投入實際應用的只有2家。且受國內基礎化工研究比較薄弱的影響,目前核電電纜料中高VA含量EVA等關鍵原材料尚需要進口。

    2)風電電纜

    風能電纜主要執行的標準是GB/T 3306、GB/T 29631,或根據據用戶要求,線纜企業制定企業標準實施。國內線纜企業已完全具備提供全系列產品的能力,同時積累了近20年的產品運行經驗,產品技術與國際先進水平相當,滿足了我國風電的發展需要并配套風機出口。

    全球大型風力發電可分為陸域風電與離岸風電兩類。陸域風電市場發展已超過30年,邁入成熟期;離岸風電處于發展初期,占整體市場規模不到十分之一,未來成長潛力佳。中國陸域風力機新增裝置量趨于平緩,整體風電市場由急速增加步入穩定發展,開發焦點逐漸移轉至技術水平高、成長潛力佳的離岸風電。風電技術發展帶來了對風能電纜的需求,如特定環境用低煙無鹵阻燃型風能電纜、大功率風機工作溫度達105℃耐扭風能電纜、35kV66kV耐扭風能電纜、低成本固定敷設鋁合金導體風能電纜等。

    風能電纜采用電纜料主要有中低壓乙丙絕緣料、氯化聚乙烯或類似材料、耐低溫低煙無鹵阻燃混煉膠,或TPE、TPU等彈性體材料等,國內線纜企業所用橡膠電纜料大都自行生產。耐低溫低煙無阻燃混煉膠性能與國外先進水平比有差距,仍需攻關,高性能的乙丙橡膠仍需進口。

    3)光伏電纜

    光伏電纜主要采用2PFG 1169/08.2007、EN 50618:2014、UL 4703:2014、IEC 6293:2017、NB/T 420732016標準。目前國內已有數百家線纜企業生產光伏電纜,滿足了國內光伏電纜市場需求。眾多線纜企業的光伏電纜產品通過了德國TüV認證或者美國UL認證,大量出口國際市場,產品技術水平與國際水平同步。

    光伏電纜主要使用的電纜料為輻照型交聯電纜料。國內已有多家企業生產的光伏電纜料通過了TüV認證和UL光伏認證,大批量投入實際應用,與國際水平保持同步。

    五、工業自動化裝備用柔性電纜

    1、發展現狀

    工業自動化裝備用柔性電纜主要用于機器人等自動化裝備的運動部分,提供電力和信號傳輸,要求具有耐數百萬甚至上千萬次的曲撓性能以及耐磨、耐環境液體等其他性能,其發展與智能制造、工業機器人等工業自動化裝備的發展密不可分?!笆濉逼陂g,我國機器人產業得到長足發展,市場持續增長。2018年國內機器人產量約為14.8萬臺,其中四軸以上工業機器人按60%占比計算,本體線束年產值約為5億元,電纜線束用量約為本體線束1.5倍,產值約為8~10億元。機器人集成市場產值約為本體線束產值的3~4倍,數控系統市場產值約為機器人市場10倍,工業自動化市場對裝備線束的需求約為20億元/年。據IFR統計,2018年我國工業機器人銷售額達62.3億美元,預測2024年銷售額將超過190億美元。據此推算,到2024年,我國工業自動化用裝備線束的產業需求可達100億元左右,其中線纜約為30億元。

    2、與國外先進水平比較及發展趨勢

    目前國內中高端工業機器人(包括外資)及系統集成商所使用的本體電纜70%以上依然依賴進口,主要是日系及歐系本體電纜。由于國內工業機器人產業化起步較晚,工業自動化柔性電纜在2010年以后,才開始進入大規模的研發和市場推廣應用。尤其近幾年,國內涌現出一批優秀的工業自動化柔性電纜(包括本體和拖鏈電纜)研發及生產企業,加大了研發與市場推廣應用的步伐。所生產的柔性電纜雖在實驗室數據上與歐日標桿企業達到相近水平,但因現場應用技術不夠成熟、實驗條件和評估試驗方法不能完全模擬實際使用工況的復雜性,且目前國內機器人主機廠和集成商在線束布線和壽命驗證方面也缺乏足夠的經驗,因此,考慮到選型安全,國內工業機器人企業在進行柔性電纜選型時,基本首選仍是進口本體電纜。

    應用于柔性電纜的主要絕緣材料(聚酯彈性體和氟塑料)和護套材料(聚氯乙烯和聚氨酯)主要以進口為主。國內材料企業也在積極地開發中。經過階段的驗證,國產的PVC、TPU等護套材料可以達到國外材料的同等耐環境及耐疲勞水平,但材料質量的一致性和穩定性仍有待改進。

    電纜生產設備方面,日本及歐洲企業的自動化程度遠遠高于國內,目前國內也有一批設備企業已經達到了國外企業水平,但在絞線單元等設備放線、收線張力控制穩定性方面,仍然較為欠缺,這也是影響柔性電纜質量一致性的主要因素。

