CN112789776B - 电力传输电缆 - Google Patents

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Abstract

一种电力传输电缆，包括电力导体和多个平行螺旋铠装丝。电力传输电缆沿其长度包括第一区段(I)、第二区段(III)和过渡区段(II)。过渡区段(II)设置在第一区段(I)和第二区段(III)之间。第一区段(I)中的多个平行螺旋铠装丝包括第一铠装丝(121)或由第一铠装丝(121)组成。第一铠装丝(121)是包括金属耐腐蚀涂层的碳钢丝。第二区段(III)中的多个平行螺旋铠装丝的至少部分铠装丝包括奥氏体钢丝(123)。在过渡区段(II)中，第一铠装丝(121)的端部被分别焊接至第二区段(III)的奥氏体钢丝(123)的端部。过渡区段(II)始于第一铠装丝(121)与奥氏体钢丝(123)之间的第一焊接部(137)。过渡区段(II)终止于在第一铠装丝(121)与奥氏体钢丝(123)之间的最后一个焊接部(130)处。过渡区段(II)至少10米长。

Description

电力传输电缆
技术领域
本发明涉及高压电力传输电缆，并且更具体地，涉及交流(AC)高压电力传输电缆。本发明的电力传输电缆的具体用途是用于上岸的海底电缆。
背景技术
用于AC电力传输的典型海底电缆包括一个或多个导体。该电缆包括螺旋缠绕的金属丝或带的周向铠装。铠装可以由聚合物护套或由一层或多层纱覆盖。薄的聚合物护套也可以被施加至每个单独铠装丝上。
铠装具有改善电缆的机械特性和性能的作用，并且提供抵抗外部损害的能力。典型地，铠装由一层或两层丝制成，呈圆形或扁平状，丝由中低碳含量的钢制成。通常使用钢，因为其成本低、容易获取且具有良好的机械特性。当铠装丝暴露于没有任何聚合物护套或纱层的环境中时，(尤其是但不仅限于)优选使用镀锌钢，以确保更好的耐腐蚀性。
在AC电力电缆中，由(一个或多个)导体中流动的电流产生的磁场引起铁磁材料(诸如被用作铠装丝的中低碳钢)的损耗。其中“铁磁材料”是指具有高磁导率的材料，即，能够以大于10的系数集中磁通量的材料。铁磁材料的磁畴随着交流电缆中的磁场旋转。材料中磁畴的这种旋转导致摩擦和热量。由这种摩擦产生的热量被称为磁滞损耗。这种感应热，加上因电流传输而由导体产生的热，会损害电缆的总载流能力，尤其是当电缆被部署在具有低散热能力或零散热能力的环境中时。
在使用时，海底电缆一般被安装在水下，通常被埋在底部地面之下，但其中一些部分可以被铺设在不同的环境中；也就是例如海底链路的岸边端、中间岛交叉口、连续陆地部分、运河边缘之类的情况。相比于离岸主要路线，这些环境的关键方面通常是更差的热特性和/或更高的温度。
US2012/0024565A1公开了一种电力传输电缆，包括至少一个第一区段以及至少一个第二区段，该第一区段设置有由第一金属材料制成的电缆铠装，该第二区段设置有由第二金属材料制成的电缆铠装。第二金属材料的铁磁特性基本上比第一金属材料的铁磁特性低。
EP0173402A1公开了被设计为用于在不同深度的水中铺设的铠装海底电力电缆。在浅水区，该电缆具有既重又坚固的铠装(钢丝)。在非常深的水域中，钢铠装的重量是被禁止的，因此，在这些区域中，铠装由合成轻质材料制成。两种类型的铠装之间的过渡部分被制成物理上集中的，但具有足够柔性，以防止电缆芯在经过电缆铺设机械时急剧弯折。铠装接头可从电缆芯接头移位，并且基本上有效地传递电缆中的所有纵向应变。
发明内容
