CN113284673A - 大长度无接头超高压海底电缆的制备装置和制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大长度无接头超高压海底电缆的制备装置和制备方法。该制备装置的挤铅机组和中间牵引之间设置有第一流转弧度转轮组，挤护套机组之后设置有第二流转弧度转轮组，第一流转弧度转轮组包括多个第一流转弧度转轮，各第一流转弧度转轮用于调整挤铅机组挤出的第一缆芯的圆度；第二流转弧度转轮组包括多个第二流转弧度转轮，各第二流转弧度转轮用于调整挤护套机组挤出的第二缆芯的圆度，各第一流转弧度转轮的轴心的高度偏差在±3mm之间，各第二流转弧度转轮的轴心的高度偏差在±3mm之间。防止了流转过程缆芯变形，从而保证了挤铅后以及挤护套后缆芯下表面受力均匀，可以进一步控制不圆度，提高了大长度无接头超高压海底电缆的长度。

Description

大长度无接头超高压海底电缆的制备装置和制备方法

技术领域

本发明涉及大长度电缆的制备技术领域，具体而言，涉及一种大长度无接头超高压海底电缆的制备装置和制备方法。

背景技术

我国海洋风电作为风能资源利用的重中之重，对于离岸距离已经达到50km甚至更远的风电场，采用高压交流海底电缆所带来的电力损耗、电压降和经济性不得不考虑，工程设计希望能够利用超远距离、低损耗、传输稳定的高压直流电缆通过换流设备与陆上电网并网。

高压直流海底电缆具有传输容量大、输电距离远等特点，是直流输电系统的关键技术产品之一，主要应用于海上风电建设、孤岛电网建设，特别是随着远海风电资源开发为高压直流海缆的应用提供广阔的市场前景。

超高压直流海缆绝缘厚度厚、生产速度慢、特别绝缘屏蔽表面容易产生积料，受生产工艺方法和制造设备等因素限制导致单根无接头生产长度较短，无法满足远距离大长度海缆需求，大长度生产能够减少整个段长内的工厂接头和中间接头数量，提高运行安全可靠性和稳定性，降低工程费用和缩短施工时间。

目前±320kV及以上电压等级超高压直流海缆连续生产长度受制造设备、工艺方法、生产材料等因素限制，一般单根生产长度不超过15km。采用本发明的新工艺方法与设备匹配性生产的±400kV直流海缆单根无接头生产长度≥24km。

大长度超高压直流海缆圆整度在挤铅+护套工序同步生产时受缆重和直径大等特点影响，不圆度控制一般在不大于6%。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种大长度无接头超高压海底电缆的制备装置和制备方法，并解决现有技术中的大长度无接头超高压海底电缆的挤铅+护套后圆整度差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种大长度无接头超高压海底电缆的制备装置，制备装置包括：单丝拉制机组、阻水导体绞合机组、导体屏蔽+绝缘+绝缘屏蔽三层共挤机组、半导电带绕包机组、缆芯除气机组、挤铅+护套同步挤出机组、光纤复合+金属丝铠装+PP外被层缠绕机组，挤铅+护套同步挤出机组包括先后设置的挤铅机组、中间牵引、挤护套机组，挤铅机组和中间牵引之间设置有第一流转弧度转轮组，挤护套机组之后设置有第二流转弧度转轮组，第二流转弧度转轮组设置在冷却池中，第一流转弧度转轮组包括沿中间牵引的牵引方向依次设置的多个第一流转弧度转轮，各第一流转弧度转轮用于调整挤铅机组挤出的第一缆芯的圆度；第二流转弧度转轮组包括沿中间牵引的牵引方向依次设置的多个第二流转弧度转轮，各第二流转弧度转轮用于调整挤护套机组挤出的第二缆芯的圆度，各第一流转弧度转轮的轴心的高度偏差在±3mm之间，各第二流转弧度转轮的轴心的高度偏差在±3mm之间。

