三芯光电复合海底电力电缆的设计与制造之一——结构设计.pdf
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1、2012 年第 3 期 No 32012 电 线 电 缆 Electric Wire Cable 2012 年 6 月 Jun , 2012 三芯光电复合海底电力电缆的设计与 制造之一 结构设计 吴建宁, 郑运焱, 吴弘 ( 宜昌联邦电缆有限公司,湖北 宜昌 443007) 摘要: 详述了大长度交联聚乙烯绝缘三芯光电复合海底电力电缆的结构设计。 关键词: 三芯光电复合海底电力电缆;交联聚乙烯绝缘;结构设计;制造 中图分类号: TM247 9;TN818文献标识码: A 文章编号: 1672- 6901( 2012) 03- 0020- 04 Design and Production of T
2、hree Core Power Optical CablePart :Structure Design WU Jian- ning,ZHENG Yun- yan,WU Hong ( Yichang Union cable Co ,Ltd ,Yichang 443007,China) Abstract:This paper presents systematically the structure design of a long AC XLPE insulating three core power opti- cal fiber cable composite submarine cable
3、 Key words:three core power optical fiber cable composite submarine cable; XLPE insulation;structure design;pro- duction 收稿日期: 2011- 12- 01 作者简介: 吴建宁( 1952 ) , 男, 高级工程师 作者地址: 湖北宜昌市亭区民主路 1 号 443007 0引言 近年来, 随着国民经济的发展, 国家电力事业突 飞猛进。从沿海岛屿到内陆江湖沼泽地区, 从海洋 石油勘探平台到海岸风能发电场, 各种电压等级的 大长度海底、 水下交联聚乙烯( XLPE) 电力电缆需
4、 求量猛增。尤其是国家石油能源的短缺, 随着石油 的开发勘采向深海远洋转移, 深海石油及可燃冰的 开发都提到了议事日程, 国家急需高质量大长度的 石油勘采平台用海底电缆。在海上风能发电场招标 建设中, 35 220 kV 级海底电力电缆的订单达数千 公里; 220 kV 交流三芯光电复合海底电缆需求量超 过千公里, 最长的单根交货长度达 36 km。这些都 给国内海底电缆制造厂家带来新的发展机遇和挑 战。 三芯海底电力电缆的设计及工艺与陆地电力电 缆有许多不同, 本文以某电缆公司出口南美洲的 110 kV 3 630 + 24B1 XLPE 绝缘光电复合海底电 力电缆为例, 对三芯光电复合海底
5、电力电缆的设计 原理与工艺, 做较详细的解析和介绍。 1三芯光电复合海缆的结构设计 产品规格为 64/110 kV 3 630 + 24B1, XLPE 绝缘、 分相铅套、 粗圆钢丝铠装光电复合海底电缆。 图 1 是三芯 XLPE 绝缘光电复合海底电力电缆结构 图, 结构尺寸见表 1。 图 1三芯光电复合海缆结构图 1 阻水导体2 导体屏蔽3 XLPE 绝缘 4 绝缘屏蔽5 半导电阻水层 6 合金铅套 7 塑料增强保护层8 填充条9 成缆捆扎带 10 内衬层11 钢丝铠装 12 外被层 13 光缆单元 1 1阻水导体的设计 ( 1)铜导体采用正规绞合, 分层嵌入阻水带, 分 层紧压。正规绞合是