    六、電氣裝備線纜用電纜材料

    電氣裝備用電線電纜材料同樣品種繁多、性能各異。從基材上可籠統分為塑料、橡膠、熱塑性彈性體等,從應用工藝上主要有擠出型和包帶型。為滿足不同應用場景,即使是同一類材料,不同電氣裝備線纜對其性能要求也可能差異很大。以下簡要介紹用于電氣裝備用電線電纜的主要類型電纜材料。

    1、主要電纜材料及其應用

    1)聚氯乙烯電纜料(PVC

    我國主要參照GB/T 8815《電線電纜用軟聚氯乙烯塑料》標準生產聚氯乙烯料,在建筑及工程用電纜、汽車線中廣泛應用。但由于其含鹵元素,在機車車輛、核電領域以及重大公共建筑中使用我國聚氯乙烯電纜料技術發展成熟,原材料基本國產,技術水平達到國際先進水平,滿足國內需求的同時也大量出口。

    2)可交聯聚乙烯電纜料(XLPE

    我國主要參照JB/T 10437《電線電纜用可交聯聚乙烯絕緣料》標準生產可交聯聚乙烯電纜料,同時應用于不同裝備線纜時也同時滿足相關線纜產品的標準要求??山宦摼垡蚁┲饕糜诘蛪弘婋娎|、控制及儀表電纜的絕緣,如船用電纜、機車電纜、核電電纜、礦用電纜等裝備線纜用XLPE主要是10kV及以下電壓等級,包括化學交聯、硅烷交聯、輻照交聯、紫外光交聯。此類材料基本國產化。

    3)低煙無鹵阻燃電纜料

    低煙無鹵阻燃電纜料一般是指聚烯烴基材。包括低煙無鹵阻燃電纜料的國內標準主要有:JB/T 10707《熱塑性無鹵低煙阻燃電纜料》、JB/T 10436《電線電纜用可交聯阻燃聚烯烴料》、GB/T32129《電線電纜用無鹵低煙阻燃電纜料》。低煙無鹵阻燃電纜料分熱塑型和交聯型兩類,除航天航空線纜基本不用外,在其他裝備線纜領域廣泛應用。

    各類裝備線纜對低煙無鹵阻燃電纜料的要求差異很大,此類電纜料的配方組分也較為復雜。各電纜料企業技術百花齊放,發展很快。

    核電電纜用低煙無鹵阻燃電纜料的研制生產水平,我國已領先于國外企業,形成了系列產品,以滿足第三代核電站殼內外電纜技術要求。國產光伏電纜用輻照交聯低煙無鹵阻燃電纜料也完全能夠滿足TüVUL光伏認證技術要求。船用電纜用低煙無鹵阻燃電纜料也基本國產化。機車電纜用高性能耐油薄壁絕緣料國產的性能還不太穩定,主要還是采用進口產品。

    低煙無鹵阻燃電纜料的輻照交聯配方和工藝我國已很成熟??商沾苫巯N耐火料的開發成功使裝備線纜的耐火性能設計裕度明顯提高。硅烷交聯低煙無鹵阻燃電纜料雖有國產化產品,用量也在逐漸上升,但與國外同類產品有一定差距,尚未形成系列化。

    低煙無鹵阻燃電纜料的主要原材料中乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)的國產化程度不高,特別是高VA含量的產品,基本采用進口材料。

    4)含氟塑料

    含氟塑料在航空天線纜、機器人電纜、汽車線、高溫安裝線中應用較多。主要有PTFE、FEP、ETFE、PFA、PVDF等,一般是直接采用樹脂合成企業的產品直接用于線纜生產,也有少量混煉后電纜料,如X- ETFE;還有制成薄膜型的,如PTFE帶、 PTFE/PI復合帶等。

    國產FEP已較成熟,前期易開裂問題基本解決,國內線纜企業已大量采用。PFA也有國產產品開始應用。ETFE國產產品還未成熟。PTFE有國產料,但由于壓縮比較低,航空航天用線纜還是以進口PTFE為主。膨化PTFE帶材國內目前已具備批量供貨能力,開始逐步應用。PTFE生料帶有部分國產產品開始使用,但紫外激光標識性能還有待提高。PTFE/PI復合薄膜仍在國產化開發中。

    5)其他高性能塑料

    隨著裝備線纜的應用環境越來越苛刻,越來越多的高性能塑料逐漸得到應用,如:尼龍(PA)在美標建筑布線中應用廣泛、PPO在汽車線中早有使用、聚醚醚酮(PEEK)在核電及航空航天線纜都有應用、擠出型聚酰亞胺(PI)和聚醚酰亞胺(PEI)在核電線纜中也有應用等。

    此類高性能塑料我國與國外差距較大,除尼龍外,即使有類似產品,但由于牌號單一、產量小等較少在裝備線纜上應用。

    6)橡膠電纜料

    橡膠電纜料主要有乙丙橡膠(EPDM)、氯化聚乙烯(CPE)、硅橡膠、丁腈橡膠電纜料等。除了用于通用橡套電纜、礦用電纜、船用電纜外,在核電站、風能、機車車輛等領域也用量較大。主要的電纜料標準為GB/T 7594《電線電纜橡皮絕緣和橡皮護套》和GB/T 33430《硅橡膠混煉膠電線電纜用》。

