大长度高压及超高压光电复合海底电缆研究

[3] 电力电缆及电线.PRIELLI 公司编制. [4] 周厚强,叶信宏.中高压光电复合海底电缆中光缆设
计及其他用途.第七届光通信论坛论文集.2007. [5] 徐绍军,黄鹤鸣,李华春.单芯高压电缆金属护套环流
异常分析及对策[J].供用电,2008,25(1). [6] Development of Optical Fiber Composite Submarine
综
述
大长度高压及超高压光电复合海底电缆研究
高 翔 1 陈 洋 1 周厚强 2
（1.电能（北京）产品认证中心有限公司，北京 100011；2. 江苏亨通高压电缆有限公司，江苏 常熟 215513）
摘要 介绍了有关光电复合海底电缆导体阻水、电缆接地、光缆复合、铠装层、接头等方面 的设计思路或方法。
关键词：导体阻水；电缆接地；光缆复合；铠装层；接头
况，海缆导体的设计采用圆形紧压的方式比较普遍。 由于电缆电压等级高，标准规定的电缆截面大，
因而给导体阻水带来相当大的困难，主要原因就是 组成导体的单线太粗，绞合紧压后导体单线之间仍 然有很大空隙，阻水效果很难理想。由此可知，多 盘数的框绞机（至少 91 盘）是导体绞制的必要条件， 这样就能有效减小单线直径，减小单线间的空隙， 在阻水材料填充后就能达到良好的阻水效果。为了 设计合理的导体结构，建议导体采用同心式正规绞 合紧压结构，每层导体绞制时加入阻水绳一并绞合。 若采用带材，最好能采用绕包型，这样就可在导体 周围形成环状阻水结构，能充分达到阻水的目的。 当然不否认，若采用纵包结构，重叠搭盖效果好也 能达到相同的目的。
with optic fibers laying；armour tier；connect
我国是一个海洋大国，拥有 1.8 万 km 长的海岸 线，6000 多个大小岛屿散布在海岸的外缘。海底电缆 是沿海岛屿与城市之间电力与通信的重要传输手段。 2009 年 6 月，海南至湛江的联网工程，采用了总长度 近 140km（4×34.7km）500kV/800mm2 的海底电缆。 该项工程标志着大长度大截面超高压海底电缆已在 我国得以实际运用。为同时满足电力及音频和视频信 号传输的需求，光电复合海底电缆也应运而生。
输电、柔性输电、电力电子、电气仿真技术研究、超导技术、 UPS 技术及应用、智能电器）。
Abstract Brief introLeabharlann Baiduuce that train of thought method of the conductor hinders water, the cable ground
connection, the submarine composite power cable with optic fibers laying, armour tier, connect and so on. Key words：conductor hinders water；cable ground connection；submarine composite power cable
Study of High-voltage and Extra High-voltage submarine Composite Power Cable with Optic Fibers
Gao Xiang1 Chen Yang1 Zhou Houqiang2 （1. Power(Beijing) Product Certification Centre Co., Ltd, Beijing 100011； 2. Jiangsu Hengtong HV Power Cable System Co.,Ltd, Changshu, Jiangsu 215513）
2 电缆接地的研究
高压电力电缆的屏蔽和铠装一般都需要接地，电 力安全规程规定：35kV 及以下电压等级的电缆都采用 两端接地方式，这是因为这类电缆大多数是三芯电 缆，在正常运行中，流过三个线芯的电流总和为零， 在金属屏蔽层外基本上没有磁链，这样，在金属屏蔽 层两端就基本上没有感应电压，所以两端接地后不会
