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新型海岸滩涂风电场光电复合电力电缆

更新时间:2016-10-29

简要描述:

1)电缆敷设于风电场区潮间带上,电缆直埋于海床下1~2m,海水深度约2m;(2)导体标称截面3×240mm2,额定电压26/35kV; (3)电缆段长要求不低于1000m;(4)要求径向和纵向阻水; (5)电气性能符合GB/T12706—2008要求;(6)光通信的光单元由8芯低水峰单模光纤(用于信号传输)构成,传输参数符合ITU-T(国际电信联盟电信标准化部)G652(2000)标准的单模光纤

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新型海岸滩涂风电场光电复

新型海岸滩涂风电场光电复合电力电缆的研制

2010

年第

2

No.

2

2010

线

Electric

Wire

Cable

2010

4

Apr.

20

摘要

介绍了该种新型海岸滩涂风电场光电复合电力电缆的结构

功能设计和金属护套感应电势计算

以及对

成品电缆进行的阻水试验

耐海水腐蚀试验和其它常规试验

关键词

光电复合电力电缆

纵向阻水

径向阻水

耐海水腐蚀

设计

试验

中图分类号

TM247.

1

TN818

文献标识码

A

文章编号

1672-

6901

2010

02-

0019-

04

Development

of

a

New

Power

Cable

Composite

with

Optical

Fibers

for

Coastal

Wind

Farm

WANG

Ke-

hao

et

al

Jiangsu

Hengtong

Power

Cable

Co.

Ltd.

Wujiang

215234

China

Abstract

In

this

paper

in

terms

of

a

new

power

cable

composite

with

optical

fibers

for

coastal

wind

farm

the

con-

struction

performance

design

and

calculation

of

the

inductive

potential

of

the

metal

sheath

are

presented.

Also

pres-

ented

are

the

water

blocking

test

for

the

finished

cable

test

of

resistance

to

corrosion

by

sea

water

and

other

routine

tests.

Key

words

power

cable

composite

with

optical

fibers

longitudinal

water

blocking

radial

water

blocking

resistance

to

corrosion

by

sea

water

design

test

收稿日期

2009-

08-

14

作者简介

王科好

1968

),

工程师

.

作者地址

江苏吴江市七都工业区

215234

.

0

某沿海潮间带风电场项目工程用光电复合电力

电缆

以下简称光电复合缆

要求

1

电缆敷设于风电场区潮间带上

电缆直埋

于海床下

1

2

m

海水深度约

2

m

2

导体标称截面

3

×

240

mm

2

额定电压

26

/

35

kV

3

电缆段长要求不低于

1000

m

4

要求径向和纵向阻水

5

电气性能符合

GB

/T

12706

2008

要求

6

光通信的光单元由

8

芯低水峰单模光纤

用于信号传输

构成

传输参数符合

ITU-

T

国际电

信联盟电信标准化部

G

652

2000

标准的单模光

纤的要求

7

必须满足海岸滩涂光电复合缆运输

敷设

和海岸滩涂苛刻环境的要求

使用寿命

30

我公司与某勘测设计研究院合作

根据某沿海

潮间带风电场的特点

组织科技人

通信

电力传输方面的产业优势

调动相关

资源

对该光电复合缆的用途

要求

敷设路径

运行

环境等方面进行了深入研究和探讨

zui终形成了成

熟的设计方案

1

海岸滩涂风电场光电复合缆的设计

海岸滩涂风电场光电复合缆的设计重点

一是

如何实现苛刻环境下复杂的防水要求

二是必须具

备多重耐腐蚀功能

三是光通信的光单元放在复合

缆中的哪个位置才能得到很好保护

能经受大张力

的绞合成缆

运输

敷设的考验

当然

还应进行复

合缆中的电力电缆和光通信的光单元设计

如何满

足复合缆的段长要求

也是设计和制造需要考虑的

另一个方面

1.

1

复合缆的防水结构

当复合缆长期与水接触时

如果本身结构上没

有防水密封

则很容易有水分渗透到复合缆内部

导体遇水长期运行会导致氧化腐蚀

导体电阻偏大

绝缘经水侵蚀

在电场的作用下会产生

水树枝

导致绝缘加速老化而造成电缆故障

对于用于沿海

滩涂的复合缆

如果结构上不考虑防水

则一旦进

复合缆的使用性能势必急速下降

寿命缩短

此复合缆的防水性能是否满足使用要求至关重要

防水性能包括径向防水和纵向防水两个方面

以下分别进行阐述

1.

1.

1

纵向阻水功能

因为

26

/35

kV

海岸滩涂风电场光电复合缆为

三芯结构

所以纵向阻水必须考虑导体

绝缘屏蔽和

纵包金属屏蔽之间的间隙

和成缆后三根绝缘线芯

之间的间隙的存在

通常

为了实现导体的纵向阻水功能

可以采用

两个措施

一是采用实心导体

二是导体采用绞合结

并在绞合过程中

填入吸水膨胀的阻水材料

据相关标准

采用实心导体显然是不合适的

只能采

用绞合结构

由于敷设环境决定了复合缆一旦进水

将以极快的速度蔓延

所以各层导体之间都必须考

虑阻水

而且导体绞合结构应是正规绞合

在每层绞

线外需绕包适当宽度的半导电阻水带

可保证导体

的电性能不受影响

采用这种结构

在导体绞合紧

压过程中

阻水带会局部破裂

但其中的阻水粉仍会

很好地充填于绞线的缝隙中

保持导体的阻水性能

对于绝缘屏蔽和纵包金属屏蔽之间存在的间

采用在绝缘屏蔽和纵包金属屏蔽之间绕包半导

电阻水带的方式实现阻水

同时

通过半导电阻水

带与单面铜塑复合带金属一面的接触

实现了绝缘

屏蔽与铜塑复合带的等电位

起到了均衡电场的作

成缆后三根绝缘线芯之间的间隙阻水

常用的

有阻水纱

阻水粉及阻水绳

它们的阻水机理是

水分从复合缆端头或是从护套缺陷中进入后

这种

含有吸水膨胀粉末的材料就会迅速膨胀

并阻止了

水分沿复合缆纵向进一步扩散

从而将水分的影响

限制在局部的受损处

实现了电缆纵向防水的目的

考虑到阻水的实际功能和成本因素

我们采用了阻

水绳实现线芯间的纵向阻水

1.

