跨海高压直流海底电缆运检技术分析及建议

跨海高压直流海底电缆运检技术分析及建议

发表时间：2019-08-28T10:20:31.060Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年11期作者：李玉琴

[导读] 我国电力行业最近几年的发展有目共睹，取得了非常不错的成就。

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摘要：我国电力行业最近几年的发展有目共睹，取得了非常不错的成就。世界重要的海底电缆工程，表明其中大部分为直流海底电缆工程。叙述直流输电特点，着重以不同类型的直流和交流海缆载流量计算，证明直流海底电缆在输电容量、输电损耗和电缆线路长度限制方面显著优于交流海底电缆。肯定了我国发展直流海底电缆的必要性。

关键词：跨海高压直流海底；电缆运检技术分析及建议

引言

我国电力行业的快速发展带动我国整体经济建设发展迅速。海底电缆是电力电缆中综合电气和机械性能要求最高的产品。海底电力电缆工程亦是最困难和技术要求最高的输电工程。世界各国已经建成数量很大的海底电力电缆工程。

1跨海高压直流海底电缆的特点

（1）跨海高压直流海底电缆输电系统具有故障成本高的特点，要求海底电缆系统在生产后及安装后均应具备良好性能。（2）跨海海底电缆输电系统将面临长路由、复杂海底地貌环境、复杂海底已有设施、复杂的渔业船运行为以及不同国家之间电力行为的差异等不利因素，导致目前国内现存的近海海缆输电系统运维体系不再适用。（3）跨海输电系统往往存在深海路段，海底电缆水下巡检技术亦成为亟待解决的技术问题。（4）由于经济性要求，跨海海底电缆输电系统具有电力传输容量大的特点，海缆导体截面及海缆自重很大，而目前国内海底电缆打捞技术有限，尚不具备打捞修复类似东北亚联网工程中海底电缆的能力。

2载流量计算所取电缆的设计参数

（1）电缆绝缘厚度。交流海底电缆绝缘厚度采用相应国家标准规定数值；对直流海底电缆，参照各国研发和生产的直流电缆的绝缘厚度，取较厚值，对载流量计算影响不大。（2）海底电缆铠装结构。交流电缆铠装结构分钢丝铠装和扁铜线铠装；直流电缆均为钢丝铠装。

3直流电导测量评价

高压直流电缆绝缘材料的直流电导率极小且易受温度和电场影响，因此准确测量其直流电导率对于电缆绝缘设计十分重要。在对XLPE等绝缘材料的高场强直流电导率进行测量时，要求尽可能考虑电缆实际运行电场条件，精确控制测量温度，测量结果应有良好的稳定性与可重复性。直流电导率测量稳定性和重复性受材料组分、测量装置（如电极材料与接触面）、测量条件（如场强、温度、压力、湿度等）、试样制备和试样处理等多种因素影响。应通过控制试样制备、处理、保存以及测量过程中各种条件和操作步骤，尽可能提高测量结果稳定性和重复性。由于不同测量装置得到的测量结果存在一定差异，因此有必要说明测量装置、试样制备与处理方法。

4直流海底电缆和交流海底电缆线路长度

交流海底电缆由于电容电流按电缆长度正比增大，在电缆允许载流量限制下电缆线路长度受限。实际交流海缆系统为提高传输电流和减少线路的无功功率，抑制线路中间和末端电压过分升高，在线路末端和中间（如有可能，如两段海缆的中间岛屿）需装置并联电抗器补偿。海底电缆线路长度还受电缆制造长度和工厂软接头是否开发应用的限制。对充油海底电缆线路长度还受到供油距离的限制。对于必须采取线路中间无功补偿，而无法安装并联补偿的海底电缆线路就只有采用直流海底电缆输电。目前世界各国500kV交流海底电缆线路长度最长为30km左右。交流充油海底电缆最高电压等级为500kV。交流XLPE海底电缆目前已经运行的最高电压等级为420kV，敷设用于挪威西海岸的天然气生产平台与大陆电网的连接海缆，线路长度2.4km，但无工厂软接头。日本已研制275kV交流XLPE电缆软接头。大长度超高压交流海底电缆发展的关键是工厂软接头的开发和实际应用。一般110～220kV交流海底电缆最大长度为70km。直流海底电缆没有如交流海缆因电容电流限制线路长度和由于无功功率过大引起线路末端和中间电压过分升高因而必须采用无功补偿的限制的问题。直流粘性浸渍纸绝缘海底电缆线路长度已达580km。500～600kV粘性浸渍纸绝缘海缆和充油电缆软接头已不是技术障碍。目前柔性直流输电适用的直流XLPE电缆电压已达350kV等级，其相应电缆线路长度可以达到与粘性纸绝缘海底电缆相当的长度，没有长度限制。直流充油电线的长度仍受供油区段长度限制，与交流充油电缆线路允许长度相近。

5海底电缆施工勘察和故障探测技术研究

海底电缆敷设是世界公认极具难度的大型工程，投资规模大、施工难度高、敷设距离长，因此需要在施工前进行细致的海底勘察，以便为海缆敷设提供施工依据和技术支持。其中包括对敷设路线路由的地形地貌、海底面状况（海底障碍物及已建其他管线）以及潜在的灾害性地质现象（滑坡、冲刷等）等情况进行勘察。传统的海底电缆施工勘察通常通过海面作业船只携带声纳等探测设备对海底区域进行勘测，这种勘察方式费用高、效率低，且受航道管制、海域气候、海洋水文等客观因素影响。另外，如遇到作业船只锚体拉拽导致海底电缆断裂等类似事故，虽然海缆远距离监测系统可能检测出海缆故障原因且能提供大致故障位置，但不能对电缆故障位置（断裂处可能发生移位）进行精确定位，更无法对故障现场进行细致探测，这会严重影响故障电缆的维修作业。目前，海底电缆故障探测以人工潜水目视观察为主，这种方式不但作业可靠性差，而且危险性高且不适用于深海作业。近年来，随着水下机器人的可靠性、稳定性和安全性不断提高，使用无人水下机器人进行海底电缆敷设施工地貌勘察及运行故障探测成为了国内外学者的研究热点。无人水下机器人也被称作无人水下航行器，是一种工作于水下进行极限作业的无人机器人系统，可在高度危险环境、被污染环境以及零可见度的水域代替人工在水下长时间作业。无人水下机器人通常分为有缆遥控水下机器人和自主式水下机器人（AUV，AutonomousUn-derwaterVehicle）两大类。它们最大的区别是ROV通过脐带电缆与辅助母船连接，操作者通过监视器可以看到水下情况并实时操纵机器人的水中运动和机载设备的数据采集，但其受到脐带电缆限制，通常作业范围有限且运动灵活度差。而AUV则完全脱离母船支持，具有能源独立、机动灵活等优点，能够实现自主能源供给、自主决策导航、自主信息感知、自主作业规划等特殊功能。其作业范围和领域比ROV更远、更广，智能化水平也更高，可在远海大水深区域持续作业，自主地执行预定任务。自主式水下机器人（AUV）的上述特点正好符合海底电缆施工勘察和故障探测的严格要求，