CN111613390A - 一种海上风电用交直流混合海缆生产方法 - Google Patents

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潘文
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刘新杰
孙金昊
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Abstract

本发明公开了一种海上风电用交直流混合海缆生产方法，具体步骤包括：步骤1：制成阻水导体；步骤2：制成绝缘线芯；步骤3：除气；步骤4：第二半导电阻水带绕包；步骤5：安装护套；步骤6：第一次成缆；步骤7：制成交流海缆；步骤8：第二次成缆；步骤9：绕包内衬层；步骤10：绕包铠装；步骤11：绕包外被层。通过上述方式，本发明一种海上风电用交直流混合海缆生产方法，该生产方法采用两次成缆的方式，克服了目前成缆设备不能同时进行五芯海缆成缆的缺陷，制造出来交直流混合海缆直接从风机上取直流电，从敷设三次减少到敷设一次，从而省去交流换流站成本和交流海缆敷设成本。

Description

一种海上风电用交直流混合海缆生产方法
技术领域
本发明属于电力电缆领域，具体涉及一种海上风电用交直流混合海缆生产方法。
背景技术
随着海上风电由近海向远海发展，一般采用交流海缆（阵列缆）从风机上采集电能，然后通过升压站，把中高压交流电转换成高压交流电，采用高压交流海缆输出电能，再通过换流站，把高压交流电转换成高压直流电，通过直流海缆输出电能，这样就需要交流海缆升压站和换流站，成本太高，后期也不好维护，也有直接从风机直流取电方案，省去交流海缆环节，直接采用直流海缆传输电能，不需要交流海缆升压站，进而节约交流换流站成本，但需要单独敷设交流海缆和直流海缆，三次敷设费用依然很高。
海缆都需要铠装，但一般是三芯海缆，只需一次性成缆就可以完成，但交直流海缆一般是五芯结构，一次性成缆，需要对设备改造耗费很大、技术难度也大。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种海上风电用交直流混合海缆生产方法，制造出来的交直流混合海缆直接从风机上取直流电，从敷设三次减少到敷设一次，从而省去交流换流站成本和交流海缆敷设成本。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种海上风电用交直流混合海缆生产方法，具体步骤包括：
步骤1：通过拉丝机将φ8.0mm铜杆拉制出所需圆形单丝，再通过框绞机将所述圆形单丝一层一层绞合，通过阻水粉设备在每层所述圆形单丝之间的间隙填充阻水粉后并绕包第一半导电阻水带，最后绕包半导电绑扎阻水带，从而制成阻水导体；
步骤2：通过交联挤出设备对所述阻水导体进行三层共挤，在所述阻水导体外依次挤出导体屏蔽层、绝缘层和绝缘屏蔽层，并在硫化管道中交联，从而制成绝缘线芯；
步骤3：将所述绝缘线芯送入移动除气房进行除气，控制除气房温度在60℃-70℃，除气天数根据TGA测试结果确定；
步骤4：通过高压绕包机对除气后的所述绝缘线芯进行第二半导电阻水带绕包；
步骤5：在所述绝缘线芯上绕包好的所述半导电阻水带外壁安装护套；
步骤6：将三根通过步骤1至5所制作的半成品海缆通过立式成缆设备进行第一次成缆；
步骤7：通过挤塑机在所述第一次成缆的海缆外挤出一层第一PE护套后制成交流海缆，所述交流海缆的结构种类包括干式结构和湿式结构；
步骤8：将所述交流海缆、直流海缆和光缆通过立式成缆设备进行第二次成缆；
步骤9：在所述第二次成缆的海缆外壁绕包内衬层；
步骤10：在所述内衬层外绕包铠装；
步骤11：在所述铠装外壁绕包一层外被层。
在本发明一个较佳实施例中，在所述第一次成缆和所述第二次成缆后均先绕包填充层，然后用涂胶布带绑扎好。
