CN202142339U - 一种高压、超高压直流聚烯烃绝缘海底电力电缆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压、超高压直流聚烯烃绝缘海底电力电缆，其内层至外层依次分别包括阻水导体(1)、导体屏蔽层(2)、绝缘层(3)、绝缘屏蔽层(4)、半导电阻水缓冲层(5)、金属屏蔽层(6)、塑料增强保护层(7)、金属铠装层(8)和外被层(10)，所述绝缘层(3)为直流聚烯烃绝缘材料构成，金属屏蔽层(6)为铅套管屏蔽层，金属铠装层(8)由圆周排列的钢丝构成，本实用新型高压、超高压直流聚烯烃绝缘海底电力电缆绝缘层(3)具有较强的机械强度，电缆铠装钢丝经特殊处理后耐腐蚀、耐磨损性能好，本电缆可有效隔绝海水中化学的、电性的双重腐蚀效应，适合应用于海底高压、超高压直流输电。

Description

一种高压、超高压直流聚烯烃绝缘海底电力电缆

技术领域

本实用新型涉及一种电缆，特别是一种敷设于恶劣的海洋使用环境中，具有更优良的机械性能和适用性能的高压、超高压直流聚烯烃绝缘海底电力电缆，可以替代油浸纸绝缘直流海底电力电缆，属于电缆的技术领域。

背景技术

目前国内的海洋及沿海岛屿输电，海洋风能发电输电，一般都采用交流海底电力电缆输电系统。交流电的优点主要表现在发电和配电方面。利用建立在电磁感应原理基础上的交流发电机可以很经济方便地把机械能转化为电能，交流电可以方便地通过变压器升压和降压，这给配送电能带来极大的方便。

但是，随着20世纪50年代后，电力需求日益增长，远距离大容量输电线路不断增加，电网扩大，交流输电受到一定的限制。例如高压输电线路经过大城市时，采用地下电缆；输电线路经过海峡时，要用海底电缆。由于电缆芯线与大地之间构成同轴电容器，在交流高压大长度电缆输电线路中，电缆电容电流极为可观。如果采用直流输电，由于电压波动很小，基本上没有电容电流加在电缆上，排除了交流电缆线路中电容电流的困扰。同时，直流电缆输电线路没有磁感应损耗和介质损耗，基本上只有芯线电阻损耗，因此输送相同功率的海底电缆，特别是输电距离超过40km的超高压海底电缆线路，采用直流输电比交流输电系统有更好的经济效益和优越的技术、运行特性。同时由于高压、超高压直流聚烯烃绝缘海底电力电缆没有磁感应损耗，因此可以采用普通钢丝做电缆的铠装材料，而高压、超高压单芯交流海底电缆须采用非磁性有色金属合金丝做铠装材料，因此高压、超高压直流聚烯烃绝缘海底电力电缆的造价也要远低于单芯高压、超高压交流海底电力电缆。

二十世纪末期，国际上长距离高压、超高压直流聚烯烃绝缘海底电力电缆输电工程，常采用高压、超高压油浸纸绝缘直流海底电力电缆。高压、超高压直流油浸纸绝缘海底电力电缆绝缘性能好，电气性能稳定，但受其结构设计的局限，高压、超高压直流油浸纸绝缘海底电力电缆要具有可靠的油压维持循环、监控系统。与聚烯烃绝缘直流海底电力电缆相比较，其电缆结构机械稳定性差，抗弯曲性能较差，特别是不抗震，当受到外力侵害时容易损伤；常年使用维护较困难，敷设维修成本较高，同时制造技术要求也较高。近年来，随着高压海底直流输电工程应用技术领域的拓展，尤其是在敷设环境较差的长距离海底电力电缆输电工程系统，远距离的海上风能发电工程系统中，选择聚烯烃绝缘直流海底电力电缆替代传统的油浸纸绝缘海底电力电缆，则具有更优良的机械性能和适用性能。随着科学技术的进步，改性聚烯烃直流电缆绝缘材料技术的日臻成熟，以聚烯烃为绝缘材料的高压、超高压直流海底电力电缆将会得到越来越广泛的应用。为此，我们新设计了一种±100～400kV交联聚乙烯绝缘、铅套屏蔽+塑料增强护层、防腐粗钢丝铠装直流海底电力电缆。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供机械强度好，金属铠装层耐腐蚀性、耐磨损性能好，隔绝直流海底电缆在海水中的化学的、电性的双重腐蚀效应，适合应用于高压、超高压直流输电的海底电力电缆。