进一步地，上述各第一流转弧度转轮的弧度与挤铅机组挤出的第一缆芯外径的弧度误差小于2%，且第一缆芯的与各第一流转弧度转轮的贴合弧长为缆芯周长的1/3~1/2。

进一步地，上述相邻第一流转弧度转轮的间距为2~3m。

进一步地，上述各第二流转弧度转轮的弧度与挤护套机组挤出的第二缆芯外径的弧度误差小于2%，且第二缆芯的与各第二流转弧度转轮的贴合弧长为第二缆芯周长的1/3~1/2。

进一步地，上述相邻第二流转弧度转轮的间距为2~3m。

进一步地，上述冷却池为分段冷却池，分段冷却池包括依次设置的多个串联的子冷却池，第二流转弧度转轮组的第二流转弧度转轮等间距地设置在各子冷却池中。

进一步地，上述挤铅+护套同步挤出机组包括依次设置的：放线转盘、转向轮、放线牵引、挤铅机组、第一流转弧度转轮组、中间牵引、挤护套机组、第二流转弧度转轮组、收线牵引和收线转盘。

进一步地，上述放线转盘和收线转盘各自具有一个主驱动设备和一个备用驱动设备，放线牵引、中间牵引和收线牵引各自具有一个主牵引和一个备用牵引。

根据本申请的另一方面，提供了一种大长度无接头超高压海底电缆的制备方法，制备方法包括依次进行的单丝拉制、阻水导体绞合、导体屏蔽+绝缘+绝缘屏蔽三层共挤、半导电带绕包、缆芯除气、挤铅+护套同步挤出、光纤复合+金属丝铠装+PP外被层缠绕，该制备方法采用上述任一种的制备装置来实现。

进一步地，上述制备装置的冷却池为三段冷却池，三段冷却池的第一段冷却温度为50~60℃、第二段冷却温度为40~50℃、第三段冷却温度为30~40℃。

进一步地，上述导体屏蔽+绝缘+绝缘屏蔽三层共挤时，采用牌号为LE0550超光滑半导体屏蔽料作为导体屏蔽材料和绝缘屏蔽材料，采用牌号为LS4258DCE的超洁净交联聚乙烯作为绝缘材料。

进一步地，上述导体屏蔽+绝缘+绝缘屏蔽三层共挤的过程包括：采用导体屏蔽挤塑机、绝缘挤塑机、绝缘屏蔽挤塑机分别对导体屏蔽材料、绝缘材料和绝缘屏蔽材料向复合机头进行挤出，且在绝缘挤塑机与复合机头之间设置300~400目的过滤网，在导体屏蔽挤塑机和复合机头连接处设置80~120目的过滤网，在绝缘屏蔽挤塑机和复合机头连接处设置80~120目的过滤网，导体设置预热温度为140~160℃，生产线速度为0.65~0.95m/min，控制导体屏蔽材料的熔融温度为118~125℃、熔融压力为360~380 bar；控制绝缘屏蔽材料的熔融温度为118~125℃、绝缘屏蔽材料的熔融压力为370~390 bar；控制绝缘材料的熔融温度为125~135℃、绝缘材料的熔融压力为260~280 bar。

进一步地，上述复合机头的温度为120~125℃。

进一步地，上述三层共挤的过程中控制缆芯热态外径比模套直径小1.0~2.0mm。

进一步地，上述三层共挤用模具的模心尺寸=导体外径+（0.8~1.5）mm、模套尺寸=缆芯标称直径+2×绝缘标称厚度×（0.10~0.14）mm。

应用本发明的技术方案，本申请在挤铅机组和中间牵引之间设置有第一流转弧度转轮组，各第一流转弧度转轮用于调整挤铅机组挤出的第一缆芯的圆度，同时在挤护套机组之后设置有第二流转弧度转轮组，各第二流转弧度转轮用于调整挤护套机组挤出的第二缆芯的圆度，并且通过控制各第一流转弧度转轮的轴心的高度偏差在±3mm之间以及各第二流转弧度转轮的轴心的高度偏差在±3mm之间，避免流转过程因为重心往复变化导致的圆度变化，更好地防止了流转过程缆芯变形，从而保证了挤铅后以及挤护套后缆芯下表面受力均匀，可以进一步控制不圆度，进一步延长大长度无接头超高压海底电缆的长度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的一种实施例的大长度无接头超高压海底电缆的制备装置的结构框图；

