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海底電纜的設(shè)計與鋪設(shè)解析
點擊次數(shù):3142 發(fā)布時間:2013-4-10
興旺寶五金網(wǎng)整理:我國有著世界羨慕的總長超過1.8萬km的海岸線。2012年,我國的電纜制造規(guī)模成功超過美國,成為*電纜制造國。然而隨著能源的開發(fā),海底電纜的使用也越發(fā)重要起來。同年9月召開的中國電線電纜行業(yè)大會上,代表們提到zui多的一個詞就是“海底電纜”。于是身在電纜行業(yè)的我們不禁要問,中國海底電纜制造的春天到來了嗎?
據(jù)不*統(tǒng)計,我國海岸線的長度和數(shù)量更大、更多。隨著石化能源的枯竭和人類對電力需求的增加,人類生產(chǎn)活動逐漸向著海洋移動,如海上風(fēng)機發(fā)電、海洋潮汐能、海洋天然氣與石油的開采等,而獲取能源的途徑只有一個,那就是海底電纜。2012年我國電纜制造規(guī)模超過美國成為*電纜制造國,但必須明確一點的是相當(dāng)一部分產(chǎn)品如XLPE絕緣500kv超高壓電力電纜、超高壓大截面海底AC/DC電力電纜大部分依賴進口。2012年9月在上海召開了中國電線電纜行業(yè)大會,會上陶氏化學(xué)、北歐化工、法國波迪亞、德國特雷斯特等材料與設(shè)備供應(yīng)商提到zui多的一個詞就是“海底電纜”。
2國內(nèi)外海底電纜生產(chǎn)現(xiàn)狀
海底電纜研發(fā)、生產(chǎn)、敷設(shè)已有近170年歷史,1850年英國和法國之間鋪設(shè)了人類歷**條海底電纜;中國的*條海底電纜是在1888年完成,共有兩條,一是福州川石島與中國臺灣滬尾之間,另一條由臺南安平通往澎湖,均由當(dāng)時中國臺灣巡撫劉銘傳組織敷設(shè)。海底電纜的按絕緣種類分有(如圖一):浸漬紙包絕緣電纜、充油式電纜、擠壓式電纜(XLPE--交聯(lián)聚乙烯絕緣與EPR--乙丙橡膠絕緣),浸漬紙包絕緣和充油式電纜受水深與敷設(shè)落差限制,現(xiàn)已基本淘汰。目前使用zui廣泛、zui多的是XLPE絕緣電纜。海底電纜按電流傳輸方式可分為:交流(AC)傳輸與直流(DC)傳輸,目前國外一些大型的電纜企業(yè),如意大利普瑞斯、日本滕倉電纜、日本古河株式會社、日本住友電工、法國耐克森、韓國LS、美國通用電纜等,都具有連續(xù)生產(chǎn)超高壓、大截面DC海底電纜的能力,并擁有海底電纜軟接頭技術(shù),同時可提供安裝敷設(shè)一體化的解決方案;而我國的海底電纜只處于起步階段,目前國內(nèi)具有海底電纜生產(chǎn)能力的企業(yè)有:(新)遠東電纜有限公司、中天科技電纜集團、寧波東方電纜有限公司、青島漢纜有限公司、沈陽古河電纜廠(日本古河實際控股)、上海滕倉電纜廠(日本滕倉控股)、寶勝普瑞斯曼超高壓電纜有限公司(寶勝控股)等。
3.1AC與DC擠出XLPE絕緣海底電纜
關(guān)于海底電纜交流與直流的選擇,普遍認為直流海底電纜損耗小、傳輸更多的電力,AC、DC海底電纜與敷設(shè)距離的關(guān)系具體研究國內(nèi)未見報道。意大利電纜公司普瑞斯曼于2011年10月4日在紐約召開的北歐化工能源基礎(chǔ)設(shè)施研討會上給出了AC、DC海底電纜與敷設(shè)距離的關(guān)系。如圖二所示:
DC與AC電纜zui本質(zhì)的差別是絕緣材料性能(機械與電氣性能,如抑制空間電荷積聚等),相對于AC電纜來說,DC電纜的長度更長,脫氣時間更長,XLPE潔凈度要求更高,更好的焦燒性能,更長的連續(xù)生產(chǎn)時間。目前上所有的電纜制造商所生產(chǎn)的高壓、超高壓XLPE絕緣海底電纜的電纜料(包括導(dǎo)體屏蔽、絕緣屏蔽、絕緣料)幾乎均來自北歐化工和陶氏化學(xué)。