1.

2

径向阻水功能

每相线芯采用了

增强铜塑复合护层

+

特种聚

乙烯

PE

护套

阻水防腐层新技术

该技术是国际

上已成熟应用了多年的深海电缆的防水结构设计

法国的

NEXANS

公司

意大利的

PRYSMIAN

公司和

世界上zui著名的专业设计制造海缆的英国的

JDR

公司都有类似结构的海缆

纵包时单面铜塑复合带

先经过特殊的工装

进入挤出机机头后挤包特种

PE

护套

因为铜塑复合带的一侧为高分子材料

所以

在成型进入机头后

在高温和一定的压力下

可使特

PE

护套与铜塑复合带表面的高分子材料完全粘

结密封

纵包铜塑复合带有部分搭盖

),

水分几乎无

法渗透

线芯成缆后

外护套采用阻水效果优良

的改性中密度聚乙烯

MDPE

),

既可实现径向阻水

又可耐海水腐蚀

1.

2

复合缆的耐腐蚀结构

沿海滩涂复合缆的敷设

必然要穿过海水

水本身为电解质

有原电池效应

因此复合缆的耐腐

蚀功能也是设计考虑的重点

前面径向阻水功能设

计中提到的

增强铜塑复合护层

+

特种

PE

护套

水防腐层

既可实现径向阻水

又有很好的防海水腐

蚀作用

而且这种特殊结构还可增强电缆的综合力

学性能

复合缆铠装层设计根据滩涂电缆敷设路径

及运行环境要求

遵照用户需要采用镀锌钢丝

内护

层采用特种憎水型

PE

材料

外护层采用耐腐蚀改

MDPE

材料

进一步增强复合缆的耐腐蚀性能

1.

3

复合缆的光通信的光单元位置

在复合缆中的电力电缆结构确定后

应进行光

通信的光单元在复合缆中的位置设计

然后再确定

光单元的结构

由于交联聚乙烯绝缘电缆的导体长

期允许工作温度为

90

而光纤的适用温度通常zui

高不得超过

60

所以设计时光单元应避免放置在

导体内或靠近导体的部位

通常放置在三相绝缘线

芯的中心部位或边缘空隙中

如果放在中心部位

复合缆在承受拉力作用时

光单元由于没有绞合节

距而呈直线状态

将率先受力

而普通结构的光单

能承受的短暂拉伸力只有

2

kN

左右

这无法满

足复合缆在制造和敷设时的拉应力

如果光单元放

在三相绝缘线芯的边缘空隙中

由于跟绝缘线芯同

时绞合成缆

当复合缆中的缆芯受到拉力作用时

单元和绝缘线芯同时受力

这样所承受的拉力较小

再加上光单元设有一定的光纤余长

拉应力不会对

光纤的传输性能构成影响

为避免光单元在与电力

电缆的成缆绞合过程中被挤压

将光单元复合在填

充物中

这种结构设计可有效保护光单元的安全

1.

4

光单元结构

由于沿海滩涂地貌复杂

高低起伏不平

因此复

合缆敷设时将因各种因素制约承受较大的拉力

确保光单元满足滩涂苛刻使用环境和使用条件

计了有一定光纤余长的松套层绞式结构

松套管材

料采用激光焊接的不锈钢管

不锈钢带材性能应符

GB

/T

4239

的规定

由于光单元中的光纤为二

氧化硅材料

脆而易受损伤

所以在不锈钢套管中采

用纤膏

这既可保护光纤

又能防止水分和潮气的

渗入而产生氢损现象

保证光纤性能长期稳定

单元中的内外护套均采用高密度聚乙烯

HDPE

同样是考虑光单元的防水功能

在光单元与电

力电缆的成缆过程中和光电复合缆的敷设过程中

光单元也不可避免地承受一定的拉力

因此

光单元

中采用绞合节径比不大于

14

的低碳镀锌钢丝铠装

然后用绕包带绕包

以保证结构的稳定

光单元结

构示意图如图

1

所示

·

0

2

·

2010

年第

2

No.

2

2010

线

Electric

Wire

Cable

2010

4

Apr.

2010

1

光单元结构示意图

1

钢丝铠装层

2

HDPE

内护套

3

不锈钢松套管

4

光纤

5

纤膏

6

HDPE

外护套

1.

5

复合缆护层

根据敷设的zui大海深

计算出敷设时所需承受

zui大拉力

确定复合缆铠装层钢丝采用直径为

Φ

4.

0

的低碳镀锌钢丝

内外护层采用特种

PE

材料

1.

6

复合缆结构

在综合考虑了功能的实现

工艺的实现难度

理的制造成本等因素后

zui终确认的复合缆结构见

2

2

26

/35

kV

海岸滩涂风电场光电复合缆结构

1

阻水铜导体

2

导体半导电屏蔽

3

XLPE

绝缘

4

绝缘半

导电屏蔽

5

半导电阻水带

6

铜塑复合带

7

特种护套

8

防水填充

9

成缆包带

10

特种内衬层

11

镀锌低碳钢丝铠

12

耐海水腐蚀外被层

13

光纤单元

14

海缆特种纤膏

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安徽天康(集团)股份有限公司

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