图2示出了根据本发明的一种实施例的大长度无接头超高压海底电缆的制备装置的挤铅+护套同步挤出机组的结构示意图；以及

图3示出了图2中第一流转弧度转轮与缆芯的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、单丝拉制机组；2、阻水导体绞合机组；3、导体屏蔽+绝缘+绝缘屏蔽三层共挤机组；4、半导电带绕包机组；5、缆芯除气机组；6、挤铅+护套同步挤出机组；7、光纤复合+金属丝铠装+PP外被层缠绕机组；

60、放线转盘；61、转向轮；62、放线牵引；63、挤铅机组；64、第一流转弧度转轮组；65、中间牵引；66、挤护套机组；67、第二流转弧度转轮组；67’、冷却池；68、收线牵引；69、收线转盘。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如本申请背景技术所分析的，现有技术中大长度超高压直流海缆圆整度在挤铅+护套工序同步生产时受缆重和直径大等特点影响，不圆度控制一般在不大于6%，即大长度超高压直流线缆的圆整度较低。为了解决该问题，本申请提供了一种大长度无接头超高压电缆的制备装置和制备方法。

在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种大长度无接头超高压海底电缆的制备装置，如图1和2所示，该制备装置包括：单丝拉制机组1、阻水导体绞合机组2、导体屏蔽+绝缘+绝缘屏蔽三层共挤机组3、半导电带绕包机组4、缆芯除气机组5、挤铅+护套同步挤出机组6、光纤复合+金属丝铠装+PP外被层缠绕机组7，挤铅+护套同步挤出机组6包括先后设置的挤铅机组63、中间牵引65、挤护套机组66，挤铅机组63和中间牵引65之间设置有第一流转弧度转轮组64，挤护套机组66之后设置有第二流转弧度转轮组67，第二流转弧度转轮组67设置在冷却池67’中，第一流转弧度转轮组64包括沿中间牵引65的牵引方向依次设置的多个第一流转弧度转轮，各第一流转弧度转轮用于调整挤铅机组63挤出的第一缆芯的圆度；第二流转弧度转轮组67包括沿中间牵引65的牵引方向依次设置的多个第二流转弧度转轮，各第二流转弧度转轮用于调整挤护套机组66挤出的第二缆芯的圆度，各第一流转弧度转轮的轴心的高度偏差在±3mm之间，各第二流转弧度转轮的轴心的高度偏差在±3mm之间。

本申请在挤铅机组和中间牵引之间设置有第一流转弧度转轮组，各第一流转弧度转轮用于调整挤铅机组挤出的第一缆芯的圆度，同时在挤护套机组之后设置有第二流转弧度转轮组，各第二流转弧度转轮用于调整挤护套机组挤出的第二缆芯的圆度，并且通过控制各第一流转弧度转轮的轴心的高度偏差在±3mm之间以及各第二流转弧度转轮的轴心的高度偏差在±3mm之间，避免流转过程因为重心往复变化导致的圆度变化，更好地防止了流转过程缆芯变形，从而保证了挤铅后以及挤护套后缆芯下表面受力均匀，可以进一步控制不圆度，进一步延长大长度无接头超高压海底电缆的长度。

为了进一步优化第一流转弧度转轮对圆度的调控作用，优选各第一流转弧度转轮的弧度与挤铅机组63挤出的第一缆芯外径的弧度误差小于2%，且第一缆芯的与各第一流转弧度转轮的贴合弧长为缆芯周长的1/3~1/2。第一流转弧度转轮的弧度与挤铅后缆芯外径相匹配同时设置二者之间的贴合长度，防止流转过程缆芯变形，从而保证了挤铅后缆芯下表面受力均匀，可以进一步减小不圆度。

