專利名稱：用于超高壓交流輸電的交聯聚乙烯絕緣單芯海底電力電纜的制作方法
技術領域：
用于超高壓交流輸電的交聯聚乙烯絕緣單芯海底電力電纜技術領域[0001]本實用新型涉及一種用于220 500kV交流電力系統的單芯海底電力電纜。用于大陸與島嶼、島嶼與島嶼、海上風能發電的較長距離、大容量交流電能輸送線路，替代早期的銅絲疏繞+合金鉛屏蔽護套的單芯交流海底電力電纜，以及替換普通鍍鋅低碳鋼絲鎧裝的單芯交流海底電力電纜。屬于電纜技術領域。
背景技術：
[0002]目前國內高壓、超高壓交流海底電纜輸電工程系統所使用的220kV以上級交聯聚乙烯絕緣單芯海底電力電纜，常采用日本的銅絲疏繞回流線+合金鉛屏蔽護套+普通鍍鋅低碳鋼絲鎧裝的結構。如圖1所示。[0003]該結構的超高壓交流輸電單芯海底電力電纜由于有銅絲疏繞回流線a在合金鉛屏蔽護套b的內部，給海底電力電纜的合金鉛套內的阻水系制造增加了困難。更不應該的是，該結構的超高壓輸電單芯交流海底電力電纜為強調有較高的外層防護機械性能，其電纜的外層鎧裝保護層c采用了普通鍍鋅低碳鋼絲鎧裝結構。其理由是電纜屏蔽層銅絲疏繞回流線a上的感生電流可以抵消單芯交流海底電力電纜導電線芯的交流輸電電流份量，使單芯交流海底電力電纜的鋼絲鎧裝磁滯損耗和渦流損耗降低或消失。經近年來的大量海底電力電纜輸電工程實踐，證明這種理論是錯誤的。[0004]對于超高壓交流輸電的單芯海底電力電纜，由于導電線芯d與電纜屏蔽層銅絲疏繞回流線a之間的電容，電纜屏蔽層與外層鋼芯鎧裝層c (即海水和大地)之間電容分布的離散性，使單芯交流海底電力電纜屏蔽層銅絲疏繞回流線a上的感生電流并不能抵消導電線芯上的交流輸電電流份量，如果單芯交流海底電力電纜的外層鎧裝保護仍然采用普通低碳鋼絲鎧裝結構，必然使單芯大功率交流輸電海底電力電纜增加了一重由鐵磁材料形成的磁滯損耗和渦流損耗，進而增大了超高壓輸電的單芯交流海底電力電纜的環流損耗。大量的工程實踐證明，采用日本大截面銅絲疏繞回流線+普通低碳鋼絲鎧裝結構設計的超高壓單芯交流海底電力電纜，與采用非磁性金屬絲鎧裝的單芯交流海底電力電纜相比較，由于一系列磁損耗因數的增加，增大了電纜內部鋼絲鎧裝層的發熱量，從而大幅度降低了單芯鋼絲鎧裝交流海底電力電纜導體的額定載流量。長期實踐證明，電纜導電線芯的截面積相同，在一樣的敷設環境中，普通鋼絲鎧裝的單芯交流海底電力電纜與非磁性金屬絲鎧裝的單芯交流海底電纜相比較，電纜的額定載流量要低30%—50%。并且每回路三根普通鋼絲鎧裝的單芯交流海底電力電纜每千米耗損達120 180kW。按每度電0. 5元，10千米海底電纜敷設長度核算，一年的耗損電價達525. 6 788. 4萬元。在強調低碳經濟，綠色能源的今天，對于高壓、超高壓交流輸電的單芯海底電力電纜，應避免采用普通低碳鋼絲做單芯海底電力電纜金屬鎧裝層的設計。發明內容[0005]本發明主要是提供一種有可靠的阻水性能，機械性能更好，鎧裝金屬絲耐腐蝕性能好，電磁損耗小，適合應用于超高壓交流輸電的合金鉛套+銅扁線回流線+非磁性金屬絲鎧裝單芯海底電力電纜，用于替代早期的銅絲疏繞+合金鉛屏蔽護套的單芯交流海底電力電纜；特別是替換掉電磁損耗很大的，用于超高壓交流輸電的普通低碳鋼絲鎧裝單芯海底電力電纜。