專利名稱：一種高壓、超高壓直流聚烯烴絕緣海底電力電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電纜，特別是一種敷設(shè)于惡劣的海洋使用環(huán)境中，具有更優(yōu)良的機(jī)械性能和適用性能的高壓、超高壓直流聚烯烴絕緣海底電力電纜，可以替代油浸紙絕緣直流海底電力電纜，屬于電纜的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)的海洋及沿海島嶼輸電，海洋風(fēng)能發(fā)電輸電，一般都采用交流海底電力電纜輸電系統(tǒng)。交流電的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在發(fā)電和配電方面。利用建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的交流發(fā)電機(jī)可以很經(jīng)濟(jì)方便地把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，交流電可以方便地通過變壓器升壓和降壓，這給配送電能帶來極大的方便。但是，隨著20世紀(jì)50年代后，電力需求日益增長，遠(yuǎn)距離大容量輸電線路不斷增加，電網(wǎng)擴(kuò)大，交流輸電受到一定的限制。例如高壓輸電線路經(jīng)過大城市時(shí)，采用地下電纜； 輸電線路經(jīng)過海峽時(shí)，要用海底電纜。由于電纜芯線與大地之間構(gòu)成同軸電容器，在交流高壓大長度電纜輸電線路中，電纜電容電流極為可觀。如果采用直流輸電，由于電壓波動很小，基本上沒有電容電流加在電纜上，排除了交流電纜線路中電容電流的困擾。同時(shí)，直流電纜輸電線路沒有磁感應(yīng)損耗和介質(zhì)損耗，基本上只有芯線電阻損耗，因此輸送相同功率的海底電纜，特別是輸電距離超過40km的超高壓海底電纜線路，采用直流輸電比交流輸電系統(tǒng)有更好的經(jīng)濟(jì)效益和優(yōu)越的技術(shù)、運(yùn)行特性。同時(shí)由于高壓、超高壓直流聚烯烴絕緣海底電力電纜沒有磁感應(yīng)損耗，因此可以采用普通鋼絲做電纜的鎧裝材料，而高壓、超高壓單芯交流海底電纜須采用非磁性有色金屬合金絲做鎧裝材料，因此高壓、超高壓直流聚烯烴絕緣海底電力電纜的造價(jià)也要遠(yuǎn)低于單芯高壓、超高壓交流海底電力電纜。二十世紀(jì)末期，國際上長距離高壓、超高壓直流聚烯烴絕緣海底電力電纜輸電工程，常采用高壓、超高壓油浸紙絕緣直流海底電力電纜。高壓、超高壓直流油浸紙絕緣海底電力電纜絕緣性能好，電氣性能穩(wěn)定，但受其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的局限，高壓、超高壓直流油浸紙絕緣海底電力電纜要具有可靠的油壓維持循環(huán)、監(jiān)控系統(tǒng)。與聚烯烴絕緣直流海底電力電纜相比較，其電纜結(jié)構(gòu)機(jī)械穩(wěn)定性差，抗彎曲性能較差，特別是不抗震，當(dāng)受到外力侵害時(shí)容易損傷；常年使用維護(hù)較困難，敷設(shè)維修成本較高，同時(shí)制造技術(shù)要求也較高。近年來，隨著高壓海底直流輸電工程應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的拓展，尤其是在敷設(shè)環(huán)境較差的長距離海底電力電纜輸電工程系統(tǒng)，遠(yuǎn)距離的海上風(fēng)能發(fā)電工程系統(tǒng)中，選擇聚烯烴絕緣直流海底電力電纜替代傳統(tǒng)的油浸紙絕緣海底電力電纜，則具有更優(yōu)良的機(jī)械性能和適用性能。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，改性聚烯烴直流電纜絕緣材料技術(shù)的日臻成熟，以聚烯烴為絕緣材料的高壓、 超高壓直流海底電力電纜將會得到越來越廣泛的應(yīng)用。