为了进一步承载大长度线缆的缆重，同时利用多个第一流转弧度转轮或同时利用多个第二流转弧度转轮对缆芯实现稳定支撑。

在一些实施例中，上述相邻第一流转弧度转轮的间距为2~3m。通过对第一流转弧度转轮的间距设置，提高转轮支撑的稳定性，并进一步提高了线缆的圆整度。

在一些实施例中，设置各第二流转弧度转轮的弧度与挤护套机组66挤出的第二缆芯外径的弧度误差小于2%，且第二缆芯的与各第二流转弧度转轮的贴合弧长为第二缆芯周长的1/3~1/2。在挤护套机组66之后设置有第二流转弧度转轮组67，第二流转弧度转轮的弧度与挤护套后缆芯外径相匹配。当同时设置第一流转弧度轮组64和第二流转弧度转轮组67各自的弧度轮在上述范围内时，保证了挤铅后以及挤护套后缆芯下表面受力均匀，可以确保不圆度不大于2%，甚至可以延长无接头超高压海底电缆的长度至24km以上。

在一些实施例中，上述相邻第二流转弧度转轮的间距为2~3m。通过对第二流转弧度转轮的间距设置，提高转轮支撑的稳定性，并进一步提高了线缆的圆整度。

本申请将第二流转弧度转轮组67设置在冷却池67’中，缆芯进入冷却池67’冷却时，受到内应力作用会导致圆整度变化，为了优化冷却过程中缆芯尽可能均匀降温，优选上述冷却池67’为分段冷却池，且分段冷却池包括依次设置的多个串的子冷却池，第二流转弧度转轮组67的第二流转弧度转轮均匀设置在各子冷却池中。各子冷却池串联设置，各自的温度独立控制，进而实现了冷却过程的精准控制，再根据内应力收缩率的差异，在各子冷却池中设置的第二流转弧度转轮组67的弧度与经过该子冷却池的缆芯的弧度可以得到更准确地匹配，既保证了护套表面质量，同时进一步提高了缆芯的圆整度。

在一些实施例中，为了进一步提升挤铅+护套同步挤出机组6的工作稳定性，优选如图2所示，上述挤铅+护套同步挤出机组6包括依次设置的：放线转盘60、转向轮61、放线牵引62、挤铅机组63、第一流转弧度转轮组64、中间牵引65、挤护套机组66、第二流转弧度转轮组67、收线牵引68和收线转盘69。在挤铅+护套同步挤出时，除气缆芯经放线转盘60放线、转向轮61导向，在放线牵引62的牵引下进入挤铅机组63挤铅，挤出的缆芯在第一流转弧度转轮组64的支撑下经中间牵引65牵引至挤护套机组66，在挤护套机组66挤出后所得缆芯在第二流转弧度转轮组67的支撑下，经收线牵引68牵引至收线转盘69。

由于大长度无接头超高压海底电缆的制备装置需要长时间运行以尽可能提高其长度，为了保证运行的稳定性以尽可能保证电缆的大长度，优选上述放线转盘60和收线转盘69各自具有一个主驱动设备和一个备用驱动设备，放线牵引62、中间牵引65和收线牵引68各自具有一个主牵引和一个备用牵引。

本申请的上述制备装置尤其适用于大长度无接头超高压直流海底电缆，比如大长度±400kV直流海底电缆，其长度可以达到24km以上。

在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种大长度无接头超高压海底电缆的制备方法，制备方法包括依次进行的单丝拉制、阻水导体绞合、导体屏蔽+绝缘+绝缘屏蔽三层共挤、半导电带绕包、缆芯除气、挤铅+护套同步挤出、光纤复合+金属丝铠装+PP外被层缠绕，该制备方法采用上述任一种的制备装置来实现。采用本申请的制备装置，按照上述流程制备大长度无接头超高压电缆，所得电缆的不圆度不大于2%。

为了进一步提高电缆的圆整度，优选上述制备装置的冷却池为三段冷却池，三段冷却池的第一段冷却温度为50~60℃、第二段冷却温度为40~50℃、第三段冷却温度为30~40℃。

在利用本申请的制备方法制备大长度无接头超高压电缆时，上述导体屏蔽+绝缘+绝缘屏蔽三层共挤的过程是影响电缆长度的关键步骤，本领域技术人员可以采用现有技术中已有工艺来进行该三层共挤过程以实现15km以上的电缆制作，本申请为了进一步增加电缆的长度，优选上述导体屏蔽+绝缘+绝缘屏蔽三层共挤时，采用牌号为LE0550超光滑半导体屏蔽料作为导体屏蔽材料和绝缘屏蔽材料，采用牌号为LS4258DCE的超光滑交联聚乙烯作为绝缘材料。上述各材料的光滑度、可加工型更好，在三层共挤时，连续性更佳，因此适用于更大长度的电缆的制作。