如圖三所示,橫坐標(biāo)是導(dǎo)體的標(biāo)稱截面??v坐標(biāo)是導(dǎo)體載流量,象限內(nèi)三條線自上而下,分別是DC電纜、鋼絲鎧裝AC電纜、扁銅絲AC電纜,由圖可見,500kv電纜的截面超過1000mm2時,DC電纜在載流量上的優(yōu)勢很明顯。
3.2單芯與三芯光纖復(fù)合海底電纜簡介
通常來講,目前單芯與三芯光纖復(fù)合海底電纜應(yīng)用zui廣的是采用如圖四的結(jié)構(gòu),即800mm2及以下采用圓形緊壓絞合銅導(dǎo)體,1000mm2及以上采用分割導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(5分割或6分割)XLPE屏蔽、絕緣等,光纖分布一般放置于填充層或鋼絲鎧裝中,圖四中的光纖安置于填充層之中。
表一
4海底電纜的生產(chǎn)、運輸與敷設(shè)
選取電性能*的絕緣材料,還需相關(guān)設(shè)備與便捷的運輸渠道,如圖五生產(chǎn)流程圖所示。生產(chǎn)海纜的設(shè)備有:雙頭或多頭在線退火大拉機、120盤(或更多)630鋼絲鎧裝機、150壓鉛機、3×4500或3×10000及以上立式成纜機、200kv或500kv懸鏈或立塔交聯(lián)機等;一般生產(chǎn)海底電纜必須靠近江河航道,以便運輸方便,其所需運輸設(shè)備有:現(xiàn)場流轉(zhuǎn)主動轉(zhuǎn)盤、堆場轉(zhuǎn)盤、運輸船等。
國外海底電纜研發(fā)、生產(chǎn)、敷設(shè)與維護已形成標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè),海底電纜關(guān)鍵技術(shù)是大長度海纜內(nèi)外屏蔽及絕緣無缺陷擠壓、聯(lián)合成纜、軟接頭及光纖單元結(jié)構(gòu)研究(復(fù)合海纜)。近年來,我國大力發(fā)展海上風(fēng)電及油氣項目,需要大量的海底電纜傳輸電力與通信,這就給了疲軟的中國線纜行業(yè)注入了一劑良方,2012年11月在北京召開的<2012中國南海深水油氣鉆采裝備與技術(shù)研討會>傳遞了一個信息,我國開發(fā)海洋資源迫在眉睫。我國國內(nèi)電纜及配套企業(yè)目前在海底電纜產(chǎn)業(yè)鏈中,只占有設(shè)計加工制造這一個環(huán)節(jié),而上游的電纜料和設(shè)備、下游的安裝敷設(shè)都被國外如北歐化工、特雷斯特、普瑞斯曼等壟斷,在此筆者建議,有實力的電纜企業(yè)可以嘗試參股北歐化工、陶氏化學(xué)等原材料供應(yīng)商(一旦中美關(guān)系惡化,上述二家電纜材料企業(yè)封鎖原材料供應(yīng),將給我國高壓及超高壓電纜行業(yè)帶來惡劣影響),學(xué)習(xí)寶勝與國外*電纜企業(yè)合資或合作辦廠,外購或培養(yǎng)專業(yè)的海纜安裝隊伍。我國的海底電纜產(chǎn)業(yè)鏈民族化之路還有很長一段路要走。
據(jù)不*統(tǒng)計,我國海岸線的長度和數(shù)量更大、更多。隨著石化能源的枯竭和人類對電力需求的增加,人類生產(chǎn)活動逐漸向著海洋移動,如海上風(fēng)機發(fā)電、海洋潮汐能、海洋天然氣與石油的開采等,而獲取能源的途徑只有一個,那就是海底電纜。2012年我國電纜制造規(guī)模超過美國成為*電纜制造國,但必須明確一點的是相當(dāng)一部分產(chǎn)品如XLPE絕緣500kv超高壓電力電纜、超高壓大截面海底AC/DC電力電纜大部分依賴進口。2012年9月在上海召開了中國電線電纜行業(yè)大會,會上陶氏化學(xué)、北歐化工、法國波迪亞、德國特雷斯特等材料與設(shè)備供應(yīng)商提到zui多的一個詞就是“海底電纜”。