在本发明一个较佳实施例中，干式结构的所述交流海缆制备时所述步骤5为首先通过挤铅机在所述绝缘线芯上绕包好的所述第二半导电阻水带外壁挤出一层铅合金护套，再通过挤塑机在所述铅合金护套外挤出一层第一半导电PE护套，所述铅合金护套外层涂有第四沥青。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤8中的所述直流海缆始终采用干式结构的所述交流海缆制备时的所述步骤1至5制备得到。
在本发明一个较佳实施例中，湿式结构的所述交流海缆制备时所述步骤5为首先在所述第二半导电阻水带外通过铜丝疏绕设备疏绕一层第二铜丝，并在所述第二铜丝外绕包一层铜带，然后在所述铜带外通过铝塑复合带纵包模具纵包一层铝塑复合带，最后用挤塑机再挤出一层第二半导电PE护套，所述铝塑复合带外层涂有第五沥青。
在本发明一个较佳实施例中，湿式结构的所述交流海缆制备时所述绝缘层采用抗水树绝缘材料。
在本发明一个较佳实施例中，所述填充层的填充种类包括第一PP绳填充和PE瓦楞形填充。
在本发明一个较佳实施例中，所述内衬层由两层无纺布和第二PP绳组成，所述第二PP绳外涂有一层第一沥青。
在本发明一个较佳实施例中，所述铠装的种类包括圆钢丝、扁钢丝和第一铜丝，所述圆钢丝、所述扁钢丝和所述第一铜丝外表面均涂有一层第二沥青。
在本发明一个较佳实施例中，所述外被层由两层第三PP绳组成，两所述第三PP绳之间涂有一层第三沥青。
本发明的有益效果是：本发明一种海上风电用交直流混合海缆生产方法，该生产方法采用两次成缆的方式，克服了目前成缆设备不能同时进行五芯海缆成缆的缺陷，制造出来交直流混合海缆直接从风机上取直流电，从敷设三次减少到敷设一次，从而省去交流换流站成本和交流海缆敷设成本。
附图说明
图1为一种海上风电用交直流混合海缆生产方法生产的海缆的结构示意图。
附图中各部件的标记如下：1、阻水导体；2、导体屏蔽层；3、绝缘层；4、绝缘屏蔽层；5、第二半导电阻水带；6、铅合金护套；7、第一半导电PE护套；8、填充层；9、第一PE护套；10、涂胶布带；11、内衬层；12、铠装；13、外被层；14、光缆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1
实施例1
一种海上风电用交直流混合海缆生产方法，所述交流海缆为干式结构，具体步骤包括：
步骤1：通过拉丝机将φ8.0mm铜杆拉制出所需圆形单丝，再通过框绞机将所述圆形单丝一层一层绞合，通过阻水粉设备在每层所述圆形单丝之间的间隙填充阻水粉后并绕包第一半导电阻水带，最后绕包半导电绑扎阻水带，从而制成阻水导体1，所述第一半导电阻水带作用是防止所述圆形单丝有毛刺产生尖端放电，均化所述阻水导体1与所述半导电屏蔽层处的电场作用，所述半导电绑扎阻水带用于防止所述阻水导体1生产完成后膨胀，所述阻水导体1外径增大从而不能通过下道工序的模具。
步骤2：通过交联挤出设备对所述阻水导体1进行三层共挤，在所述阻水导体1外依次挤出导体屏蔽层2、绝缘层3和绝缘屏蔽层4，并在硫化管道中交联，从而制成绝缘线芯，所述导体屏蔽层2、所述绝缘层3和所述绝缘屏蔽层4起到了承受电缆工作电压作用。
步骤3：将所述绝缘线芯送入移动除气房进行除气，控制除气房温度在60℃-70℃，除气天数根据TGA测试结果确定，TGA测试是指在程序控制温度下测量待测样品的质量与温度变化关系的一种热分析技术，用来研究材料的热稳定性和组份，TGA测试在研发和质量控制方面都是比较常用的检测手段，所以不详细进行描述。
步骤4：通过高压绕包机对除气后的所述绝缘线芯进行第二半导电阻水带5绕包，所述第二半导电阻水带5在海缆中起到纵向阻水作用，同时防止下道工序对所述绝缘线芯造成损伤。
步骤5：首先通过挤铅机在所述绝缘线芯上绕包好的所述第二半导电阻水带5外壁挤出一层铅合金护套6，所述铅合金护套6起到海缆轴向阻水作用，再通过挤塑机在所述铅合金护套6外挤出一层第一半导电PE护套7，所述第一半导电PE护套7起到保护所述铅合金护套6的目的，所述铅合金护套6外层涂有第四沥青，所述第四沥青的厚度不可测量，用于防止所述铅合金护套6受海水腐蚀。
步骤6：将三根通过步骤1至5所制作的半成品海缆通过立式成缆设备进行第一次成缆，绕包所述填充层8后再用所述涂胶布带10绑扎好，所述填充层8用于对填充所述第一次成缆后三根所述半成品海缆之间的缝隙，所述填充层8的填充种类包括第一PP绳填充和PE瓦楞形填充，本实施例中所述填充层8采用所述第一PP绳填充。