为了解决上述的技术问题，本实用新型的技术方案是：一种高压、超高压直流聚烯烃绝缘海底电力电缆，其内层至外层依次分别包括阻水导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、半导电阻水缓冲层、金属屏蔽层、塑料增强保护层、金属铠装层和外被层，所述绝缘层为聚烯烃材料构成，金属屏蔽层为铅套管屏蔽层，金属铠装层由圆周排列的电缆铠装钢丝构成。

所述的阻水导体由多根铜导线分层绞合、紧压构成，每层导线之间嵌有半导电阻水带；所述的导体屏蔽层、绝缘屏蔽层由特制的直流电缆半导电聚烯烃屏蔽料制造。所述的绝缘层为直流聚烯烃绝缘材料制造；所述的金属屏蔽层为铅套管制成；所述的塑料增强保护层可以用聚乙烯(PE)或聚氯乙烯(PVC)塑料制造；所述的海底电缆金属铠装层由圆周排列的、塑料包裹的防腐钢丝构成；所述的外被层可以采用聚烯烃塑料护套，也可采用聚丙烯(PP)绳+沥青浸渍混合防腐外被层。

为了提高铅套管屏蔽层的耐疲劳性能，以及对铅套管屏蔽层有很好的防止化学的、电性的双重腐蚀作用，所述铅套管屏蔽层外设置有塑料增强保护层。铅套管屏蔽层与塑料增强保护层之间涂有一层粘接剂，使其成为一整体，从而提高铅套管屏蔽层与塑料增强保护层对电缆线芯的综合保护性能。

为了防止海水对电缆铠装钢丝的腐蚀，所述电缆铠装钢丝外设置有防腐塑料层。

根据不同高压、超高压直流聚烯烃绝缘海底电力电缆设计需要，所述电缆铠装钢丝直径为φ3～6mm，所述防腐塑料层的厚度为0.1～1.2mm。

所述阻水导体由多根铜导线分层绞合、紧压构成，每层导线之间均嵌有半导电阻水带；阻水导体与导体屏蔽层之间设置有绕包的半导电阻水带；电缆线芯的绝缘屏蔽层与铅套管屏蔽层之间设置有绕包的半导电阻水缓冲层。上述各层阻水材料的设置联合形成了直流海底电缆的纵向阻水结构。阻水导体与导体屏蔽层之间绕包的半导电阻水带，绝缘屏蔽层与铅套管屏蔽层之间绕包的半导电阻水缓冲层，同时兼有电缆各层结构设计的电接续功能，不可或缺。

所述的绝缘层是由直流交联聚乙烯绝缘料构成。与油浸纸绝缘海底电力电缆相比较，以交联聚乙烯为绝缘材料的海底电力电缆的各项机械性能要好许多，在较恶劣的海洋敷设环境中，抗浪涌冲击性能强，有较好的弯曲性能，抗震性好，免维护。因此交联聚乙烯绝缘电缆比油浸纸绝缘电缆更适用于海底电缆恶劣的工作环境。

所述的绝缘层是由直流聚烯烃绝缘料构成。聚烯烃绝缘海底电力电缆抗浪涌冲击性能强，有较好的弯曲性能，抗震性好，免维护。因此聚烯烃绝缘电缆比油浸纸绝缘电缆更适用于海底电缆恶劣的工作环境。

所述金属屏蔽层为铅套管屏蔽层，与塑料增强保护层联合构成海底电缆径向阻水、防腐结构。可有效地隔绝对敷设于海水中的高压直流电力电缆的金属屏蔽层化学的、电性的双重腐蚀效应。

所述金属铠装层由圆周排列的具有防腐功能的电缆铠装钢丝构成。直流海底电缆的铠装钢丝由于被覆了特殊的塑料层，其耐腐蚀性能、耐磨损性能大幅提高。

近年来，随着高压海底直流输电工程应用技术领域的拓展，尤其是在敷设环境较差的长距离海底电力电缆输电工程系统，远距离的海上风能发电工程系统中，选择聚烯烃绝缘直流海底电力电缆替代传统的油浸纸绝缘海底电力电缆，则具有更优良的机械性能和适用性能。随着科学技术的进步，改性聚烯烃直流电缆绝缘材料技术的日臻成熟，以聚烯烃为绝缘材料的高压、超高压直流海底电力电缆将会得到越来越广泛的应用。