6、为了方便内层线芯做阻水处 理, 以及在制作工厂软接头时, 焊接铜导体较方便, 且有足够的机械强度。 110 kV 630 mm2海缆导体可采用 58 根 3 86 mm 软铜线分层绞合紧压结构, 绞线层数为 5 层, 每 层根数为 1 +6 +12 +17 +22。 表 1三芯光电复合海缆结构尺寸 名称标称厚度/mm外径/mm 阻水导体58 根/386300 半导电阻水带 + 导体屏蔽0 3 +14334 XLPE 绝缘 16 5664 绝缘屏蔽1 2688 半导电阻水带1 0 5703 合金铅套2 8759 塑料增强保护层2 6811 填充条( 成缆外径)1746 成缆捆扎带2 0 2175
7、4 内衬层2 01794 钢丝铠装92 根/601914 外被层 + 包带4 0 +021998 24 芯光缆单元 15 ( 2)导体的阻水处理国外采用阻水膨胀粉或阻 水胶隔断工艺, 国内常采用嵌入阻水带工艺。 XLPE 绝缘海底电缆的导体每一层都要嵌入阻 水带。2006 年, 某地的一根海底电缆因锚害损坏, 由于该电缆导电线芯 1 +6 的层间未放置阻水材料, 导体与导体屏蔽层之间也没有绕包半导电阻水带, 造成整根电缆浸在海水中的部分绵延十多公里, 给 后期的电缆修复带来很大的困难。最后由于“水 树” 的原因多次修复又击穿损坏, 该海底电缆才使 用了五年, 最后不得不大段报废。 ( 3) 大
8、截面海底电缆的导电线芯, 由于嵌入了 阻水带, 有效地削弱了大截面导体的集肤效应, 不需 要再做分裂导体。同时分裂导体各扇形模块之间空 隙较大, 做阻水结构较为困难。 采用阻水胶隔断工艺的导体, 截面在 1 000 mm2以上的, 单线可采用表面钝化处理, 同样能有 效削弱集肤效应。这种大截面导体结构, 欧洲耐克 森公司的海底电缆设计应用较多。 1 2导体屏蔽层的设计 GB/T 12706 中规定, 标称截面 500 mm2及以上 电缆的导体屏蔽应由半导电带和挤包半导电层复合 组成。XLPE 绝缘海底电缆则不同, 为了增强导体的 纵向阻水性能, 其导体屏蔽一般均设计成重叠绕包 一层高强度半导电
9、阻水带和挤包导电聚烯烃屏蔽层 结构。 1 3阻水缓冲层 在绝缘屏蔽层外重叠绕包层半导电阻水膨胀 带, 其作用为: ( 1) 半导电阻水缓冲层与导体中嵌入的阻水材 料共同构成了海底电缆的纵向阻水结构。 ( 2)对下一道连续挤铅工序提供一层必要的防 烫伤保护层。 ( 3)对 XLPE 绝缘层运行温升产生的膨胀起到 缓冲作用。 1 4合金铅护套 ( 1) 合金铅护套厚度的设计 合金铅护套作为海底电力电缆的金属屏蔽层, 亦是海缆的径向阻水层和防腐蚀层, 同时又是瞬态 短路电流的通路。铅护套的厚度因客户的技术要求 可做适当调整, 但应避免客户套用油浸纸绝缘海缆 的铅套设计规范, 使 XLPE 绝缘海缆的
10、铅护层设计 过厚。 三芯海底电力电缆铅套的标称厚度设计按下式 计算: T = 0 03Dg+ 0 8 式中, T 为铅套标称厚度; Dg为铅套前假设直径。 110 kV 630 mm2海缆合金铅护套的标称厚度 选为 2 8 mm。 ( 2) 合金铅料 由于合金铅的力学强度和蠕变性能要比纯铅 高, 因此电缆铅护套大多采用合金铅挤包而成。国 内海底电缆常用合金铅的牌号及主要成分配比见表 2。 大长度海底电缆一般都采用“E 合金铅” , “E 合金铅”连续挤制性能好, 不易发生高熔点合金离 析, 堵塞熔铅管流道。 表 2海底电缆常用合金铅牌号及主要成分 合金名称 合金 牌号 合金元素与成分配比( 重
11、量) /% 锑锡铜铅 铅锑铜合金A04 06002 0 06余量 铅锑锡合金E015 025 035 045余量 铅锑锡合金EL006 010 035 045余量 1 5塑料增强保护层 铅和铅合金比较柔软, 机械性能较差。为了保 护铅套在制造、 敷设和使用中不受损伤, 通常在合金 铅护套外, 用挤塑机挤制一层塑料增强保护层, 两者 之间还要涂敷一层粘接剂, 使其成为一个整体, 从而 提高对电缆线芯的综合保护性能。110 kV 630 mm2 海缆塑料增强保护层的标称厚度选为 2 6 mm, 可采 12 2012 年第 3 期 No 32012 电 线 电 缆 Electric Wire Cab
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