步骤7：通过挤塑机在所述第一涂胶布带10外挤出一层所述第一PE护套9后制成干式结构的交流海缆。
步骤8：将所述交流海缆、直流海缆和光缆14通过立式成缆设备进行第二次成缆，绕包所述填充层8后再用所述涂胶布带10绑扎好，所述直流海缆始终采用干式结构的所述交流海缆制备时的所述步骤1至5制备得到，本实施例中，所述直流海缆和所述光缆14的数量均为两根。
步骤9：在所述第二次成缆的海缆外壁绕包内衬层11，所述内衬层11由两层无纺布和第二PP绳组成，所述第二PP绳起到缓冲作用，防止所述铠装12对所述第二次成缆后的海缆表面作用力过大，从而造成损伤，所述第二PP绳外涂有一层第一沥青，所述第一沥青用于延缓所述第二PP绳被海水腐蚀。
步骤10：在所述内衬层11外绕包铠装12，所述铠装12的种类包括圆钢丝、扁钢丝和第一铜丝，根据海缆的重量选择合适的所述铠装12种类，所述圆钢丝、所述扁钢丝和所述第一铜丝外表面均涂有一层第二沥青，所述第二沥青用于延缓所述圆钢丝、所述扁钢丝和所述第一铜丝被海水腐蚀，满足海缆敷设时，对所述圆钢丝、所述扁钢丝和所述第一铜丝的张力要求。
步骤11：在所述铠装12外壁绕包一层外被层13，所述外被层13由两层第三PP绳组成，所述第三PP绳用于防止海缆在储运过程中对所述铠装12造成损伤。两所述第三PP绳之间涂有一层第三沥青，所述第三沥青用于延缓所述第三PP绳的腐蚀。
实施例2
一种海上风电用交直流混合海缆生产方法，所述交流海缆为干式结构，具体步骤包括：
步骤1：通过拉丝机将φ8.0mm铜杆拉制出所需圆形单丝，再通过框绞机将所述圆形单丝一层一层绞合，通过阻水粉设备在每层所述圆形单丝之间的间隙填充阻水粉后并绕包第一半导电阻水带，最后绕包半导电绑扎阻水带，从而制成阻水导体1，所述第一半导电阻水带作用是防止所述圆形单丝有毛刺产生尖端放电，均化所述阻水导体1与所述半导电屏蔽层处的电场作用，所述半导电绑扎阻水带用于防止所述阻水导体1生产完成后膨胀，所述阻水导体1外径增大从而不能通过下道工序的模具。
步骤2：通过交联挤出设备对所述阻水导体1进行三层共挤，在所述阻水导体1外依次挤出导体屏蔽层2、绝缘层3和绝缘屏蔽层4，并在硫化管道中交联，从而制成绝缘线芯，所述导体屏蔽层2、所述绝缘层3和所述绝缘屏蔽层4起到了承受电缆工作电压作用，所述绝缘层3采用抗水树绝缘材料。
步骤3：将所述绝缘线芯送入移动除气房进行除气，控制除气房温度在60℃-70℃，除气天数根据TGA测试结果确定，TGA测试是指在程序控制温度下测量待测样品的质量与温度变化关系的一种热分析技术，用来研究材料的热稳定性和组份，TGA测试在研发和质量控制方面都是比较常用的检测手段，所以不详细进行描述。
步骤4：通过高压绕包机对除气后的所述绝缘线芯进行第二半导电阻水带5绕包，所述第二半导电阻水带5在海缆中起到纵向阻水作用，同时防止下道工序对所述绝缘线芯造成损伤。
步骤5：首先在所述第二半导电阻水带5外通过铜丝疏绕设备疏绕一层第二铜丝，并在所述第二铜丝外绕包一层铜带，然后在所述铜带外通过铝塑复合带纵包模具纵包一层铝塑复合带，最后用挤塑机再挤出一层第二半导电PE护套，所述铝塑复合带外层涂有第五沥青，所述第五沥青的厚度不可测量，用于防止所述铝塑复合带受海水腐蚀。
步骤6：将三根通过步骤1至5所制作的半成品海缆通过立式成缆设备进行第一次成缆，绕包所述填充层8后再用所述涂胶布带10绑扎好，所述填充层8用于对填充所述第一次成缆后三根所述半成品海缆之间的缝隙，所述填充层8的填充种类包括第一PP绳填充和PE瓦楞形填充，本实施例中所述填充层8采用所述第一PP绳填充。
步骤7：通过挤塑机在所述第一涂胶布带10外挤出一层所述第一PE护套9后制成湿式结构的交流海缆。
步骤8：将所述交流海缆、直流海缆和光缆14通过立式成缆设备进行第二次成缆，绕包所述填充层8后再用所述涂胶布带10绑扎好，所述直流海缆始终采用干式结构的所述交流海缆制备时的所述步骤1至5制备得到，本实施例中，所述直流海缆和所述光缆14的数量均为两根。