本发明是一种电力传输电缆，包括电力导体和多个平行螺旋铠装丝。优选地，电力导体是连续电力导体。电力传输电缆沿其长度包括第一区段、第二区段和过渡区段。过渡区段设置在第一区段与第二区段之间。第一区段中的多个平行螺旋铠装丝包括第一铠装丝或由第一铠装丝组成。第一铠装丝是包括金属耐腐蚀涂层的碳钢丝。第二区段中的多个平行螺旋铠装丝的至少部分铠装丝包括奥氏体钢丝。在过渡区段中，第一铠装丝的端部被分别焊接至第二区段的奥氏体钢丝的端部。过渡区段始于在第一铠装丝与奥氏体钢丝之间的第一焊接部处。过渡区段终止于在第一铠装丝与奥氏体钢丝之间的最后一个焊接部处。过渡区段至少10米长；并且优选至少25米长，更优选至少40米长。
由于使用不同类型的螺旋铠装丝，电力传输电缆的第一区段中和第二区段中的发热将完全不同。第一区段包括第一铠装丝，第一铠装丝是包括金属耐腐蚀涂层的碳钢丝，并且因此是铁磁性的。由于第一区段中的铁磁性铠装丝，第一区段中会产生相当多的热量。第二区段包括基本上非磁性的奥氏体钢丝。这些奥氏体钢丝中，在导体中流动的电流产生的磁场几乎不会产生或产生有限的热量。有益的是，通过提供至少10米长(并且优选至少25米长、更优选至少40米长)的过渡区段，沿电缆长度提供了由磁场导致的螺旋铠装丝中产生的热量的逐渐变化，而不是突然变化。
优选地，碳钢具有铁素体或铁素体/珠光体微结构。
优选地，碳钢是低合金钢；其中低合金钢是指合金元素含量小于5％重量的钢合金。
优选地，碳钢是低碳钢。
优选地，连续电力导体包括绞合铜丝。
优选地，连续电力导体(例如绞合铜丝)包括绝缘层，以使连续电力导体彼此绝缘。绝缘层例如可以由交联聚乙烯(XLPE)制成。
优选地，电力传输电缆包括连续电力导体与平行螺旋铠装丝之间的垫层(例如由聚氯乙烯(PVC)制成)。垫层在电缆的内层与外层之间提供保护边界。
优选地，电力传输电缆包括包围平行螺旋铠装丝的外部护套。护套(例如可以由黑色PVC制成)将电缆保持在一起，并提供抵抗外部应力的额外保护。
优选地，第一铠装丝与奥氏体钢丝之间的过渡区段中的焊接部沿过渡区段的长度均匀分布。
优选地，第一铠装丝与奥氏体钢丝具有圆的横截面，或者具有扁平横截面，或者具有Z形横截面。
在本发明的一个实施例中，第一铠装丝的直径不同于奥氏体钢丝的直径。在一个更优选实施例中，奥氏体钢丝的直径大于碳钢丝的直径。更优选地，第二区段中电力导体的量(表示为在电缆横截面中的电力导体的表面积)大于第一区段中电力导体的量。当第一区段设置在较温暖的环境中，使得铜导体的比电导率较低时，可能需要这种情况。因此，在第一区段提供更高的传导性可能是有用的；并且由于第一区段中的总导体横截面积更大，所以铠装丝的直径也更大。
优选地，第一铠装丝的金属耐腐蚀涂层由热浸锌涂层、热浸锌合金涂层、铝涂层或铝合金涂层提供。铝涂层或铝合金涂层例如可以通过包覆或挤出过程施加在第一铠装丝上。
优选地，在焊接操作之前，第一铠装丝端部处的金属耐腐蚀涂层已经被移除。更优选地，在焊接完成后，保护涂层已经被施加在丝端部上。更优选地，保护涂层包含在粘合剂中的锌颗粒。保护涂层例如可以是锌基瓷漆涂层。
优选地，第一铠装丝中的部分铠装丝从第一区段继续，穿过过渡区段而进入到第二区段中。更优选地，第一铠装丝提供第二区段中的铠装丝的总数的30％至70％。
在其中第一铠装丝中的部分铠装丝从第一区段继续，穿过过渡区段而进入到第二区段中的实施例中，优选地，第一铠装丝(是包括金属耐腐蚀涂层的碳钢丝)和奥氏体钢丝根据围绕电力过渡电缆周向的规则图案而被设置在第二区段中。
优选地，第二区段中的所有平行螺旋铠装丝均为奥氏体钢丝。
优选地，第二区段的奥氏体钢丝设置有金属耐腐蚀涂层。更优选地，奥氏体钢丝的金属耐腐蚀涂层由热浸锌涂层、热浸锌合金涂层、铝涂层或铝合金涂层提供。铝涂层或铝合金涂层例如可以通过包覆或挤出过程施加在奥氏体钢丝上。