為此，我們新設(shè)計(jì)了一種士 100 400kV交聯(lián)聚乙烯絕緣、鉛套屏蔽+塑料增強(qiáng)護(hù)層、防腐粗鋼絲鎧裝直流海底電力電纜。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供機(jī)械強(qiáng)度好，金屬鎧裝層耐腐蝕性、耐磨損性能好，隔絕直流海底電纜在海水中的化學(xué)的、電性的雙重腐蝕效應(yīng)，適合應(yīng)用于高壓、 超高壓直流輸電的海底電力電纜。為了解決上述的技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種高壓、超高壓直流聚烯烴絕緣海底電力電纜，其內(nèi)層至外層依次分別包括阻水導(dǎo)體、導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層、半導(dǎo)電阻水緩沖層、金屬屏蔽層、塑料增強(qiáng)保護(hù)層、金屬鎧裝層和外被層，所述絕緣層為聚烯烴材料構(gòu)成，金屬屏蔽層為鉛套管屏蔽層，金屬鎧裝層由圓周排列的電纜鎧裝鋼絲構(gòu)成。所述的阻水導(dǎo)體由多根銅導(dǎo)線分層絞合、緊壓構(gòu)成，每層導(dǎo)線之間嵌有半導(dǎo)電阻水帶；所述的導(dǎo)體屏蔽層、絕緣屏蔽層由特制的直流電纜半導(dǎo)電聚烯烴屏蔽料制造。所述的絕緣層為直流聚烯烴絕緣材料制造；所述的金屬屏蔽層為鉛套管制成；所述的塑料增強(qiáng)保護(hù)層可以用聚乙烯(PE)或聚氯乙烯(PVC)塑料制造；所述的海底電纜金屬鎧裝層由圓周排列的、塑料包裹的防腐鋼絲構(gòu)成；所述的外被層可以采用聚烯烴塑料護(hù)套，也可采用聚丙烯 (PP)繩+浙青浸漬混合防腐外被層。為了提高鉛套管屏蔽層的耐疲勞性能，以及對鉛套管屏蔽層有很好的防止化學(xué)的、電性的雙重腐蝕作用，所述鉛套管屏蔽層外設(shè)置有塑料增強(qiáng)保護(hù)層。鉛套管屏蔽層與塑料增強(qiáng)保護(hù)層之間涂有一層粘接劑，使其成為一整體，從而提高鉛套管屏蔽層與塑料增強(qiáng)保護(hù)層對電纜線芯的綜合保護(hù)性能。為了防止海水對電纜鎧裝鋼絲的腐蝕，所述電纜鎧裝鋼絲外設(shè)置有防腐塑料層。根據(jù)不同高壓、超高壓直流聚烯烴絕緣海底電力電纜設(shè)計(jì)需要，所述電纜鎧裝鋼絲直徑為Φ3 6mm，所述防腐塑料層的厚度為0. 1 1. 2mm。所述阻水導(dǎo)體由多根銅導(dǎo)線分層絞合、緊壓構(gòu)成，每層導(dǎo)線之間均嵌有半導(dǎo)電阻水帶；阻水導(dǎo)體與導(dǎo)體屏蔽層之間設(shè)置有繞包的半導(dǎo)電阻水帶；電纜線芯的絕緣屏蔽層與鉛套管屏蔽層之間設(shè)置有繞包的半導(dǎo)電阻水緩沖層。上述各層阻水材料的設(shè)置聯(lián)合形成了直流海底電纜的縱向阻水結(jié)構(gòu)。阻水導(dǎo)體與導(dǎo)體屏蔽層之間繞包的半導(dǎo)電阻水帶，絕緣屏蔽層與鉛套管屏蔽層之間繞包的半導(dǎo)電阻水緩沖層，同時(shí)兼有電纜各層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的電接續(xù)功能，不可或缺。所述的絕緣層是由直流交聯(lián)聚乙烯絕緣料構(gòu)成。與油浸紙絕緣海底電力電纜相比較，以交聯(lián)聚乙烯為絕緣材料的海底電力電纜的各項(xiàng)機(jī)械性能要好許多，在較惡劣的海洋敷設(shè)環(huán)境中，抗浪涌沖擊性能強(qiáng)，有較好的彎曲性能，抗震性好，免維護(hù)。因此交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜比油浸紙絕緣電纜更適用于海底電纜惡劣的工作環(huán)境。所述的絕緣層是由直流聚烯烴絕緣料構(gòu)成。聚烯烴絕緣海底電力電纜抗浪涌沖擊性能強(qiáng)，有較好的彎曲性能，抗震性好，免維護(hù)。