本文针对大长度高压及超高压光电复合海底电 缆在设计开发中的几个问题，简述了在导体阻水等 方面的设计思路和基本方法。
1 导体阻水的研究
在导体设计时除导电性能之外在海底电缆中最 重要的就是导体的阻水性能了，一般都需要模拟海缆 敷设的水深在受外力破坏情况下导体中水的传播距 离是有严格要求的，国际大电网会议推荐的技术规 范，海缆的导体阻水试验模拟电缆水深最深区段电缆 故障情况，试样浸入对应敷设水深的压力的水中，一 般至少试验持续 10 天，水温等于环境温度 20℃±15℃， 对导体切开处作目测检验，在这些声明的部位导体应 无水。经过几次分析研讨以及根据掌握的国际上的情
新闻与动态
“正泰杯”第五届全国电气工程师论文大赛征文通知
如何通过技术创新，以专业智慧构建智能、高效的电气 系统，是电气工程师共同关注的话题。“正泰杯”第五届全 国电气工程师论文大赛将围绕“智能 高效 电气创新”这一 主题，面向全社会征稿。同时，为沟通高校电气领域内最新 研究成果和前沿思维，挖掘和培养未来的工程师之星，本届 论文大赛将针对高校优秀论文特别设立高校奖：“未来工程 师之星奖”。本大赛由浙江正泰电器股份有限公司独家赞助， 《电气应用》编辑部承办。
3 光缆复合的研究
光缆单元在光电复合海底电缆结构中是最薄弱的 环节，设计时不仅要考虑光缆单元的光学性能，而且 更多地要考虑光缆单元的机械性能。从理论上看，光 缆单元的放置地方只能是在电缆的护层内，为了防止 粗钢丝对光缆单元的损坏，必须要保证钢丝铠装层的 作用力不直接施加到光缆单元上，因此，光缆单元要 加强防护，经过研究探讨，我们在结构设计时，将光 纤很好地放置在钢丝层内，使光纤得到有效地保护。
的难点，值得推广应用。
Cables Electra NO.171.1997-CIGRE.
8 结论
以上仅仅对电缆设计方面遇到的关键技术难点 进行了简要的阐述，很多方面还有待于进一步验证。 在此，希望能和从事电缆设计工作的各界专家进行 更多交流，将大长度高压及超高压光电复合海底电 缆的理论设计和实践有效结合起来，使国内的海底 电缆从设计和生产方面提升到一个新的台阶。
对于大长度高压及超高压光电复合海底电缆， 以上办法都难以达到目的。因为长度长，电缆感应 电势将达到一个很大的值，使得电缆金属护层发热， 从而很大程度上影响了电缆的输电功率。为了有效 的消除电缆金属护层的感应电势，我们不妨假定电 缆能采用合理的途径进行多点接地。但我们知道， 电缆金属径向防水层外都要采用防腐层结构，从而 使电缆无法接地。因此，很多电缆专家为此伤透了 脑筋，而目前国内有相关企业通过工艺创新，已基 本上解决了这一难题。
4 铠装层的研究
对于单芯电缆，标准规定，在交流系统场合，
铠装层要采用非磁性材料，而使用于海底的铠装层 不仅要有一定的防腐性能，而且要有足够的抗拉强 度，因而铝丝铠装并不适合，在此，仍然建议采用 不锈钢丝进行铠装；在实际应用场合，考虑到成本 问题，很多用户选用普通的镀锌钢丝再加隔磁结构。 设计时，根据实际载流能力的需要，可以酌情选用。
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述
有感应电流流过金属屏蔽层。但是当电压超过 35kV 时，大多数采用单芯电缆，单芯电缆的线芯与金属屏 蔽的关系，可看作一个变压器的初级绕组。当单芯电 缆线芯通过电流时就会有磁力线交链金属屏蔽层，使 它的两端出现感应电压。感应电压的大小与高压电缆 线路的长度和流过导体的电流成正比，高压电缆很长 时，护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身安全 的程度，在线路发生短路故障、遭受操作过电压或雷 电冲击时，屏蔽上会形成很高的感应电压，甚至可能 击穿护套绝缘。据此，高压电缆线路安装时，应该按 照 GB50217-1994《电力工程电缆设计规程》的要求， 单芯电缆线路的金属护套只有一点接地时，金属护套 任一点的感应电压不应超过 50～100V（未采取不能任 意接触金属护套的安全措施时不大于 50V；如采取了 有效措施时，不得大于 100V），并应对地绝缘。如果 大于此规定电压时，应采取金属护套分段绝缘或绝缘 后连接成交叉互联的接线。为了减小单芯电缆线路对 邻近辅助电缆及通信电缆的感应电压，应尽量采用交 叉互联接线。对于高压电缆长度不长的情况下，可采 用单点接地的方式。为保护高压电缆护层绝缘，在不 接地的一端应加装护层保护器。