本实用新型高压、超高压直流聚烯烃绝缘海底电力电缆绝缘层具有较强的机械强度，电缆铠装钢丝经特殊处理后耐腐蚀、耐磨损性能好，本电缆可有效隔绝海水中化学的、电性的双重腐蚀效应，适合应用于海底高压、超高压直流输电。

本实用新型电缆典型设计±100～400kV交联聚乙烯绝缘、铅套管金属屏蔽+塑料增强保护层、防腐钢丝铠装直流海底电力电缆，可替代传统的油浸纸绝缘直流海底电力电缆，敷设于恶劣的海洋使用环境中，具有更优良的机械性能和适用性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型电缆的结构示意图。

图2为本实用新型电缆铠装钢丝结构示意图。

具体实施方式

一种高压、超高压直流聚烯烃绝缘海底电力电缆，如图1所示，其内层至外层依次分别包括阻水导体1、导体屏蔽层2、绝缘层3、绝缘屏蔽层4、半导电阻水缓冲层5、金属屏蔽层6、塑料增强保护层7、金属铠装层8和外被层10。

绝缘层3为直流聚烯烃绝缘材料构成。交联聚乙烯绝缘材料因其优良的介电和耐热性能已被广泛应用于高压和超高压电力电缆中。但在直流电场下，聚合物中容易形成空间电荷，空间电荷会使电场分布严重畸变。因此常规用于交流高压、超高压电缆的交联聚乙烯绝缘料不适用于直流电力电缆的制造。

近年来，国内外许多学者采用向聚合物中添加某一种物质来改善聚乙烯中的空间电荷效应，提高聚乙烯的介电强度的方法。使得到的“改性交联聚乙烯绝缘料”适合于高压直流电力电缆的制造。从而使大功率高压输电、直流交联聚乙烯绝缘电力电缆得到实际应用。

绝缘层3的绝缘料，可以采用国产“改性交联聚乙烯绝缘(XLPE)”直流电缆绝缘料；也可采用“北欧化工”的直流交联聚乙烯绝缘料。导体屏蔽层2、绝缘层3、绝缘屏蔽层4采用三层共挤交联电缆生产线一次挤出制造完成。

直流海底电力电缆的阻水导体1由多根铜导线分层绞合、紧压构成，每层导线之间均嵌有半导电阻水带；阻水导体与导体屏蔽层之间设置有绕包的半导电阻水带；导体屏蔽层2是由半导电阻水捆扎带和半导电屏蔽层构成。电缆线芯的绝缘屏蔽层4与金属屏蔽层6之间设置有绕包的半导电阻水膨胀带构成的半导电阻水缓冲层5。金属屏蔽层6外设置有塑料增强保护层7。上述各层设置联合形成了直流海底电缆的阻水结构。

由于敷设于海岸或浅海的电力电缆区域，过往船只较多，一旦由于意外(如锚害)使海底电力电缆的铅套管屏蔽层及塑料增强保护层7均遭破坏，或者是海底电缆整体被船锚拉断，则海底电力电缆的铅套管屏蔽层内部的各层结构可能会进水。因此，海底电力电缆在其径向阻水结构铅套管屏蔽层内，绞合紧压阻水导体1内部，阻水导体1与导体屏蔽层2的间隙，电缆线芯绝缘屏蔽层4与金属屏蔽层6的间隙，均设置有阻水构造，一旦海底电力电缆的铅套管屏蔽层破损进水，各层半导电阻水膨胀带遇水膨胀发挥作用，起到很好的纵向阻水作用，延缓和阻止海水的进一步浸入，减少海水浸害海底电力电缆的长度，方便海底电缆事故后的抢修工作及减少损失。

阻水导体1与导体屏蔽层2之间绕包的半导电阻水带，绝缘屏蔽层4与金属屏蔽层6之间绕包的半导电阻水缓冲层5，同时兼有电缆各层结构设计的电接续功能，不可或缺。

在半导电阻水缓冲层5的外面为径向密闭的金属屏蔽层6，海底电力电缆的金属屏蔽层6因为有特殊的防海水腐蚀要求和机械强度要求，一般均应采用挤包的合金铅套管金属屏蔽层结构。所述的合金铅套管屏蔽层与塑料增强保护层7联合构成海底电缆径向阻水、防腐结构。