[0006]本實用新型的目的是這樣實現的一種超高壓交聯聚乙烯絕緣單芯海底電力電纜，電纜從內層至外層依次分別包括電纜的阻水導體、導體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層、半導電阻水緩沖層、金屬屏蔽層、塑料增強保護層、金屬線回流層、捆綁層、金屬鎧裝層和外被層。[0007]阻水導體與導體屏蔽層之間設置有繞包的半導電阻水帶，繞包的半導電阻水帶和半導電屏蔽層聯合構成導體屏蔽層。[0008]半導電阻水緩沖層由繞包的半導電阻水膨脹帶構成的。[0009]金屬屏蔽層由合金鉛套管構成。[0010]所述的絕緣層采用超凈化交聯聚乙烯絕緣料制成。[0011]所述的導體屏蔽層、絕緣屏蔽層采用超光滑半導電聚烯烴屏蔽料制造。[0012]所述的塑料增強保護層采用半導電聚烯烴塑料制造。[0013]金屬鎧裝層采用由圓周排列的多根非磁性金屬合金絲構成或采用雙層非磁性金屬絲鎧裝保護結構。[0014]所述的雙層非磁性金屬絲鎧裝保護結構由第一非磁性金屬絲鎧裝層、捆綁層、第二非磁性金屬絲鎧裝層構成。[0015]在第一非磁性金屬絲鎧裝層內可以設有不銹鋼復合松套管光纖單元，構成超高壓交聯聚乙烯絕緣單芯光電復合海底電力電纜。[0016]所述的不銹鋼復合松套管光纖單元其內層至外層依次分別為數據通訊單模光纖， 填充光纖膏，塑料松套管，不銹鋼松套管，在塑料松套管與不銹鋼松套管之間有填充油膏， 在不銹鋼松套管外有塑料增強保護層。[0017]本實用新型提供的超高壓交聯聚乙烯絕緣單芯海底電力電纜，具有可靠的阻水性能，較好的機械性能，鎧裝金屬絲耐腐蝕性能好，電磁損耗小，有足夠的瞬態短路電流容量。 用于替代早期的銅絲疏繞+合金鉛屏蔽護套的單芯交流海底電力電纜，可以提高海底電纜的阻水性能；特別是用于替換掉電磁損耗很大的，用于超高壓交流輸電的普通低碳鋼絲鎧裝單芯海底電力電纜，具有明顯的節能效果。
[0018]
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。[0019]圖1是現有技術中220kV以上級交聯聚乙烯絕緣單芯海底電力電纜結構圖。[0020]圖2是本實用新型的結構示意圖。[0021]圖3是本實用新型采用雙層非磁性圓形金屬絲鎧裝結構示意圖。[0022]圖4是本實用新型采用雙層非磁性圓形金屬絲鎧裝并增加了不銹鋼復合松套管光纖單元，構成的超高壓交聯聚乙烯絕緣單芯光電復合海底電力電纜結構示意圖。[0023]圖5是本實用新型中不銹鋼復合松套管光纖單元的結構示意圖。
具體實施方式
[0024]如圖1 一 5所示，一種用于超高壓交流輸電的交聯聚乙烯絕緣單芯海底電力電纜及單芯光電復合海底電力電纜。電纜從內層至外層依次分別包括電纜的阻水導體1、導體屏蔽層2、絕緣層3、絕緣屏蔽層4、半導電阻水緩沖層5、金屬屏蔽層6、塑料增強保護層7、金屬線回流層8、捆綁層9、金屬鎧裝層10和外被層11。[0025]阻水導體1與導體屏蔽層2之間設置有繞包的半導電阻水帶，繞包的半導電阻水帶和半導電屏蔽層聯合構成導體屏蔽層2。[0026]半導電阻水緩沖層5由繞包的半導電阻水膨脹帶構成的。[0027]金屬屏蔽層6由合金鉛套管構成。[0028]所述的絕緣層3采用超凈化交聯聚乙烯絕緣料制成。[0029]所述的導體屏蔽層2、絕緣屏蔽層4采用超光滑半導電聚烯烴屏蔽料制造。