南方珠江电缆科技有限公司

发布时间：2024.04.23 新闻来源：广东珠江电缆有限公司-珠江电缆电线-珠江电线电缆 浏览次数：

 

跟着近海风场趋于饱满，国内外远海风电场及洲际互联等大容量、远间隔海洋输电工程建造规划日趋添加，具有传输容量大、传输损耗小、传输间隔远等长处的交联聚乙烯（XLPE）绝缘直流海缆得到飞速发展，未来5~10年高压直流海缆商场的需求量将会激增。与此同时，严重的海洋路由资源、绵长的施工周期及贵重的施工本钱逐步成为职业的重视要点。

与单芯海缆比较，三芯海缆可以下降施工本钱、缩短施工周期、缓解水下输电线路路由严重现状、减少海缆施工路由数量，因而研讨三芯高压直流海缆具有重要意义。

一、结构规划

1.全体结构

现在，三芯海缆结构多用于沟通海缆，江苏响水近海风电项目是国内首根三芯220kV光纤复合沟通海缆，其结构示意图见图1。

 

图1 三芯沟通海缆结构示意图

与沟通海缆不同，现在国外高压直流海缆项目均为单芯海缆规划，与三芯沟通海缆比较，高压直流海缆在PE护套外围规划一层由PE条组成的光纤单元保护层，PE条直径略大于不锈钢光纤单元，保证不锈钢光纤单元在出产、运送和敷设进程中不受外力作用，单芯直流海缆结构示意图见图2。

 

图2 单芯直流海缆结构示意图

单芯直流海缆在敷设进程中每一根极性海缆均需求一个相对应的路由，考虑到现在大部分项目均要求两根极性海缆调配一根回流缆构成真双极体系，保证回路运转牢靠，则一个高压直流海缆项目需求3条路由才干满意项目需求。

依据三芯高压沟通海缆及单芯高压直流海缆的结构，三芯直流海缆可用两条极性缆调配一根回流缆组合而成。在电缆运转进程中，当某一根极性海缆毛病时，无缺的一根极性海缆可凭借回流海缆构成回路，保证回路正常运转，经过回流缆线路的最大电流和直流输电线路相同，但运转电压低，其线路电压仅仅入地电流在导线电阻上引起的压降，即导体截面比极性缆略小，绝缘厚度一般为3.5~4.5mm，因而回流缆尺度小于极性缆尺度，以保证出产进程中3个电单元外径一起，进步海缆成缆圆整度。须在附加电单元两边各设置一个成型填充条，保证附件电单元的外径与极性电单元的外径一起。

本文所述三芯直流海缆回流缆结构单元及功能与极性缆相同，仅结构尺度略小于极性缆，其结构示意图见图3。

 

图3 三芯直流海缆结构示意图

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结构参数

本作业以±400kV直流海缆为例。三芯直流海缆极性缆结构与±400kV单芯直流海缆结构一起，回流缆绝缘厚度取4.0mm，依据载流量与极性缆相同进行回流缆结构规划。±400kV单芯直流海缆及三芯直流海缆结构参数见表1。

 

表1 ±400kV 直流海缆结构参数

由表1可知，三芯直流海缆的外径是单芯直流海缆的1.85倍，空气中单位长度质量是单芯直流海缆的2.65倍，水中单位长度质量是单芯直流海缆的2.29倍。

二、机械性能仿真剖析

海缆在敷设进程中会遭到敷设拉力，因而海缆答应最大敷设拉力是海缆机械性能的重要参数，本作业选用力学仿真剖析软件CableCAD进行仿真剖析。

依据电缆结构参数，选取适宜的资料，选用CableCAD进行机械性能仿真，核算海缆敷设状况下答应最大拉力。建模进程中，依据其结构的机械特性对海缆结构进行简化，三芯直流海缆回流缆外部填充条简化为护套。

对海缆模型施加拉力载荷，从10kN开端直至缆芯行将屈从停止，单芯海缆及三芯直流海缆仿真成果见图4。

 

图4 机械性能仿真示意图

依据规范BS EN 10257-2：2011要求，G34钢丝抗拉强度在340~540MPa规模。结合仿真成果及规范规则，G34钢丝抗拉强度极限设定为340MPa。