电缆合金铅套管屏蔽层的制造采用螺杆式连续挤铅机。用于海底电缆制造的合金铅，依照不同的电缆结构和各电缆制造企业的使用习惯，可以有多种合金铅的配合牌号。应用于大长度海底电缆制备的合金铅材料还应保证长时间、连续挤出性能好。

铅管护套外用挤塑机挤制包覆一层塑料增强保护层7。铅管护套与塑料增强保护层7之间涂有一层粘接剂，使其成为一整体。防止塑料增强保护层7损坏后海水沿夹缝空隙渗透的可能性。这层塑料护套可提高电缆铅管护套的耐疲劳性2～3倍。这对深海敷设电缆极为重要。同时塑料增强保护层7对电缆金属屏蔽层6有很好防止化学的、电性的双重腐蚀作用，塑料增强保护层7对处于强电场作用下高压、超高压直流海底电缆的金属屏蔽层6是设计中不可或缺的必要构件。塑料增强保护层7可采用聚乙烯(PE)塑料制造，目前常用改性中密度聚乙烯(MDPE)塑料制造，该材料不易龟裂。

所述的塑料增强保护层7外为金属铠装层8，金属铠装层8由圆周排列的、的铠装钢丝构成，该钢丝具有防腐作用。每一根铠装钢丝均包裹有防腐塑料层9，如图2所示。实际应用证明按本专利设计制造的海底电缆，只要是钢丝上的防腐塑料层9没有破损，受保护的钢丝均无腐蚀现象。防腐塑料层9对铠装钢丝同样具有很好的防止化学的、电性的双重腐蚀作用。

防腐铠装钢丝上的防腐塑料层9有两种制备方法。一种方法是采用挤塑机将防腐塑料层9包裹在铠装钢丝上。另一种是采用涂塑的方法在铠装钢丝上均匀地涂敷上一层塑料层，涂塑层材料主要有环氧树脂、聚乙烯、尼龙、聚碳酸脂等。涂塑铠装钢丝有良好的机械性能，耐磨性能和耐腐蚀性能好。根据不同直流海底电缆设计需要，铠装钢丝的直径一般在φ3～6mm之间；涂塑钢丝的塑料涂层厚度一般在0.1～0.3mm之间，挤塑钢丝的塑料层厚度一般控制在0.6～1.2mm之间。

所述金属铠装层8外为外被层10。高压直流海底电缆的外被层10可以采用聚烯烃塑料护套，例如采用改性中密度聚乙烯(MDPE)塑料连续大长度挤塑护套制造工艺。也可采用聚丙烯(PP)绳+沥青浸渍混合防腐外被层制造工艺。外被层10采用聚烯烃塑料护套防腐效果较好，外形美观；采用聚丙烯(PP)绳+沥青浸渍混合防腐外被层10，制造加工较方便。

上述实施例不以任何方式限制本实用新型，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高压、超高压直流聚烯烃绝缘海底电力电缆，其内层至外层依次分别包括阻水导体(1)、导体屏蔽层(2)、绝缘层(3)、绝缘屏蔽层(4)、半导电阻水缓冲层(5)、金属屏蔽层(6)、塑料增强保护层(7)、金属铠装层(8)和外被层(10)，其特征在于：所述绝缘层(3)为直流聚烯烃绝缘材料构成，金属屏蔽层(6)为铅套管屏蔽层，金属铠装层(8)由圆周排列的电缆铠装钢丝构成。

2.根据权利要求1所述的一种高压、超高压直流聚烯烃绝缘海底电力电缆，其特征在于：所述电缆铠装钢丝外设置有防腐塑料层(9)。

3.根据权利要求2所述的一种高压、超高压直流聚烯烃绝缘海底电力电缆，其特征在于：所述电缆铠装钢丝直径为φ3～6mm，所述防腐塑料层(9)的厚度为0.1～1.2mm。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种高压、超高压直流聚烯烃绝缘海底电力电缆，其特征在于：所述阻水导体(1)由铜导线分层绞合、紧压构成，每层导线之间以及阻水导体(1)与导体屏蔽层(2)之间嵌入有半导电阻水带。

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