在一些实施例中，上述导体屏蔽+绝缘+绝缘屏蔽三层共挤的过程包括：采用导体屏蔽挤塑机、绝缘挤塑机、绝缘屏蔽挤塑机分别对导体屏蔽材料、绝缘材料和绝缘屏蔽材料向复合机头进行挤出，且在绝缘挤塑机与复合机头之间设置300~400目的过滤网，在导体屏蔽挤塑机和复合机头连接处设置80~120目的过滤网，在绝缘屏蔽挤塑机和复合机头连接处设置80~120目的过滤网，以对材料进行进一步净化，阻止杂质进入，保证产品质量。导体设置预热温度为140~160℃，生产线速度为0.65~0.95m/min，控制导体屏蔽材料的熔融温度为118~125℃、熔融压力为360~380 bar；控制绝缘屏蔽材料的熔融温度为118~125℃、绝缘屏蔽材料的熔融压力为370~390 bar；控制绝缘材料的熔融温度为125~135℃、绝缘材料的熔融压力为260~280 bar。导体屏蔽+绝缘+绝缘屏蔽三层共挤的过程是指把“导体屏蔽+绝缘+绝缘屏蔽”挤包到导体表面，为了使导体屏蔽+绝缘+绝缘屏蔽充分交联，考虑到“导体屏蔽+绝缘+绝缘屏蔽”具备一定厚度，因此对导体进行预热，使靠近导体的“导体屏蔽+绝缘+绝缘屏蔽”内部先交联，且同时提高生产速度。且本申请采用上述各材料作为导体屏蔽材料、交联聚乙烯绝缘材料、绝缘屏蔽材料，基于各材料的特性，可以有效控制各自对应的熔融温度，避免焦烧、熔融温度过高等温度，实现了大长度无接头超高压海缆生产长度超过24km。

在三层共挤时，为了进一步控制挤出缆芯的尺寸及表面质量，优选复合机头的温度为120~125℃，优选三层共挤的过程中控制缆芯热态外径比模套直径小1.0~2.0mm，优选三层共挤用模具的模心尺寸=导体外径+（0.8~1.5）mm、模套尺寸=缆芯标称直径+2×绝缘标称厚度×（0.10~0.14）mm，并且有效解决绝缘屏蔽材料长时间挤出过程中积料脱落到绝缘屏蔽表面的问题。

以下结合大长度无接头超高压海底电缆的制备过程，对本申请的有益效果进行进一步说明。

大长度±400kV 交联聚乙烯绝缘直流海底电缆制造方法包括：铜、铝单丝拉制—阻水导体绞合—导体屏蔽+XLPE绝缘+绝缘屏蔽三层共挤—半导电带绕包—缆芯除气—挤铅+护套同步挤出—光纤复合+金属丝铠装+PP外被层缠绕。具体如下：

1)单丝拉制

2)阻水导体绞合

3)导体屏蔽+XLPE绝缘+绝缘屏蔽三层共挤：具体实施过程如下：导体屏蔽材料和绝缘屏蔽材料采用LE0550，绝缘材料采用LS4258DCE交联聚乙烯。采用进口VCV三层共挤交联生产线，生产前进行导体屏蔽挤塑机、交联聚乙烯绝缘挤塑机、绝缘屏蔽挤塑机及所使用的模具、滤网等进行彻底清理，清理完成后分别在导体屏蔽挤塑机和绝缘屏蔽挤塑机里面添加LE0550超光滑超高压直流专用半导电屏蔽料，在绝缘挤塑机里面添加超洁净超高压直流专用XLPE绝缘料LS4258DCE交联聚乙烯，在绝缘挤塑机与复合机头连接处放置300~400目数过滤网，在导体屏蔽挤塑机和复合机头连接处设置80~120目的过滤网，在绝缘屏蔽挤塑机和复合机头连接处设置80~120目的过滤网，挤塑时，导体设置预热温度为140~160℃，生产线速度设置为0.65~0.95 m/min，控制导体屏蔽材料和绝缘屏蔽材料的熔融温度为118~125℃，绝缘材料熔融温度为125~135℃，导体屏蔽熔融压力为360~380bar，绝缘材料熔融压力为260~280bar，绝缘屏蔽熔融压力为370~390bar，最终保证大长度连续开机大于20天最终实现单根±400kV直流海缆交联线芯整个无缺陷生产。同时交联线芯生产时采用在线自动剥布机，正常生产一条线三班需要3个人进行剥布，采用自动剥布机后，减少3人。