由图4的仿真可知，海缆受轴向拉力时，钢丝简直接受一切拉力，导体和非金属结构相对受力较小，结合仿真成果假定钢丝接受一切拉力，海缆抗负荷才能核算公式如下：

 

式中：T为海缆敷设最大拉力，kN；P为钢丝所受极限应力，MPa；n为钢丝根数；s为钢丝截面积，m2；NC为安全裕度，一般取0.25。

海缆在水中进行敷设时，跟着敷设水深的添加，其所受轴向拉力也随之增大，敷设水深小于500 m状况下，轴向拉力与敷设水深之间的核算公式如下：

 

式中：ws为单位长度电缆的水中质量，kg·m-1；Hw为敷设水深，m。

经过式（1）和式（2）核算可得单芯直流海缆和三芯直流海缆的机械性能参数，成果见表2。

 

表2 直流海缆机械性能参数

由表2可知，尽管三芯直流海缆所受最大拉力大于单芯直流海缆，但由于三芯直流海缆水中单位长度质量也远大于单芯直流海缆，归纳核算三芯直流海缆敷设水深略小于单芯直流海缆，约为单芯直流海缆敷设水深的78%。

三、载流量剖析

直流海缆在敷设进程中最常见的工况为海底直埋。以敷设进程中最常见的工况为例，选用有限元法对单芯高压直流海缆及三芯高压直流海缆进行载流量仿真核算并进行比照剖析。

在海缆直埋工况下，单芯直流海缆和多芯直流海缆仿真模型及边界条件一起，仿真模型见图5。

 

图5 载流量仿真模型

 

表3 仿真核算边界条件

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单芯直流海缆仿真核算

核算载流量为1773A时单芯直流海缆温度场散布，成果见图6。

 

图6 单芯海缆载流量仿真

由图6可知，当单芯海缆的载流量为1773A时，电缆导体的温度到达70℃，即单芯直流海缆额外载流量为1773A。

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三芯直流海缆仿真核算

以电缆载流量1773A为输入条件，别离模仿真双极三芯直流海缆体系两根极性缆运转状况，及一根极性缆毛病状况下另一根极性缆合作回流缆运转状况，三芯直流海缆温度场散布见图7。

 

图7 三芯直流海缆温度场散布

由图7可知，当载流量为1773A时，两根极性缆一起运转状况下导体温度到达95.7℃；当一根极性缆产生毛病而另一根极性缆合作回流缆运转时，回流缆导体温度高达127℃。三芯电缆在相同载流量1773A时，导体温度显着高于单芯海缆。

三芯直流海缆体系双极运转和一根极性缆产生毛病另一级合作回流缆运转，导体最高温度与载流量的联系曲线见图8。

 

图8 三芯直流海缆导体温度与载流量联系图

由图8可知，电缆体系正常运转时，即导体温度为70℃时，两根极性缆运转状况下载流量为1476A；当一根极性缆产生毛病时而另一极与回流缆合作运转时，载流量为1285A。单芯高压直流海缆与三芯高压直流海缆在海底直埋工况下载流量比照见表4。

表4 直流海缆载流量比照

由图8和表4可知，在正常运转状况下，三芯直流海缆的两根极性缆之间因间隔太近，发热相互影响，此刻的载流量为单芯直流海缆的83%。当一根极性缆产生毛病时，假如单芯海缆回路中无回流缆，则该回路无法进行电能传输，需求进行打捞修理，而三芯直流海缆则可经过极性缆和回流缆继续构成回路继续运转，其传输载流量为单芯正常运转时的73%。

四、路由和敷设剖析

近几年，国内海优势电建造如火如荼，海底输电线路也占用了很多的海洋路由资源。前期直流海缆的体系规划多选用对称单极运转方法，海缆线路构成仅需正负南北极海缆，跟着项目运送容量和电压等级的进步，真双极体系需选用回流海缆的直流输电项目份额逐步添加，线路投入海缆也相应添加为3根，占用的路由和敷设次数也会相应添加。以±400kV直流海缆项目为例，直流海缆路由宽度为30m，直流海缆与其他已敷设海缆的安全间隔为30m，保证每根海缆运转均不受影响，敷设示意图见图9。

 

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