因此聚烯烴絕緣電纜比油浸紙絕緣電纜更適用于海底電纜惡劣的工作環(huán)境。所述金屬屏蔽層為鉛套管屏蔽層，與塑料增強(qiáng)保護(hù)層聯(lián)合構(gòu)成海底電纜徑向阻水、防腐結(jié)構(gòu)?？捎行У馗艚^對敷設(shè)于海水中的高壓直流電力電纜的金屬屏蔽層化學(xué)的、電性的雙重腐蝕效應(yīng)。所述金屬鎧裝層由圓周排列的具有防腐功能的電纜鎧裝鋼絲構(gòu)成。直流海底電纜的鎧裝鋼絲由于被覆了特殊的塑料層，其耐腐蝕性能、耐磨損性能大幅提高。近年來，隨著高壓海底直流輸電工程應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的拓展，尤其是在敷設(shè)環(huán)境較差的長距離海底電力電纜輸電工程系統(tǒng)，遠(yuǎn)距離的海上風(fēng)能發(fā)電工程系統(tǒng)中，選擇聚烯烴絕緣直流海底電力電纜替代傳統(tǒng)的油浸紙絕緣海底電力電纜，則具有更優(yōu)良的機(jī)械性能和適用性能。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，改性聚烯烴直流電纜絕緣材料技術(shù)的日臻成熟，以聚烯烴為絕緣材料的高壓、超高壓直流海底電力電纜將會得到越來越廣泛的應(yīng)用。本實(shí)用新型高壓、超高壓直流聚烯烴絕緣海底電力電纜絕緣層具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，電纜鎧裝鋼絲經(jīng)特殊處理后耐腐蝕、耐磨損性能好，本電纜可有效隔絕海水中化學(xué)的、 電性的雙重腐蝕效應(yīng)，適合應(yīng)用于海底高壓、超高壓直流輸電。本實(shí)用新型電纜典型設(shè)計(jì)士 100 400kV交聯(lián)聚乙烯絕緣、鉛套管金屬屏蔽+塑料增強(qiáng)保護(hù)層、防腐鋼絲鎧裝直流海底電力電纜，可替代傳統(tǒng)的油浸紙絕緣直流海底電力電纜，敷設(shè)于惡劣的海洋使用環(huán)境中，具有更優(yōu)良的機(jī)械性能和適用性能。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本實(shí)用新型電纜的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型電纜鎧裝鋼絲結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
一種高壓、超高壓直流聚烯烴絕緣海底電力電纜，如圖1所示，其內(nèi)層至外層依次分別包括阻水導(dǎo)體1、導(dǎo)體屏蔽層2、絕緣層3、絕緣屏蔽層4、半導(dǎo)電阻水緩沖層5、金屬屏蔽層6、塑料增強(qiáng)保護(hù)層7、金屬鎧裝層8和外被層10。絕緣層3為直流聚烯烴絕緣材料構(gòu)成。交聯(lián)聚乙烯絕緣材料因其優(yōu)良的介電和耐熱性能已被廣泛應(yīng)用于高壓和超高壓電力電纜中。但在直流電場下，聚合物中容易形成空間電荷，空間電荷會使電場分布嚴(yán)重畸變。因此常規(guī)用于交流高壓、超高壓電纜的交聯(lián)聚乙烯絕緣料不適用于直流電力電纜的制造。近年來，國內(nèi)外許多學(xué)者采用向聚合物中添加某一種物質(zhì)來改善聚乙烯中的空間電荷效應(yīng)，提高聚乙烯的介電強(qiáng)度的方法。使得到的“改性交聯(lián)聚乙烯絕緣料”適合于高壓直流電力電纜的制造。從而使大功率高壓輸電、直流交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜得到實(shí)際應(yīng)用。絕緣層3的絕緣料，可以采用國產(chǎn)“改性交聯(lián)聚乙烯絕緣(XLPE) ”直流電纜絕緣料；也可采用“北歐化工”的直流交聯(lián)聚乙烯絕緣料。導(dǎo)體屏蔽層2、絕緣層3、絕緣屏蔽層 4采用三層共擠交聯(lián)電纜生產(chǎn)線一次擠出制造完成。