当第二区段的奥氏体钢丝设置有金属腐蚀涂层时，优选地，在焊接操作之前，在焊接部中两个丝端部处，金属腐蚀涂层被移除一定长度。更优选地，在焊接完成后，保护涂层已经施加至焊接的丝端部，以覆盖移除了金属腐蚀涂层的位置。更优选地，保护涂层包含在粘合剂中的锌颗粒。可以施加的保护性涂层的示例包括锌基瓷漆。
优选地，焊接是对接焊接或搭接焊接。当使用搭接焊接时，优选在焊接中使用填料材料；更优选地，填料材料是奥氏体不锈钢级，包含以重量计比奥氏体钢丝中的奥氏体钢更多的合金元素。
优选地，奥氏体钢是奥氏体不锈钢；或者奥氏体钢是哈德菲尔高锰钢；或者奥氏体钢是TWIP钢。哈德菲尔高锰钢是一种碳含量在0.8-1.25％重量之间、锰含量为11-15％重量之间的钢合金。TWIP钢(或孪晶诱导塑性钢)是一种Mn含量大于20％重量、碳含量小于1％重量、Si含量小于3％重量且铝含量优选小于3％重量的钢合金。
优选的电力传输电缆是三相电力传输电缆。
附图说明
图1示出根据本发明的电力传输电缆的示例。
图2示出图1的电力传输电缆的细节。
图3示出可以在本发明中使用的第一铠装丝与奥氏体钢丝之间的对接焊接部的细节。
图4示出可以在本发明中使用的第一铠装丝与奥氏体钢丝之间的搭接焊接部的细节。
具体实施方式
图1示出三相电力传输电缆10的示例。连续电力导体12可以由绞合铜丝制成。电缆中的绝缘件14确保导体不会彼此接触或与其它金属部件接触。导体上的绝缘件14(例如由交联聚乙烯(XLPE)制成)具有良好的耐水性和优异的绝缘性能。垫层16(诸如由聚氯乙烯(PVC)制成)用于在电缆的内层与外层之间提供保护边界。由钢丝制成的多个平行螺旋铠装丝18提供机械保护，尤其是针对外部冲击的保护。另外，铠装丝18可以在安装期间释放张力，并且因此防止铜导体伸长。可以设置诸如由黑色PVC制成的护套19，以将电缆的所有部件保持在一起，并提供抵抗外部应力的额外保护。
图2示出图1的示例性本发明电力传输电缆的细节，其中护套已经移除。电力传输电缆沿其长度包括第一区段I、第二区段III和过渡区段II。过渡区段设置在第一区段与第二区段之间。第一区段中的多个平行螺旋铠装丝121由第一铠装丝组成，该第一铠装丝是包括热浸锌涂层的碳钢丝，以便为碳钢丝提供耐腐蚀性。
在第二区段中，平行螺旋铠装丝由奥氏体不锈钢丝123(例如由AISI 202奥氏体不锈钢制成且直径为6mm)和碳钢丝124(例如由按照EN10257-2标准的碳钢制成且直径为6mm)交替提供。碳钢丝是从第一区段继续、穿过过渡区段而进入到第二区段中的第一铠装丝。这样，第二区段中的铠装丝的50％由奥氏体不锈钢丝提供，并且另外50％由碳钢丝提供。第二区段的奥氏体不锈钢丝设置有热浸锌涂层，以使奥氏体不锈钢丝具有耐腐蚀性。在过渡区段中，第一铠装丝121的端部被分别对接焊接(对接焊接部130)至第二区段的奥氏体不锈钢丝123的端部。过渡区段II始于第一铠装丝与奥氏体不锈钢丝之间的第一对接焊接部(137)处；并且终止于在第一铠装丝与奥氏体不锈钢丝之间的最后一个对接焊接部(130)处。在该示例中，碳钢丝与奥氏体钢丝之间的对接焊接部沿过渡区段的长度均匀分布。过渡区II例如为14米长。
图3示出图2的电缆中第一铠装丝与奥氏体钢丝之间的对接焊接部的细节。在过渡区段中，碳钢丝321的端部被对接焊接至奥氏体钢丝323的端部。在焊接操作之前，在对接焊接部330中两个丝端部处，热浸锌涂层331、333被移除一定长度。在对接焊接完成后，已经在丝端部上的金属腐蚀涂层已经被移除的位置处施加保护涂层340。保护涂层例如可以是包含锌颗粒的瓷漆。
图4示出可以在本发明中用作对接焊接的替代方案的搭接焊接部。在过渡区段中，使用填料材料444将碳钢丝421的端部搭接焊接至奥氏体钢丝423的端部。在进行焊接之前，从两个丝端部移除一定长度的金属腐蚀涂层(例如热浸锌涂层331、333)。在焊接操作后，已经在两个丝端部上金属腐蚀涂层已经被移除的位置处施加了保护涂层440。保护涂层例如可以是包含锌颗粒的瓷漆。