另外，导体屏蔽+XLPE绝缘+绝缘屏蔽三层共挤过程通过设置三层共挤机头温度控制为120~125℃，交联挤出用模具尺寸为：模芯尺寸=导体外径+（0.8~1.5）mm，模套尺寸=（缆芯标称直径+2*绝缘标称厚度*（0.10~0.14））mm，三层共挤过程中控制缆芯热态外径比模套直径小（1.0~2.0）mm，采用此工艺方法可以有效避免模套边缘积料脱落到绝缘屏蔽表面，保证交联线芯表面无缺陷。

4)半导电带绕包

采用1.0mm厚度的双面半导电带双层阻水带重叠绕包，单层平均搭盖率不小于20%。

5)交联线芯除气

6)挤铅+护套工序同步生产：铅套采用E合金铅，护套采用绝缘型聚乙烯护套料，采用φ200型挤铅和护套挤塑机，为提高挤出后缆芯圆整度挤铅用模芯尺寸为：缆芯直径（120mm）+（1.5~2.2）mm，模套尺寸为：模芯尺寸+2.2*铅套厚度；挤出铅套和挤出护套后根据挤出后缆芯直径设计特殊流转导轮，使缆芯直径与导轮弧度相匹配，最终通过模具和导轮优化设计，实现了铅套和护套后挤出缆芯不圆度不大于2%。具体实施的挤铅+护套工序生产线如图2所示：包括放线转盘、转向轮、放线牵引、挤铅机组、第一流转弧度轮组、中间牵引、挤护套机组、冷却池、第二流转弧度轮组、收线牵引、收线转盘，第一流转弧度轮组和第二流转弧度轮组各自的弧度轮的间距为2.5米，第一流转弧度转轮的直径为128mm~130mm，第二流转弧度转轮的直径为138mm~140mm，以保证第一缆芯的与各第一流转弧度转轮的贴合弧长为第一缆芯周长的1/3~1/2之间，第二缆芯的与各第二流转弧度转轮的贴合弧长为第二缆芯周长的1/3~1/2之间，各第一流转弧度转轮的轴心的高度偏差在±3mm之间，各第二流转弧度转轮的轴心的高度偏差在±3mm之间。额外地，1）挤铅机组、挤护套机组采用同步串联生产方式；2）放线转盘配备主驱动、备用驱动，大长度海缆生产时主驱动故障时可自动切换到备用驱动。收线转盘配备主驱动、备用驱动，大长度海缆生产时主驱动故障时可自动切换到备用驱动。3）放线牵引包括主牵引、备用牵引，大长度海缆生产时主牵引故障时可自动切换到备用牵引；中间牵引包括主牵引、备用牵引，大长度海缆生产时主牵引故障时可自动切换到备用牵引；收线牵引包括主牵引、备用牵引，大长度海缆生产时主牵引故障时可自动切换到备用牵引；4）弧度轮组导轮弧度与挤铅后缆芯外径相匹配，弧度轮组导轮弧度与挤护套后缆芯外径相匹配，可以保证缆芯下表面受力均匀，确保不圆度不大于2%；5）冷却水池为分段冷却水池，第一段冷却温度设置为50~60℃，第二段冷却温度设置为40~50℃，第三段冷却温度设置为30~40℃，可保证护套挤出后冷却均匀，减少内应力，保证护套表面质量光滑及长期运行过程中PE护套不开裂。