2國內(nèi)外海底電纜生產(chǎn)現(xiàn)狀
海底電纜研發(fā)、生產(chǎn)、敷設(shè)已有近170年歷史,1850年英國和法國之間鋪設(shè)了人類歷**條海底電纜;中國的*條海底電纜是在1888年完成,共有兩條,一是福州川石島與中國臺灣滬尾之間,另一條由臺南安平通往澎湖,均由當(dāng)時中國臺灣巡撫劉銘傳組織敷設(shè)。海底電纜的按絕緣種類分有(如圖一):浸漬紙包絕緣電纜、充油式電纜、擠壓式電纜(XLPE--交聯(lián)聚乙烯絕緣與EPR--乙丙橡膠絕緣),浸漬紙包絕緣和充油式電纜受水深與敷設(shè)落差限制,現(xiàn)已基本淘汰。目前使用zui廣泛、zui多的是XLPE絕緣電纜。海底電纜按電流傳輸方式可分為:交流(AC)傳輸與直流(DC)傳輸,目前國外一些大型的電纜企業(yè),如意大利普瑞斯、日本滕倉電纜、日本古河株式會社、日本住友電工、法國耐克森、韓國LS、美國通用電纜等,都具有連續(xù)生產(chǎn)超高壓、大截面DC海底電纜的能力,并擁有海底電纜軟接頭技術(shù),同時可提供安裝敷設(shè)一體化的解決方案;而我國的海底電纜只處于起步階段,目前國內(nèi)具有海底電纜生產(chǎn)能力的企業(yè)有:(新)遠東電纜有限公司、中天科技電纜集團、寧波東方電纜有限公司、青島漢纜有限公司、沈陽古河電纜廠(日本古河實際控股)、上海滕倉電纜廠(日本滕倉控股)、寶勝普瑞斯曼超高壓電纜有限公司(寶勝控股)等。
圖一三種絕緣材料的海底電纜
3XLPE海底電纜的分類3.1AC與DC擠出XLPE絕緣海底電纜
關(guān)于海底電纜交流與直流的選擇,普遍認為直流海底電纜損耗小、傳輸更多的電力,AC、DC海底電纜與敷設(shè)距離的關(guān)系具體研究國內(nèi)未見報道。意大利電纜公司普瑞斯曼于2011年10月4日在紐約召開的北歐化工能源基礎(chǔ)設(shè)施研討會上給出了AC、DC海底電纜與敷設(shè)距離的關(guān)系。如圖二所示:
圖二AC與DC電纜與敷設(shè)距離之間的關(guān)系
如上圖所示,縱坐標(biāo)是電壓等級,橫坐標(biāo)是電纜敷設(shè)長度,由圖二可見,當(dāng)海底電纜敷設(shè)長度超過120km時,普瑞斯曼的選擇是DC電纜,而當(dāng)海底電纜敷設(shè)長度不足110km時,AC電纜是更好的選擇。DC與AC電纜zui本質(zhì)的差別是絕緣材料性能(機械與電氣性能,如抑制空間電荷積聚等),相對于AC電纜來說,DC電纜的長度更長,脫氣時間更長,XLPE潔凈度要求更高,更好的焦燒性能,更長的連續(xù)生產(chǎn)時間。目前上所有的電纜制造商所生產(chǎn)的高壓、超高壓XLPE絕緣海底電纜的電纜料(包括導(dǎo)體屏蔽、絕緣屏蔽、絕緣料)幾乎均來自北歐化工和陶氏化學(xué)。
圖三XLPE絕緣500kv—AC與DC電纜載流量比較
如圖三所示,橫坐標(biāo)是導(dǎo)體的標(biāo)稱截面??v坐標(biāo)是導(dǎo)體載流量,象限內(nèi)三條線自上而下,分別是DC電纜、鋼絲鎧裝AC電纜、扁銅絲AC電纜,由圖可見,500kv電纜的截面超過1000mm2時,DC電纜在載流量上的優(yōu)勢很明顯。
3.2單芯與三芯光纖復(fù)合海底電纜簡介