直流海底電力電纜的阻水導(dǎo)體1由多根銅導(dǎo)線分層絞合、緊壓構(gòu)成，每層導(dǎo)線之間均嵌有半導(dǎo)電阻水帶；阻水導(dǎo)體與導(dǎo)體屏蔽層之間設(shè)置有繞包的半導(dǎo)電阻水帶；導(dǎo)體屏蔽層2是由半導(dǎo)電阻水捆扎帶和半導(dǎo)電屏蔽層構(gòu)成。電纜線芯的絕緣屏蔽層4與金屬屏蔽層6之間設(shè)置有繞包的半導(dǎo)電阻水膨脹帶構(gòu)成的半導(dǎo)電阻水緩沖層5。金屬屏蔽層6外設(shè)置有塑料增強(qiáng)保護(hù)層7。上述各層設(shè)置聯(lián)合形成了直流海底電纜的阻水結(jié)構(gòu)。由于敷設(shè)于海岸或淺海的電力電纜區(qū)域，過往船只較多，一旦由于意外(如錨害) 使海底電力電纜的鉛套管屏蔽層及塑料增強(qiáng)保護(hù)層7均遭破壞，或者是海底電纜整體被船錨拉斷，則海底電力電纜的鉛套管屏蔽層內(nèi)部的各層結(jié)構(gòu)可能會進(jìn)水。因此，海底電力電纜在其徑向阻水結(jié)構(gòu)鉛套管屏蔽層內(nèi)，絞合緊壓阻水導(dǎo)體1內(nèi)部，阻水導(dǎo)體1與導(dǎo)體屏蔽層2 的間隙，電纜線芯絕緣屏蔽層4與金屬屏蔽層6的間隙，均設(shè)置有阻水構(gòu)造，一旦海底電力電纜的鉛套管屏蔽層破損進(jìn)水，各層半導(dǎo)電阻水膨脹帶遇水膨脹發(fā)揮作用，起到很好的縱向阻水作用，延緩和阻止海水的進(jìn)一步浸入，減少海水浸害海底電力電纜的長度，方便海底電纜事故后的搶修工作及減少損失。阻水導(dǎo)體1與導(dǎo)體屏蔽層2之間繞包的半導(dǎo)電阻水帶，絕緣屏蔽層4與金屬屏蔽層6之間繞包的半導(dǎo)電阻水緩沖層5，同時(shí)兼有電纜各層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的電接續(xù)功能，不可或缺。在半導(dǎo)電阻水緩沖層5的外面為徑向密閉的金屬屏蔽層6，海底電力電纜的金屬屏蔽層6因?yàn)橛刑厥獾姆篮Ｋg要求和機(jī)械強(qiáng)度要求，一般均應(yīng)采用擠包的合金鉛套管金屬屏蔽層結(jié)構(gòu)。所述的合金鉛套管屏蔽層與塑料增強(qiáng)保護(hù)層7聯(lián)合構(gòu)成海底電纜徑向阻水、防腐結(jié)構(gòu)。電纜合金鉛套管屏蔽層的制造采用螺桿式連續(xù)擠鉛機(jī)。用于海底電纜制造的合金鉛，依照不同的電纜結(jié)構(gòu)和各電纜制造企業(yè)的使用習(xí)慣，可以有多種合金鉛的配合牌號。應(yīng)用于大長度海底電纜制備的合金鉛材料還應(yīng)保證長時(shí)間、連續(xù)擠出性能好。鉛管護(hù)套外用擠塑機(jī)擠制包覆一層塑料增強(qiáng)保護(hù)層7。鉛管護(hù)套與塑料增強(qiáng)保護(hù)層7之間涂有一層粘接劑，使其成為一整體。防止塑料增強(qiáng)保護(hù)層7損壞后海水沿夾縫空隙滲透的可能性。這層塑料護(hù)套可提高電纜鉛管護(hù)套的耐疲勞性2 3倍。這對深海敷設(shè)電纜極為重要。同時(shí)塑料增強(qiáng)保護(hù)層7對電纜金屬屏蔽層6有很好防止化學(xué)的、電性的雙重腐蝕作用，塑料增強(qiáng)保護(hù)層7對處于強(qiáng)電場作用下高壓、超高壓直流海底電纜的金屬屏蔽層6是設(shè)計(jì)中不可或缺的必要構(gòu)件。塑料增強(qiáng)保護(hù)層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，該材料不易龜裂。所述的塑料增強(qiáng)保護(hù)層7外為金屬鎧裝層8，金屬鎧裝層8由圓周排列的、的鎧裝鋼絲構(gòu)成，該鋼絲具有防腐作用。每一根鎧裝鋼絲均包裹有防腐塑料層9，如圖2所示。實(shí)際應(yīng)用證明按本專利設(shè)計(jì)制造的海底電纜，只要是鋼絲上的防腐塑料層9沒有破損，受保護(hù)的鋼絲均無腐蝕現(xiàn)象。防腐塑料層9對鎧裝鋼絲同樣具有很好的防止化學(xué)的、電性的雙重腐蝕作用。