7)光纤复合+金属丝铠装+PP外被层缠绕

对于通过本工艺方法生产的大长度±400kV直流海缆，单根最大长度超过24km(远高于目前的18km)，连续开机超过24天，均通过了-740kV/60min直流耐压试验，绝缘不击穿，取样30m 240kV局放试验，无超过2pC背景的放电，同时对尾端缆芯进行了微孔、杂质、凸起及结构热延伸等测试，全部性能均满足并优于标准要求。检测方法参考国标GB/T 31489.1-201中额定电压500kV及以下直流输电用挤包绝缘电力电缆系统 第1部分：试验方法和要求，具体检测方法和具体的检测试验数据如下：

1、直流耐压试验：每根电缆在导体和屏蔽之间经受负极性直流电压740kV，持续60min，绝缘未发生击穿。

2、局放试验：每根缆开端和尾端各取约30m，在318kV交流电压下，未检测出超过背景2pC的放电。

3、XLPE绝缘层微孔杂质、导体屏蔽层与绝缘层界面微孔和突起试验、绝缘屏蔽层和绝缘层界面微孔和突起试验：绝缘层中无大于0.05mm的微孔，大于0.025mm，小于0.05mm的微孔在每10cm³中0个；绝缘层与导体屏蔽层界面、绝缘屏蔽层和绝缘层界面均无大于0.125mm进入绝缘层、导体屏蔽层、绝缘屏蔽层的突起；绝缘层中无大于0.125mm的不透明杂质，绝缘层中无大于0.25mm的半透明棕色杂质，优于标准要求。

4、绝缘热延伸：每根缆开端和尾端各取10cm短样切片，取内、中、外层三片，试验温度200℃±3℃，试验时间15min，机械应力0.05N/mm²，负载伸长率75%，冷却后伸长率0%，优于标准要求。

5、结构测试：绝缘层最薄厚度≥95%绝缘标称厚度，绝缘偏心度≤4％，优于标准要求。

当按照上述流程进行大长度无接头超高压海底电缆的制备，设置第一流转弧度转轮的轴心依次高低排列、第二流转弧度转轮的轴心依次高低排列使所承载的缆芯以蛇形前进方式，且高度差为10mm，虽然最终可以连续开机超过24天，但是，所得线缆的不圆度在6%左右。

当按照上述流程进行大长度无接头超高压海底电缆的制备时，设置第一流转弧度转轮和第二流转弧度转轮的直径为150mm，第一流转弧度转轮的轴心依次高低排列、第二流转弧度转轮的轴心依次高低排列使所承载的缆芯以蛇形前进方式，且高度差为10mm，此时由于弧度轮的半径相对于缆芯的直径太大，导致不能对缆芯形成修整作用，虽然最终可以连续开机超过24天，但是，所得线缆的不圆度在8%左右。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1、 本发明提升了大长度超高压±400kV直流海缆圆整度控制，实现了不圆度不大于2%，进一步提升了产品质量。

2、 本发明通过交联工艺方法挤出模具、生产线速度、熔融温度及预热温度等匹配，实现了大长度生产开机端和结尾段缆芯各参数高度一致，提升了产品质量，解决了大长度超高压±400kV直流海缆生产制造难题，实现了单根大长度无接头生产突破24km，减少了工程项目中接头数量，提高了运行稳定性，减少了现场接头制作，节约了工程成本。

3、本发明所制备海底电缆符合我国新能源及海洋发展需求，实现了远海开发所需的超远距离送电，同时节约路由资源，降低长距离输电损耗，解决了大长度交流海缆无法传输难题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种大长度无接头超高压海底电缆的制备装置，所述制备装置包括：单丝拉制机组、阻水导体绞合机组、导体屏蔽+绝缘+绝缘屏蔽三层共挤机组、半导电带绕包机组、缆芯除气机组、挤铅+护套同步挤出机组、光纤复合+金属丝铠装+PP外被层缠绕机组，其特征在于，

所述挤铅+护套同步挤出机组包括先后设置的挤铅机组、中间牵引、挤护套机组，所述挤铅机组和所述中间牵引之间设置有第一流转弧度转轮组，所述挤护套机组之后设置有第二流转弧度转轮组，所述第二流转弧度转轮组设置在冷却池中，