[0030]所述的塑料增強保護層7采用半導電聚烯烴塑料制造。[0031]金屬鎧裝層10采用由圓周排列的多根非磁性金屬合金絲構成或采用雙層非磁性金屬絲鎧裝保護結構。[0032]所述的雙層非磁性金屬絲鎧裝保護結構由第一非磁性金屬絲鎧裝層12、捆綁層 13、第二非磁性金屬絲鎧裝層14構成。[0033]在第一非磁性金屬絲鎧裝層12內還可以設有不銹鋼復合松套管光纖單元15，構成超高壓交聯聚乙烯絕緣單芯光電復合海底電力電纜。[0034]所述的不銹鋼復合松套管光纖單元15其內層至外層依次分別為數據通訊單模光纖16，填充光纖膏17，塑料松套管18，不銹鋼松套管19，在塑料松套管18與不銹鋼松套管 19之間有填充油膏20，在不銹鋼松套管19外有塑料增強保護層21。[0035]具體如下[0036]實施例1 如圖2所示，一種用于超高壓交流輸電的合金鉛套+銅扁線回流線+非磁性金屬絲鎧裝單芯海底電力電纜，阻水導體1由多根銅導線分層絞合、緊壓構成，每層導線之間均嵌有半導電阻水帶。阻水導體1與導體屏蔽層2之間設置有繞包的半導電阻水帶，繞包的半導電阻水帶和半導電屏蔽層聯合構成導體屏蔽層2。電纜線芯的絕緣屏蔽層 4與鉛套管金屬屏蔽層6之間，設置有繞包的半導電阻水膨脹帶構成的半導電阻水緩沖層 5。金屬屏蔽層6由密閉性能良好、防腐性能好的合金鉛套管構成，合金鉛套管外設置有塑料增強保護層7。上述各層設置聯合形成了海底電力電纜的阻水構造。一旦海底電力電纜合金鉛套管制成的金屬屏蔽層6意外破損進水，各層半導電阻水膨脹帶遇水膨脹發揮作用，延緩和阻止海水的進一步浸入，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。[0037]所述的絕緣層3采用超凈化交聯聚乙烯絕緣料制造；所述的導體屏蔽層2、絕緣屏蔽層4采用超光滑半導電聚烯烴屏蔽料制造。導體屏蔽層2、絕緣層3、絕緣屏蔽層4采用三層共擠交聯電纜生產線一次擠出制造完成。[0038]在半導電阻水緩沖層5的外面為金屬屏蔽層6，海底電力電纜的金屬屏蔽層6因為有防腐蝕要求，一般均采用合金鉛套管金屬屏蔽層結構。所述的塑料增強保護層7可以用半導電聚烯烴塑料制造。所述的合金鉛套管屏蔽層與塑料增強保護層7聯合構成海底電纜徑向阻水、防腐蝕結構。同時，這一層塑料增強護層7可以提高電纜鉛管護套的耐疲勞性2 3倍，這一點對處于浪涌沖擊強烈的海洋敷設電力電纜極為重要。[0039]所述的金屬線回流層8可以采用有色金屬扁線構成。所述的海底電纜金屬鎧裝層 10由圓周排列的多根非磁性金屬合金絲構成。有色金屬扁線層與非磁性金屬合金絲鎧裝層又聯合構成了海底電力電纜的外部保護金屬鎧裝層。[0040]所述的捆綁層9可以用塑料粘膠帶構成。用有色金屬扁線構成金屬線回流層8的外部，可以采用塑料粘膠帶對金屬扁線層進行捆綁，用于防止海底電纜在制造、盤繞運輸、 敷設過程中，金屬扁線層結構發生松散和跳邦變位。海底電纜金屬鎧裝層10的外部包裹有外被層11。所述的外被層11可采用聚丙烯(PP)繩+浙青浸漬混合防腐外被結構。[0041]對于敷設于陸地淡水環境的江河、湖泊中的超高壓交流輸電的單芯水下電力電纜，有色金屬扁線及非磁性鎧裝金屬絲可采用有較高機械強度，較低電阻率的鋁鎂硅合金材料制造。