通常來講,目前單芯與三芯光纖復(fù)合海底電纜應(yīng)用zui廣的是采用如圖四的結(jié)構(gòu),即800mm2及以下采用圓形緊壓絞合銅導(dǎo)體,1000mm2及以上采用分割導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(5分割或6分割)XLPE屏蔽、絕緣等,光纖分布一般放置于填充層或鋼絲鎧裝中,圖四中的光纖安置于填充層之中。
圖四XLPE絕緣220kv-1×800mm2光纖復(fù)合單芯與三芯海底電纜結(jié)構(gòu)圖
目前業(yè)內(nèi)*,單芯與三芯海纜優(yōu)先采用鋼絲鎧裝,原因有多種,比如海纜敷設(shè)時會施加較強的機械作用力,需要很好的抗拉性能等。至于同一工程中單芯與三芯電纜擇選問題,2012年11月27日在上海召開的亞洲線纜高峰論壇上,國內(nèi)某電纜企業(yè)結(jié)合導(dǎo)體、金屬屏蔽、鎧裝等損耗,做了比較分析,詳見表一:表一
選取電性能*的絕緣材料,還需相關(guān)設(shè)備與便捷的運輸渠道,如圖五生產(chǎn)流程圖所示。生產(chǎn)海纜的設(shè)備有:雙頭或多頭在線退火大拉機、120盤(或更多)630鋼絲鎧裝機、150壓鉛機、3×4500或3×10000及以上立式成纜機、200kv或500kv懸鏈或立塔交聯(lián)機等;一般生產(chǎn)海底電纜必須靠近江河航道,以便運輸方便,其所需運輸設(shè)備有:現(xiàn)場流轉(zhuǎn)主動轉(zhuǎn)盤、堆場轉(zhuǎn)盤、運輸船等。
圖五海底電纜生產(chǎn)基本流程
海底電纜的敷設(shè)是一項巨大的、復(fù)雜的工程,主要包括電纜路由勘查清理、海底電纜敷設(shè)與沖埋保護等三個階段。我國目前國內(nèi)電纜制造商生產(chǎn)的海底電纜幾乎都尋求第三方敷設(shè),縱觀,可以自產(chǎn)自敷設(shè)的電纜企業(yè)只有普瑞斯曼、耐克森、LS等*。海纜敷設(shè)所需敷設(shè)船、海底勘探器、監(jiān)視器等,部分企業(yè)已研發(fā)海底電纜敷設(shè)機器人進行實際操作,圖六是海底電纜敷設(shè)船及敷設(shè)現(xiàn)場。 圖六海底電纜敷設(shè)船及安裝現(xiàn)場
5結(jié)束語國外海底電纜研發(fā)、生產(chǎn)、敷設(shè)與維護已形成標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè),海底電纜關(guān)鍵技術(shù)是大長度海纜內(nèi)外屏蔽及絕緣無缺陷擠壓、聯(lián)合成纜、軟接頭及光纖單元結(jié)構(gòu)研究(復(fù)合海纜)。近年來,我國大力發(fā)展海上風(fēng)電及油氣項目,需要大量的海底電纜傳輸電力與通信,這就給了疲軟的中國線纜行業(yè)注入了一劑良方,2012年11月在北京召開的<2012中國南海深水油氣鉆采裝備與技術(shù)研討會>傳遞了一個信息,我國開發(fā)海洋資源迫在眉睫。我國國內(nèi)電纜及配套企業(yè)目前在海底電纜產(chǎn)業(yè)鏈中,只占有設(shè)計加工制造這一個環(huán)節(jié),而上游的電纜料和設(shè)備、下游的安裝敷設(shè)都被國外如北歐化工、特雷斯特、普瑞斯曼等壟斷,在此筆者建議,有實力的電纜企業(yè)可以嘗試參股北歐化工、陶氏化學(xué)等原材料供應(yīng)商(一旦中美關(guān)系惡化,上述二家電纜材料企業(yè)封鎖原材料供應(yīng),將給我國高壓及超高壓電纜行業(yè)帶來惡劣影響),學(xué)習(xí)寶勝與國外*電纜企業(yè)合資或合作辦廠,外購或培養(yǎng)專業(yè)的海纜安裝隊伍。我國的海底電纜產(chǎn)業(yè)鏈民族化之路還有很長一段路要走。