    我國橡膠電纜料主要還是線纜企業自主混煉為主。專業電纜料企業生產橡膠電纜料的也越來越多。橡膠電纜料原材料的國產化程度目前較高。但國產乙丙橡膠(EPDM)的產量相對較低,橡膠電纜料還需要采購進口牌號乙丙橡膠。

    近年來,可陶瓷化硅橡膠的發展迅速,形成了系列化產品,使得我國的柔性耐火電纜技術水平迅速提高,市場應用也迅速發展。

    7)熱塑性彈性體電纜料

    塑性彈性體是一種兼有塑料的熱塑性、加工性和橡膠彈性的高分子基混合材料,品種繁多,根據其基礎高分子聚合物的分類可參考GB/T 22027《熱塑性彈性體 命名和縮略語》。由于其優異的綜合性能,在裝備線纜領域的應用越來越多,特別是在工業自動化裝備用柔性電纜、新能源汽車電纜、油礦電纜等方面。

    聚氨酯類、烯烴類、共聚多酯類、苯乙烯類、動態硫化類熱塑性彈性體在裝備線纜上都有應用,國產化程度較高。但部分高性能熱塑性彈性體或其原材料還是采用進口品牌,如高性能TPU、TPEE等。

    2、國產電纜材料生產狀況

    我國線纜產業用絕緣類橡塑材料主要為聚氯乙烯、聚乙烯、交聯聚乙烯、乙丙橡膠、硅橡膠以及熱塑性彈性體等,年總用量約300多萬噸,除高壓電纜用超凈材料和少量特種高端材料上要依賴進口外,基本實現國產化。國內電纜材料生產企業約300家,發展水平、生產能力和經營狀況也良莠不齊,其中有7家上市或主營業務在上市公司內的企業,是電纜材料“小行業”的骨干企業。

    七、總結評價與發展建議

    1、總體評價

    電氣裝備用線纜是線纜產品中應用范圍最廣、品類最多、應用條件差異最大、同時也是技術進步最為迅速(主要是配套工業裝備的快速發展及新需求)的一大類線纜產品。通過對建筑工程、交通領域、采礦領域、新能源領域、工業自動化裝備等電線電纜應用以及線纜用材料國產化狀況的分析表明,該類產品的國產化配套能力很全,對應用較為普遍的大宗產品而言,全部實現國產化并且總體技術水平也是比較高的。但不少特殊用途的特種線纜仍需采用進口,如:井下采礦機用移動電纜、礦用潛油泵電力電纜、高鐵機車用高電壓電纜、石油開采平臺用某些特種電纜、水下資源勘探與生產裝備用臍帶纜等。采用這些進口電纜,除了應用型配套性研究不夠全面外,更為重要的是采用的電纜材料性能國內無法滿足和配套。

    2、自主創新開發高端電纜料及基礎原材料

    電氣裝備用電線電纜的應用場景面臨各種苛刻工況的考驗,其性能很大程度上取決于電纜料的性能。而高端裝備線纜用的部分電纜料還需要進口,如:薄壁機車線用低煙無鹵阻燃絕緣料、航空線用聚四氟乙烯/聚酰亞胺復合薄膜、可紫外激光標識的聚四氟乙烯生料帶、柔性電纜用高性能聚酯彈性體等??芍苯踊蚧鞜捀男缘幕A樹脂包括高性能的乙丙橡膠,還有很多品種沒有成熟的國產替代牌號,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。建議國家政策支持相關基礎樹脂和高性能橡膠的科研及產業化發展,同時各電纜料企業也應加強創新,自主開發高端電纜料。

    3、聯合開展裝備線纜老化機理及狀態監測、評估技術研究

    我國已在交通、新能源等領域持續多年的投入,作為這些系統中重要的電氣互聯、信號傳輸的載體,電氣裝備線纜的應用規模極其巨大,未來還將逐漸攀升。這些線纜工作環境復雜,長期受到高溫、潮濕、輻照、油霧、液體等一個或多個應力影響,加速劣化,最終會導致線纜絕緣能力或其他性能下降,引發電氣設備接觸不良、短路、擊穿停電等事故,進而影響交通、新能源等裝備的正常運行。目前各領域對裝備線纜的老化機理及狀態監測和評估還未形成系統化的研究成果和成熟技術。建議聯合開展產學研用相關共性基礎技術的研究,以保障交通、新能源等領域裝備的安全運行。特別是:航空導線適航安全性評估技術、核電站材料質量一致性評估技術、柔性電纜(如拖鏈電纜、機器人電纜等)評估技術、電梯電纜壽命與安全性試驗評估技術、布電線安全使用壽命(包括快速)評估技術研究等。

     摘自《中國線纜產業發展現狀及策略建議咨詢報告》