所述第一流转弧度转轮组包括沿所述中间牵引的牵引方向依次设置的多个第一流转弧度转轮，各所述第一流转弧度转轮用于调整所述挤铅机组挤出的第一缆芯的圆度；

所述第二流转弧度转轮组包括沿所述中间牵引的牵引方向依次设置的多个第二流转弧度转轮，各所述第二流转弧度转轮用于调整所述挤护套机组挤出的第二缆芯的圆度，

各所述第一流转弧度转轮的轴心的高度偏差在±3 mm之间，各所述第二流转弧度转轮的轴心的高度偏差在±3 mm之间。

2.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，各所述第一流转弧度转轮的弧度与所述挤铅机组挤出的第一缆芯外径的弧度误差小于2%，且所述第一缆芯的与各所述第一流转弧度转轮的贴合弧长为所述缆芯周长的1/3~1/2。

3.根据权利要求1或2所述的制备装置，其特征在于，相邻所述第一流转弧度转轮的间距为2~3m。

4.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，各所述第二流转弧度转轮的弧度与所述挤护套机组挤出的第二缆芯外径的弧度误差小于2%，且所述第二缆芯的与各所述第二流转弧度转轮的贴合弧长为所述第二缆芯周长的1/3~1/2。

5.根据权利要求1或4所述的制备装置，其特征在于，相邻所述第二流转弧度转轮的间距为2~3m。

6.根据权利要求1或4所述的制备装置，其特征在于，所述冷却池为分段冷却池，所述分段冷却池包括依次设置的多个串联的子冷却池，所述第二流转弧度转轮组的第二流转弧度转轮等间距地设置在各子冷却池中。

7.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述挤铅+护套同步挤出机组包括依次设置的：放线转盘、转向轮、放线牵引、所述挤铅机组、所述第一流转弧度转轮组、所述中间牵引、所述挤护套机组、所述第二流转弧度转轮组、收线牵引和收线转盘。

8.一种大长度无接头超高压海底电缆的制备方法，所述制备方法包括依次进行的单丝拉制、阻水导体绞合、导体屏蔽+绝缘+绝缘屏蔽三层共挤、半导电带绕包、缆芯除气、挤铅+护套同步挤出、光纤复合+金属丝铠装+PP外被层缠绕，其特征在于，所述制备方法采用权利要求1至7中任一项所述的制备装置来实现。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述制备装置的冷却池为三段冷却池，所述三段冷却池的第一段冷却温度为50~60℃、第二段冷却温度为40~50℃、第三段冷却温度为30~40℃。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述导体屏蔽+绝缘+绝缘屏蔽三层共挤时，采用牌号为LE0550超光滑半导体屏蔽料作为导体屏蔽材料和绝缘屏蔽材料，采用牌号为LS4258DCE的超洁净交联聚乙烯作为绝缘材料。

11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述导体屏蔽+绝缘+绝缘屏蔽三层共挤的过程包括：采用导体屏蔽挤塑机、绝缘挤塑机、绝缘屏蔽挤塑机分别对导体屏蔽材料、绝缘材料和绝缘屏蔽材料向复合机头进行挤出，且在所述绝缘挤塑机与所述复合机头之间设置300~400目的过滤网，在所述导体屏蔽挤塑机和所述复合机头连接处设置80~120目的过滤网，在所述绝缘屏蔽挤塑机和所述复合机头连接处设置80~120目的过滤网，所述导体设置预热温度为140~160℃，生产线速度为0.65~0.95m/min，控制所述导体屏蔽材料的熔融温度为118~125℃、熔融压力为360~380 bar；控制所述绝缘屏蔽材料的熔融温度为118~125℃、绝缘屏蔽材料的熔融压力为370~390 bar；控制所述绝缘材料的熔融温度为125~135℃、绝缘材料的熔融压力为260~280 bar。

12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述复合机头的温度为120~125℃。

13.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述三层共挤的过程中控制缆芯热态外径比模套直径小1.0~2.0mm。

14.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述三层共挤用模具的模心尺寸=导体外径+（0.8~1.5）mm、模套尺寸=缆芯标称直径+2×绝缘标称厚度×（0.10~0.14）mm。

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