這樣即能滿足電纜設計的各項電性能和機械性能要求，同時鋁鎂硅合金絲鎧裝的單芯水下電力電纜制造成本也較低。[0042]對于超高壓交流輸電的220 500kV級單芯海底電力電纜的金屬護層設計，其有色金屬扁線可采用有較高機械強度、防腐性能好、電阻率較小的的銅合金扁線。外層鎧裝可采用單芯海底電力電纜鎧裝專用的防腐無磁合金鋼絲等材料。[0043]電纜的金屬屏蔽由所述的合金鉛套管、半導電塑料增強保護層、有色金屬扁線聯合構成。由于有色金屬扁線有較小的電阻，降低了海底電纜的侵入波反射附加電壓，提高了超高壓海底電纜的防雷擊瞬態短路電流容量。并能適當地降低超高壓交流單芯海底電纜的金屬護套環流產生的附加損耗。[0044]實施例2 圖3所示的是本實用新型的另外一個實施例，與圖2方案的主要區別是海底電力電纜的鎧裝保護層采用了雙層非磁性圓形金屬絲鎧裝結構。[0045]在圖3所示的一種用于高壓、超高壓交流輸電的單芯交聯聚乙烯絕緣、雙層非磁性金屬絲鎧裝海底電力電纜中，塑料增強保護層7可以采用半導電聚烯烴塑料制造，作為優選可采用海底電力電纜專用的改性半導電中密度聚乙烯制造。用半導電聚烯烴塑料制成的塑料增強保護層7，除了能滿足對海底電力電纜合金鉛套管制成的金屬屏蔽層6的機械保護作用，并對電纜的合金鉛套管屏蔽層具有很好的防腐蝕作用，并同時能滿足高壓、超高壓單芯海底電力電纜的特殊電性能連續要求。[0046]所述的第一非磁性金屬絲鎧裝層12。為了滿足超高壓單芯交流海底電力電纜的電性能設計要求，保證單芯海底電力電纜的第一非磁性金屬絲鎧裝層12有較低的電阻，第一非磁性鎧裝層12金屬絲可采用圓銅線、銅合金圓線。對敷設于陸地淡水環境的江河、湖泊中的單芯水下電力電纜，可采用有較高機械強度、較低電阻率的鋁鎂硅合金圓線做鎧裝材料。[0047]單芯海底電力電纜的第二非磁性金屬絲鎧裝層14可采用與第一非磁性金屬絲鎧裝層12同一種材料制造，也可采用有較高抗拉強度，耐磨損、耐腐蝕性能好的其它非磁性合金絲制造。內層鎧裝金屬絲采用導電性能好的有色金屬材料，外層鎧裝采用機械強度較好的非磁合金絲，可使單芯海底電力電纜的鎧裝層構造具有較好的綜合機械性能和電氣性能。作為優選外層鎧裝可采用單芯海底電力電纜鎧裝專用的防腐無磁合金鋼絲制造。[0048]單芯海底電力電纜采用了雙層非磁性金屬絲鎧裝結構有更好的電連接作用和電屏蔽作用。單芯海底電力電纜的兩層金屬絲鎧裝層的制造工藝，一般設計成異向鎧裝繞包，若第一非磁性鎧裝層12采用左向鎧裝繞包，第二非磁性金屬絲鎧裝層14則選擇右向鎧裝繞包。海底電力電纜的兩層金屬絲鎧裝層設計成異向繞包型式有較好的抗拉性能，以及較高的抗浪涌、抗扭曲破壞性能。這一點對于處于浪涌沖擊強烈的海洋敷設電力電纜極為重要。[0049]實施例3 圖4是加裝有不銹鋼復合松套管光纖單元的超高壓交聯聚乙烯絕緣單芯光電復合海底電力電纜。只要將實施例2中第一非磁性金屬絲鎧裝層12中的任意1 2 根圓形鎧裝金屬絲撤下，置換成特制的直徑較小的不銹鋼復合松套管光纖單元15，即可構成一種用于超高壓交流輸電的單芯交聯聚乙烯絕緣、雙層非磁性金屬絲鎧裝、光電復合海底電力電纜。[0050]其中不銹鋼復合松套管光纖單元15的內層至外層依次分別包括數據通訊單模光纖16，填充光纖膏17，高強度塑料松套管18，不銹鋼松套管19，高強度塑料松套管18與不銹鋼松套管19之間有填充油膏20，在不銹鋼松套管外有高強度塑料增強保護層21。不銹鋼復合松套管光纖單元整體直徑稍小于6mm，約為5. 5mm左右。