Claims (16)

1.一种电力传输电缆，包括
-电力导体；以及
-多个平行螺旋铠装丝；
其中所述电力传输电缆沿其长度包括第一区段(I)、第二区段(III)和过渡区段(II)；
其中所述过渡区段(II)设置在所述第一区段(I)和所述第二区段之间；
其中所述第一区段中的所述多个平行螺旋铠装丝包括第一铠装丝(121)，其中所述第一铠装丝(121)是包括金属耐腐蚀涂层的碳钢丝；
其中所述第二区段(III)中的所述多个平行螺旋铠装丝的至少部分铠装丝包括奥氏体钢丝(123)；
其中在所述过渡区段(II)中，所述第一铠装丝(121)的端部被分别焊接至所述第二区段(III)的奥氏体钢丝(123)的端部；
其中所述过渡区段(II)始于在第一铠装丝(121)与奥氏体钢丝(123)之间的第一焊接部(137)处；
其中所述过渡区段(II)终止于在第一铠装丝(121)与奥氏体钢丝(123)之间的最后一个焊接部处；
其特征在于，所述过渡区段(II)至少10米长。
2.根据权利要求1所述的电力传输电缆，其中所述第一铠装丝(121)与所述奥氏体钢丝(123)之间的所述过渡区段(II)中的焊接部沿所述过渡区段(II)的长度均匀分布。
3.根据权利要求1所述的电力传输电缆，其中所述第一铠装丝(121)与所述奥氏体钢丝(123)具有圆的横截面，或者具有扁平横截面，或者具有Z形横截面。
4.根据权利要求1所述的电力传输电缆，其中所述第一铠装丝(121)的所述金属耐腐蚀涂层由热浸锌涂层提供或者由热浸锌合金涂层提供或者由铝涂层提供或者由铝合金涂层提供。
5.根据权利要求1所述的电力传输电缆，其中在焊接操作之前，所述第一铠装丝(121)端部处的所述金属耐腐蚀涂层已经被移除。
6.根据权利要求5所述的电力传输电缆，其中在焊接完成后，保护涂层已经被施加在丝端部上。
7.根据权利要求1所述的电力传输电缆，其中所述第一铠装丝中的部分铠装丝从所述第一区段继续，穿过所述过渡区段而进入到所述第二区段中。
8.根据权利要求6所述的电力传输电缆，其中所述第一铠装丝提供所述第二区段中的铠装丝的总数的30％至70％。
9.根据权利要求1所述的电力传输电缆，其中所述第二区段中的所有平行螺旋铠装丝均为奥氏体钢丝。
10.根据权利要求1所述的电力传输电缆，其中所述第二区段(III)的所述奥氏体钢丝(123)设置有金属耐腐蚀涂层。
11.根据权利要求10所述的电力传输电缆，其中所述奥氏体钢丝(123)的所述金属耐腐蚀涂层由热浸锌涂层提供或者由热浸锌合金涂层提供或者由铝涂层提供或者由铝合金涂层提供。
12.根据权利要求1或权利要求10所述的电力传输电缆；其中在焊接操作之前，在所述焊接部中两个丝端部处，所述金属耐腐蚀涂层被移除一定长度；并且其中在焊接完成后，保护涂层(340)在所述丝端部上的所述金属耐腐蚀涂层已经被移除的位置处已经被施加。
13.根据权利要求12所述的电力传输电缆；其中所述保护涂层(340)包含在粘合剂中的锌颗粒。
14.根据权利要求1所述的电力传输电缆，其中所述焊接是对接焊接或搭接焊接。
15.根据权利要求1所述的电力传输电缆，其中所述奥氏体钢是奥氏体不锈钢；或者其中所述奥氏体钢是哈德菲尔高锰钢；或者其中所述奥氏体钢是TWIP钢。
16.根据权利要求1所述的电力传输电缆，其中所述电缆是三相电力传输电缆。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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