220kV高压交流海底电缆的设计选型探析

220kV高压交流海底电缆的设计选型探析

丁志勇

（中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广东省广州市510663）

摘要：海上风电项目的生产与发展，需要依靠大截面、高电压的交流海底电缆作为支撑，基于此，本文谨以某近海风电工程为例，结合该工程对于海底电缆的实际需求，分析当前国内外海底电缆发展现状及生产技术，对该近海风电工程海底电缆的选型加以探讨，最终决定选用性能及经济效益更好的交联聚乙烯(XLPE)绝缘海底电缆。

关键词：220kV高压交流海底电缆；海上风电；大截面电缆

随着时代的发展，海上风电工程对于海底电缆性能的要求进一步提高，需要具备高电压、高容量与大截面的海底电缆作为支撑，这种情况下，就需要结合当前的市场情况与技术情况，探讨高压交流大截面海底电缆的选型。

1.工程概况

随着经济社会的高速发展，传统的海洋风电中所采用的110kV海底电缆已经无法支撑电力能源供应的巨大需求[1]。海上风电作为清洁能源，受到世界各国的广泛关注，成为新能源开发的重点项目，各海上风电工程都在探索容量更大、更加高效、更加节约的海底电缆型号，本文所提出的国内某近海风电工程也在探索这一项目。某海上风电场，装机容量400MW，设一座海上升压站，采用220kV电压等级送出，海缆长度约45km，经过计算，决定采用2回3x500mm2，输送容量不小于220MVA的高压海底电缆。

2.国内外海底电缆发展现状

2.1国外海底电缆发展现状

目前国际上的高压及超高压海底电缆，主要被部分国际大型企业所垄断，所选用的海底电缆大多为日本、法国等国家生产的海底电缆。在国际市场上，已经出现了最高运行交流电800kV、直流电500kV的充油海底电缆了，该电缆的截面可以达到3000mm2，并且拥有较为成熟的生产技术与较为丰富的运行经验。目前已经运行超过220kV电压的交联聚丙烯绝缘海底电缆的国家包括巴西、挪威、加拿大、卡塔尔、爱尔兰、瑞典、美国、俄罗斯、丹麦与沙特阿拉伯等国家。

相比之下，交联聚乙烯海缆的应用也十分广泛，比如挪威耐克森所建设的全球最长、最深的420kV交流聚乙烯绝缘海缆，成为挪威西部电缆的基础支撑。实际上，除了挪威耐克森之外，交联聚乙烯海缆的生产与研发已经成为全世界交联海缆发展的重要方向。

2.2国内海底电缆发展现状

充油海底电缆是自20世纪30年代发展至今的电力电缆，这种型式的电缆已有安全运行多年的经验，特点是安全可靠，其中绝缘用高压电缆油充塞纸绝缘的间隙中，保证电缆安全可靠。

交联聚乙烯绝缘（XLPE）电缆从20世纪60年代起开始发展使用，早期，这一材料因其对水分的敏感而名声不佳。目前我国在生产交联聚乙烯海底电缆方面已经有了一定的突破，主要的交联聚乙烯海底电缆生产厂家包括中天科技、江苏亨通、宁波东方、青岛汉缆等，这些企业所生产的交联聚乙烯海底电缆都具备较高的工艺水平，可达到国际标准。

3.220kV高压交流海底电缆选型分析

受到海上发电、海岛开发、油气开发等项目的影响，高压及超高压交流交联聚乙烯绝缘电缆受到广泛关注。一般来说，海上发电等项目与其他项目相比，其送电容量并不大，同时考虑到降低工程建设成本投入的因素，主流的海底电缆制造商大多会基于项目开发的实际需要，选择经济实用型的海底电缆，交联聚乙烯绝缘电缆作为一种不超过1600mm2的三芯及单芯中小截面海缆得到了广泛认同与快速发展。目前，主流海上风电、海岛开发等项目，很少采用220kV以上电压，以及交联聚乙烯绝缘分割导体的的大截面海底电缆，无论是海底电缆的型号试验数据还是海底电缆的运行数据都尚未出现，缺少足够的参考与借鉴依据。基于此，本文仅结合工程案例，对分割导体自容式充油聚丙烯复合纤维纸绝缘海底电缆，以及三芯交联聚乙烯绝缘海底电缆进行对比，以便于更好地选型。

3.1三芯交联聚乙烯绝缘海底电缆

该三芯海底电缆的截面为500×3mm2，该海缆包括绝缘分相铅套、分相半导电聚乙烯护套、铠装结构等，该海缆在90℃环境下，该海底电缆的导体交流电阻为0.0488Ω/km，采用粗钢丝作为铠装，导体允许工作的最高温度为90℃，短路时导体工作允许的最高温度为250℃，海缆的最大使用张力为275kN，敷设时的最小弯曲半径4000mm

图1三芯交联聚乙烯绝缘海底电缆型式

3.2自容式充油聚丙烯复合纤维纸绝缘海底电缆

该海底电缆的截面为630mm2，采用分割导体的型式，在85℃环境下，该海底电缆的导体交流电阻为0.0108Ω/km，海底电缆绝缘层厚度为16.9mm，采用镀锌钢丝作为铠装，镀锌钢线缆缆铠装截面为2501mm2，回流导体截面为1232mm2，长时间下的允许载流量为1588A，线缆输送容量为605MVA，线缆外径为172mm2，每米线缆重量为87kg，经济性较好。

3.3海底电缆选型分析

某海上风电工程对充油式海底电缆及交联聚乙烯海底电缆进行性能对比，发现三芯220kV交联聚乙烯海底电缆具备较好的耐压性能，能够满足长距离、大功率的电力能源传输需求，也有效减少了电力及信息通信传输的成本投入，因此具备较大的经济效益，可以减少海底路由资源的占用与消耗。

充油聚丙烯复合纤维纸绝缘海底电缆对于油压系统有一定需求，因此对于海底电缆的日常维护工作要求较高。同时，该型式海底电缆的应用，有可能由于绝缘破裂而导致充油渗漏造成海域污染，因此在实际的使用时，需要合理选择海底电缆结构，并搭配以相应的海底电缆运行监控系统，时刻观察是否发生油体渗漏现象，从而减少海底电缆的应用风险。

综合以上两种海底电缆形式的对比分析，并结合该海上风电工程对于海底线路的依赖性，结合线路可靠性、经济性等因素，决定选用安全性、经济性与可靠性更高的交联聚乙烯海底电缆，并搭配以相应的线缆监控设备，以保证线缆的有效运行[2]。

结语：考虑到未来对于海上风电需求量的不断提高，海上风电项目必将采用更大容量、更高电压的交流海底电缆，在充分分析国内外海底电缆研究与应用情况的前提下，对两种较为优越的海底电缆加以比较，最终决定选用交联聚乙烯海底电缆。

参考文献：

[1]赵囿林,张建民,马志金,付长琦,刘兵.响水近海风电三芯220kV光纤复合海底电缆的设计及制造[J].电线电缆,2016(05):19-21.

[2]王贤灿,官文彤.220kV交流大截面海底电缆的设计选型[J].电线电缆,2013(06):24-27.