權利要求1.一種用于超高壓交流輸電的交聯聚乙烯絕緣單芯海底電力電纜，其特征在于電纜從內層至外層依次分別包括電纜的阻水導體(1)、導體屏蔽層(2)、絕緣層(3)、絕緣屏蔽層 (4)、半導電阻水緩沖層(5)、金屬屏蔽層(6)、塑料增強保護層(7)、金屬線回流層(8)、捆綁層(9)、金屬鎧裝層(10)和外被層(11)。
2.根據權利要求1所述的超高壓交聯聚乙烯絕緣單芯海底電力電纜，其特征在于阻水導體(1)與導體屏蔽層(2)之間設置有繞包的半導電阻水帶，繞包的半導電阻水帶和半導電屏蔽層聯合構成導體屏蔽層(2)。
3.根據權利要求1所述的超高壓交聯聚乙烯絕緣單芯海底電力電纜，其特征在于金屬屏蔽層(6)由合金鉛套管構成。
4.根據權利要求1所述的超高壓交聯聚乙烯絕緣單芯海底電力電纜，其特征在于所述的絕緣層(3 )采用超凈化交聯聚乙烯絕緣料制成。
5.根據權利要求1所述的超高壓交聯聚乙烯絕緣單芯海底電力電纜，其特征在于所述的塑料增強保護層(7)采用半導電聚烯烴塑料制造。
6.根據權利要求1所述的超高壓交聯聚乙烯絕緣單芯海底電力電纜，其特征在于金屬鎧裝層(10)采用由圓周排列的多根非磁性金屬合金絲構成或采用雙層非磁性金屬絲鎧裝保護結構。
7.根據權利要求6所述的超高壓交聯聚乙烯絕緣單芯海底電力電纜，其特征在于所述的雙層非磁性金屬絲鎧裝保護結構由第一非磁性金屬絲鎧裝層(12)、捆綁層(13)、第二非磁性金屬絲鎧裝層(14)構成。
8.根據權利要求6所述的超高壓交聯聚乙烯絕緣單芯海底電力電纜，其特征在于在第一非磁性金屬絲鎧裝層(12)內可以設有不銹鋼復合松套管光纖單元(15)，構成超高壓交聯聚乙烯絕緣單芯光電復合海底電力電纜。
9.根據權利要求8所述的超高壓交聯聚乙烯絕緣單芯光電復合海底電力電纜，其特征在于所述的不銹鋼復合松套管光纖單元(15)其內層至外層依次分別為數據通訊單模光纖(16)，填充光纖膏(17)，塑料松套管(18)，不銹鋼松套管(19)，在塑料松套管(18)與不銹鋼松套管(19)之間有填充油膏(20)，在不銹鋼松套管(19)外有塑料增強保護層(21 )。
專利摘要一種用于超高壓交流輸電的交聯聚乙烯絕緣單芯海底電力電纜,電纜從內層至外層依次分別包括電纜的阻水導體、導體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層、半導電阻水緩沖層、金屬屏蔽層、塑料增強保護層、金屬線回流層、捆綁層、金屬鎧裝層和外被層。本實用新型具有可靠的阻水性能，較好的機械性能，鎧裝金屬絲耐腐蝕性能好，電磁損耗小，有足夠的瞬態短路電流容量。用于替代早期的銅絲疏繞+合金鉛屏蔽護套的單芯交流海底電力電纜，可以提高海底電纜的阻水性能；特別是用于替換掉電磁損耗很大的，用于超高壓交流輸電的普通低碳鋼絲鎧裝單芯海底電力電纜，具有明顯的節能效果。
文檔編號H01B9/00GK202307273SQ20112036871
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者吳建寧, 吳弘, 戚景贊, 曾學忠, 鄭運焱 申請人:宜昌聯邦電纜有限公司, 鄭運焱