防腐鎧裝鋼絲上的防腐塑料層9有兩種制備方法。一種方法是采用擠塑機(jī)將防腐塑料層9包裹在鎧裝鋼絲上。另一種是采用涂塑的方法在鎧裝鋼絲上均勻地涂敷上一層塑料層，涂塑層材料主要有環(huán)氧樹脂、聚乙烯、尼龍、聚碳酸脂等。涂塑鎧裝鋼絲有良好的機(jī)械性能，耐磨性能和耐腐蝕性能好。根據(jù)不同直流海底電纜設(shè)計(jì)需要，鎧裝鋼絲的直徑一般在 Φ3 6mm之間；涂塑鋼絲的塑料涂層厚度一般在0. 1 0. 3mm之間，擠塑鋼絲的塑料層厚度一般控制在0. 6 1. 2mm之間。所述金屬鎧裝層8外為外被層10。高壓直流海底電纜的外被層10可以采用聚烯烴塑料護(hù)套，例如采用改性中密度聚乙烯(MDPE)塑料連續(xù)大長度擠塑護(hù)套制造工藝。也可采用聚丙烯(PP)繩+浙青浸漬混合防腐外被層制造工藝。外被層10采用聚烯烴塑料護(hù)套防腐效果較好，外形美觀；采用聚丙烯(PP)繩+浙青浸漬混合防腐外被層10，制造加工較方便。上述實(shí)施例不以任何方式限制本實(shí)用新型，凡是采用等同替換或等效變換的方式獲得的技術(shù)方案均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種高壓、超高壓直流聚烯烴絕緣海底電力電纜，其內(nèi)層至外層依次分別包括阻水導(dǎo)體(1)、導(dǎo)體屏蔽層(2)、絕緣層(3)、絕緣屏蔽層(4)、半導(dǎo)電阻水緩沖層(5)、金屬屏蔽層 (6)、塑料增強(qiáng)保護(hù)層(7)、金屬鎧裝層(8)和外被層(10)，其特征在于所述絕緣層(3)為直流聚烯烴絕緣材料構(gòu)成，金屬屏蔽層(6)為鉛套管屏蔽層，金屬鎧裝層(8)由圓周排列的電纜鎧裝鋼絲構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓、超高壓直流聚烯烴絕緣海底電力電纜，其特征在于所述電纜鎧裝鋼絲外設(shè)置有防腐塑料層(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高壓、超高壓直流聚烯烴絕緣海底電力電纜，其特征在于所述電纜鎧裝鋼絲直徑為Φ3 6mm，所述防腐塑料層(9)的厚度為0. 1 1. 2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種高壓、超高壓直流聚烯烴絕緣海底電力電纜，其特征在于所述阻水導(dǎo)體(1)由銅導(dǎo)線分層絞合、緊壓構(gòu)成，每層導(dǎo)線之間以及阻水導(dǎo)體(1) 與導(dǎo)體屏蔽層(2)之間嵌入有半導(dǎo)電阻水帶。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高壓、超高壓直流聚烯烴絕緣海底電力電纜，其內(nèi)層至外層依次分別包括阻水導(dǎo)體(1)、導(dǎo)體屏蔽層(2)、絕緣層(3)、絕緣屏蔽層(4)、半導(dǎo)電阻水緩沖層(5)、金屬屏蔽層(6)、塑料增強(qiáng)保護(hù)層(7)、金屬鎧裝層(8)和外被層(10)，所述絕緣層(3)為直流聚烯烴絕緣材料構(gòu)成，金屬屏蔽層(6)為鉛套管屏蔽層，金屬鎧裝層(8)由圓周排列的鋼絲構(gòu)成，本實(shí)用新型高壓、超高壓直流聚烯烴絕緣海底電力電纜絕緣層(3)具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，電纜鎧裝鋼絲經(jīng)特殊處理后耐腐蝕、耐磨損性能好，本電纜可有效隔絕海水中化學(xué)的、電性的雙重腐蝕效應(yīng)，適合應(yīng)用于海底高壓、超高壓直流輸電。
文檔編號H01B5/08GK202142339SQ201120127370
公開日2012年2月8日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者馮華強(qiáng), 吳建寧, 周厚強(qiáng), 施偉明, 王逢春, 許勇君 申請人:江蘇亨通高壓電纜有限公司