步骤9：在所述第二次成缆的海缆外壁绕包内衬层11，所述内衬层11由两层无纺布和第二PP绳组成，所述第二PP绳起到缓冲作用，防止所述铠装12对所述第二次成缆后的海缆表面作用力过大，从而造成损伤，所述第二PP绳外涂有一层第一沥青，所述第一沥青用于延缓所述第二PP绳被海水腐蚀。
步骤10：在所述内衬层11外绕包铠装12，所述铠装12的种类包括圆钢丝、扁钢丝和第一铜丝，根据海缆的重量选择合适的所述铠装12种类，所述圆钢丝、所述扁钢丝和所述第一铜丝外表面均涂有一层第二沥青，所述第二沥青用于延缓所述圆钢丝、所述扁钢丝和所述第一铜丝被海水腐蚀，满足海缆敷设时，对所述圆钢丝、所述扁钢丝和所述第一铜丝的张力要求。
步骤11：在所述铠装12外壁绕包一层外被层13，所述外被层13由两层第三PP绳组成，所述第三PP绳用于防止海缆在储运过程中对所述铠装12造成损伤。两所述第三PP绳之间涂有一层第三沥青，所述第三沥青用于延缓所述第三PP绳的腐蚀。
所述交流海缆用作风机取电，所述直流海缆用于风机电力输送，没有同时处于工作状态，两者影响可以忽略，根据敷设水深、敷设环境，所述交流海缆部分与所述直流海缆部分搭配，敷设水域浅、敷设环境不复杂情况下，可以采用湿式结构的所述交流海缆与所述直流海缆搭配，考虑到交直流混合复合光纤海底电缆整体圆整性，在满足海缆结构设计要求最低要求情况下，适当增加所述直流海缆内所述金属屏蔽层厚度、所述外护套层厚度，使所述直流海缆外径与所述交流海缆外径相差控制在5mm内。
敷设水域深、敷设环境恶劣情况下，可以采用干式结构的所述交流海缆与所述直流海缆搭配，考虑到交直流混合复合光纤海底电缆整体圆整性，在满足设计要求最低要求情况下，所述交流海缆各层尺寸取最小厚度要求，适当增加所述直流海缆所述金属屏蔽层、所述外护套层厚度，使所述直流海缆外径与所述交流海缆外径相差控制在5mm内。
在所述交流海缆与所述直流海缆成缆过程中加入所述光缆14，制造成交直流混合复合光纤海底电缆，也可根据其他外部情况调整所述交流海缆与所述直流海缆搭配。
根据海上风场资源不同，选择合适的所述交流海缆规格与所述直流海缆规格。
干式结构与湿式结构主要区别是在金属屏蔽，干式结构的金属屏蔽采用所述铅合金护套6，所述铅合金护套6厚度大，会导致所述交流电缆外径大，进而使所述交流电缆绞和后外经大，有时不利于与所述直流电缆外径匹配，湿式结构金属屏蔽采用所述第二铜丝、所述铜带和所述铝塑复合带的形式，径向阻水效果相对于所述铅合金护套6较差，所述绝缘层3需要采用抗水树绝缘材料，但这种金属屏蔽形式使得所述交流电缆外径较小，三芯交流电缆成缆后外经较小，利于与所述直流电缆成缆。
表1 26/35kV干式交流海缆参数
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表2 26/35kV 湿式交流海缆参数
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表3 ±100kV 直流海缆参数
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表4 交流、直流混合五芯海缆参数
Figure DEST_PATH_IMAGE004
与现有技术相比，本发明一种海上风电用交直流混合海缆生产方法，该生产方法采用两次成缆的方式，克服了目前成缆设备不能同时进行五芯海缆成缆的缺陷，制造出来交直流混合海缆直接从风机上取直流电，从敷设三次减少到敷设一次，从而省去交流换流站成本和交流海缆敷设成本。
海缆都需要铠装，但一般是三芯海缆，只需一次性成缆就可以完成，但交直流海缆一般是五芯结构，一次性成缆，需要对设备改造耗费很大，本发明分别提出了干式和湿式两种交流海缆结构的生产方法，交流海缆采用干式结构，通过调节交流海缆和直流海缆的外径，通过两次成缆，解决了目前成缆设备不能五芯海缆一次成缆的问题，交流海缆采用湿式结构，也是通过两次成缆完成交直流海缆的生产，相较于干式结构，湿式结构交流海缆外径较小，更接近直流海缆外径，对海缆各层厚度需要调节小，既降低了生产难度，也减少了交直流海缆生产成本。