征文对象 企事业单位从事电气及相关专业工作的科技、设计、管 理、施工、运行及维护的科技人员等；高等院校、科研院所 从事电气专业科研工作的教师、学生和工程技术人员等。 征文内容 智能电网（智能输电技术、智能配电及调度系统、智能 化变电站、智能采集系统、微电网技术、新能源、电力系统 低碳化技术、物联网技术）；中压配电（变压器、开关设备、 配电自动化、继电保护、操作电源、中性点接地、城市电网 改造）；低压配电（供配电、照明、防雷接地、智能建筑、 电气安全、标准讨论、电能质量、方案设计）；工业电气 （电 气传动、电气节能、智能控制、仪表检测、现场总线、工厂 供配电、电气管理、电机起动与保护）；理论前沿 （直流
6 电缆试验的研究
由于大长度海底电缆不同于普通电缆盘装运的电 缆，不便于移动运输，因此要求电缆试验的电源系统重 量轻，可以运输到电缆存放现场。建议采用输出电压不 低于 320kV，频率范围 30~300Hz 的串联谐振电源系统， 该试验系统目前被广泛开发利用。然而，由于电缆长度 超长，电缆试验设备的容量难以达到电缆局部放电试验 的要求，一般可以采用在原电缆成品上进行取样来测量 电缆的局部放电量作为电缆电性能的指标依据。
above 30(36) to 150(170)kV Cigre-21-02-Electra-189-
式，并采用了防水措施，接头后体积小，操作方便，
Aprl 2000.
有效地解决了光电复合电缆的抢修困难、修理不便 [2] Recommendations for Mechanical Tests on Submarine
Cables K.FUJH etc, Cigre.
参考文献
[1] Recommendations for Testing of Long AC Submarine Cables with Extruded Insulation for System Voltage
作者简介 高 翔，电能（北京）产品认证中心有限公司，工程师。 陈 洋，电能（北京）产品认证中心有限公司，工程师。 周厚强，江苏亨通高压电缆有限公司副总经理，高级工程师。
大长度光电复合海底电缆生产装备的研究应围 绕解决各生产工序收、放线设备能力及半制品周转 灵便等海缆生产企业现存具体问题进行。实际上， 受厂房及其他条件制约，现有海缆生产企业难以解 决更大长度光电复合海底电缆生产的瓶颈问题。新 （待）建海缆生产企业在进行厂房等的设计时，应 结合设备产能及其将来可能改造、提升的产能确定 好厂房高度、内部物流通道等关键数据，以实现生 产更大长度光电复合海底电缆的目标。
7 电缆抢修接头的研究
任何海底电缆在敷设和运行时，都难以保证电 缆不被意外损坏，甚至被拉断，于是电缆及时抢修 工作犹为重要。推荐一种 110kV 光电复合海缆抢修 接头的方案（见图 1）。
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述
图 1 110kV 光电复合海缆抢修接头示意图
本方案采用的是电缆和光缆接头分开进行的方
5 大长度光电复合海底电缆生产装备的研究
对于高压及超高压大长度的光电复合海底电缆 的生产，最难实现的就是保证整根无接头交货。在目 前竞争比较激烈的情况下，哪家企业生产的长度长， 就可以占据先机，能迅速抢占市场。因此，众多海底 电缆生产企业都在探讨实现大长度的方案，并且部分 企业已经开始着手实施。大家都知道，要实现大长度 无接头最大的困难就是电缆吨位大、长度长，中间制 造环节周转无法实现。比如，110kV 1×500 的海底电 缆，就算是用 5m 的电缆盘，最大长度也做不到 6000m， 而对于十几公里甚至更长的电缆就只能考虑工厂接 头的方案了（目前，国内海缆接头技术已经成熟）。