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防海水电缆及技术难点

发布日期:2020年11月18日 作者:德力西 点击:

交联聚乙烯绝缘电缆(XLPE)

  交联聚乙烯绝缘(XLPE)海底电缆发展于上世纪80年代,多数用于220kV及以下电压等级[1],其制造和运行经验还远不如充油海底电缆.截止到目前,电压等级最高的XLPE交流海底电缆是耐克森(NEXANS)公司正在为位于挪威海的大型OrmenLange天然气田安装的2.2km长的420kV4根单心海底电缆.500kV交流长距离海底电缆,目前应用的仅有充油电缆.

  与充油电缆相比,XLPE电缆具有以下优点:

①XLPE电缆是固体绝缘,不需复杂的充油系统,不需要检测油位、控制油压,运行费用低;
②XLPE电缆没有铅护套,弯曲半径小、质量轻,可生产、敷设的长度更长,且在敷设安装和运输时都要比充油电缆简单;
③XLPE海底电缆的电气性能和机械性能也都优于充油电缆.正因如此,XLPE绝缘海底电缆的发展有着更广阔的前景,但也有众多技术问题尚需解决.普通的交联聚乙烯电缆在直流电压作用下,电缆绝缘中的空间电荷会在某处集中,从而造成此处局部场强过高而被击穿.在绝缘材料中采用添加剂可以减缓电缆绝缘中空间电荷累积,使得交联聚乙烯电缆可以用于直流高压供电.2002年,第一根挤包型单心直流海底电缆(轻型直流电缆,瑞典ABB),电压±150kV,长度40km,容量330MW,用于连接纽约长岛和美国的康涅狄格.这种直流海底电缆采用3层聚合材料挤压成单极性电缆,内外屏蔽层与绝缘层同时挤压,具有高强度、环保和便于掩埋等优点,适用于深海等恶劣环境.    
XLPE绝缘直流海底电缆现最高电压可达320kV交流电缆绝缘中的等效电容随电缆长度增加而增大,在能量传输过程中,等效电容与电源间不停地进行着充电放电,其充电电流可达到极大值而影响正常有功负荷的传输,所以交流海底电缆有个理论上的极限
  
传输距离,多个跨海工程表明,该距离约为40km[3],超过这个距离,采用交流传输电能就不具经济性了.而直流电缆长度不受充电电流限制,无需无功补偿装置,制造安装简便,介损和导体损耗小,有着良好的市场前景.但高压直流海底电缆还有如空间电荷积累机理及其抑制方法、直流电压下的绝缘老化机理、新开发绝缘材料的长期稳定性,局部放电的影响等众多问题有待研究解决."

一般超高压交流海底电缆都是单心的,但由于3心交流海底电缆可以节省生产和敷设的费用,所以大截面、

  高电压等级的3心XLPE交流海底电缆也在逐步推广.2008年,耐克森公司在加拿大敷设了世界上第一根电压达245kV的3心XLPE绝缘海底电缆.聚乙烯(PE)绝缘电缆和EPR(乙丙橡皮)绝缘电缆乙丙橡皮电缆与XLPE电缆(tgδ≤0.0005)相比,介损正切值tgδ、和介电常数ε都比较大,但与聚乙烯电缆相比更能防止树枝及局部放电,一般只用于中等电压的海底电缆.截至目前为止,最高等级的乙丙橡皮海底电缆是2001年安装在意大利威尼斯-穆拉诺-梅斯特(Venezia-Murano-Mestre)的150kV海底电缆.

  充气式电缆

  充气式海底电缆在结构上与充油电缆很相似,也使用预先浸渍好的纸带做绝缘,再充入带压力的氮气,带压力的气体填充了纸带间的空隙,提高了击穿电压.充气式海底电缆可用于交直流输电,它比充油式电缆更适合于较长的海底电缆网.但由于需在深水下使用高气压操作,故此增加了设计电缆及其配件的困难,该电缆一般限于水深为300m以内.

海底电缆的相关技术问题

  海底电缆的防水

  当机械应力或外力造成电缆护套及绝缘损伤、接头损坏时,潮气或水分会沿着电缆纵向和径向间隙浸入,降低绝缘的电气强度,因此多数高压海底电缆都具

  有防止水分入侵的纵向、径向防水措施.径向措施主要是在绝缘屏蔽和金属屏蔽层外面绕包半导电阻水膨胀带,在金属屏蔽层外面添加金属防水层即金属护套,中压电缆电场强度相对较低,一般使用铝塑复合护套,也有仅用聚合物护套的,高压电缆则采用铅、铝、不锈钢的金属密封套.聚合物护套具有防水性,但却有一定的吸水率,这是因为其结构主要是由结晶相和无定形相组成的半结晶高聚物.结晶相结构紧凑,无定形相中的分子排列疏松,分子间存在较大的间隙.在交变电场的作用下,极性的水分子不断来回翻转,可以透过间隙和晶界缺陷处渗透到绝缘材料中.采用聚合物护套时,护套里要加具有吸水作用的阻水剂.

  纵向阻水主要采用①压紧型线心;②在导线之间和缆心屏蔽区添加阻水性物质,阻断水分在缆心中的扩散通道.纵向阻水采用阻水粉填充效果好,它的吸水量为自身的几十倍乃至几千倍,吸水强度大、膨胀率高,吸水后可迅速膨胀形成凝胶状物质,阻塞渗水通道,终止水分和潮气的进一步扩散和延伸,使受潮电缆的长度降到最低。

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