在本发明的描述中，需要说明的是，部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规试验方法获知，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所述的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种海上风电用交直流混合海缆生产方法，其特征在于，具体步骤包括：
步骤1：通过拉丝机将φ8.0mm铜杆拉制出所需圆形单丝，再通过框绞机将所述圆形单丝一层一层绞合，通过阻水粉设备在每层所述圆形单丝之间的间隙填充阻水粉后并绕包第一半导电阻水带，最后绕包半导电绑扎阻水带，从而制成阻水导体；
步骤2：通过交联挤出设备对所述阻水导体进行三层共挤，在所述阻水导体外依次挤出导体屏蔽层、绝缘层和绝缘屏蔽层，并在硫化管道中交联，从而制成绝缘线芯；
步骤3：将所述绝缘线芯送入移动除气房进行除气，控制除气房温度在60℃-70℃，除气天数根据TGA测试结果确定；
步骤4：通过高压绕包机对除气后的所述绝缘线芯进行第二半导电阻水带绕包；
步骤5：在所述绝缘线芯上绕包好的所述半导电阻水带外壁安装护套；
步骤6：将三根通过步骤1至5所制作的半成品海缆通过立式成缆设备进行第一次成缆；
步骤7：通过挤塑机在所述第一次成缆的海缆外挤出一层第一PE护套后制成交流海缆，所述交流海缆的结构种类包括干式结构和湿式结构；
步骤8：将所述交流海缆、直流海缆和光缆通过立式成缆设备进行第二次成缆；
步骤9：在所述第二次成缆的海缆外壁绕包内衬层；
步骤10：在所述内衬层外绕包铠装；
步骤11：在所述铠装外壁绕包一层外被层。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电用交直流混合海缆生产方法，其特征在于：在所述第一次成缆和所述第二次成缆后均先绕包填充层，然后用涂胶布带绑扎好。
3.根据权利要求1所述的一种海上风电用交直流混合海缆生产方法，其特征在于：干式结构的所述交流海缆制备时所述步骤5为首先通过挤铅机在所述绝缘线芯上绕包好的所述第二半导电阻水带外壁挤出一层铅合金护套，再通过挤塑机在所述铅合金护套外挤出一层第一半导电PE护套，所述铅合金护套外层涂有第四沥青。
4.根据权利要求3所述的一种海上风电用交直流混合海缆生产方法，其特征在于：所述步骤8中的所述直流海缆始终采用干式结构的所述交流海缆制备时的所述步骤1至5制备得到，其中所述第一半导电PE护套用第二PE护套代替。
5.根据权利要求1所述的一种海上风电用交直流混合海缆生产方法，其特征在于：湿式结构的所述交流海缆制备时所述步骤5为首先在所述第二半导电阻水带外通过铜丝疏绕设备疏绕一层第二铜丝，并在所述第二铜丝外绕包一层铜带，然后在所述铜带外通过铝塑复合带纵包模具纵包一层铝塑复合带，最后用挤塑机再挤出一层第二半导电PE护套，所述铝塑复合带外层涂有第五沥青。
6.根据权利要求5所述的一种海上风电用交直流混合海缆生产方法，其特征在于：湿式结构的所述交流海缆制备时所述绝缘层采用抗水树绝缘材料。
7.根据权利要求2所述的一种海上风电用交直流混合海缆生产方法，其特征在于：所述填充层的填充种类包括第一PP绳填充和PE瓦楞形填充。
8.根据权利要求1所述的一种海上风电用交直流混合海缆生产方法，其特征在于：所述内衬层由两层无纺布和第二PP绳组成，所述第二PP绳外涂有一层第一沥青。
9.根据权利要求1所述的一种海上风电用交直流混合海缆生产方法，其特征在于：所述铠装的种类包括圆钢丝、扁钢丝和第一铜丝，所述圆钢丝、所述扁钢丝和所述第一铜丝外表面均涂有一层第二沥青。
10.根据权利要求1所述的一种海上风电用交直流混合海缆生产方法，其特征在于：所述外被层由两层第三PP绳组成，两所述第三PP绳之间涂有一层第三沥青。
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