220 kV交流大截面海底電纜的設(shè)計(jì)選型

王賢燦， 官文彤

（福建省電力勘測設(shè)計(jì)院，福建福州350003）

220 kV交流大截面海底電纜的設(shè)計(jì)選型

王賢燦， 官文彤

（福建省電力勘測設(shè)計(jì)院，福建福州350003）

以廈門電力進(jìn)島I通道第一回電纜改造工程為背景，通過對國內(nèi)外海底電纜的應(yīng)用、發(fā)展現(xiàn)狀的調(diào)研和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，提出了交流220 kV大截面海底電纜的設(shè)計(jì)選型建議。

海底電纜；自容式充油；PPLP復(fù)合紙；交聯(lián)聚乙烯；縱向阻水；分割導(dǎo)體

0 引 言

國家海洋開發(fā)戰(zhàn)略的升級，促使近海島嶼開發(fā)、海上風(fēng)電場等綠色項(xiàng)目紛紛上馬，作為跨海送電的主要技術(shù)手段---高電壓、大容量海底電纜的應(yīng)用前景豁然開朗。目前220 kV交流海底電纜主要有自容式充油紙絕緣海底電纜和交聯(lián)聚乙烯（XLPE）絕緣海底電纜兩種。本文以廈門電力進(jìn)島I通道第一回電纜改造工程為背景，通過對國內(nèi)外海底電纜的應(yīng)用、發(fā)展現(xiàn)狀的調(diào)研和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，從設(shè)計(jì)角度對220 kV交流大截面海底電纜的選型進(jìn)行論述。

1 工程要求

廈門電力進(jìn)島I通道是廈門島主要的雙回路供電通道之一，其中跨越廈門北部海域段采用海底電纜。其第一回海纜于1989年投產(chǎn)，采用的是法國阿爾卡特公司生產(chǎn)的自容式充油牛皮紙絕緣海底電纜，截面630 mm2，輸送容量240 MVA。

隨著廈門島內(nèi)電力需求的持續(xù)增長，“十三五”中后期進(jìn)島I通道供電壓力較大，需考慮將第一回海纜進(jìn)行增容改造。同時(shí)由于廈門市政府?dāng)M對廈門北部海域進(jìn)行清淤，現(xiàn)有第一回海纜正位于清淤工程的施工范圍內(nèi)，為了滿足清淤工程的需要，也需要對第一回海纜進(jìn)行遷改，工程要求于2014年底前投產(chǎn)。根據(jù)廈門遠(yuǎn)景目標(biāo)電網(wǎng)規(guī)劃，第一回海纜改造后輸送容量應(yīng)不小于600 MVA，經(jīng)計(jì)算應(yīng)采用2 500 mm2導(dǎo)體截面的海纜。

2 國內(nèi)外海纜發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)研

2.1 國外海纜發(fā)展現(xiàn)狀

迄今為止，國際上220 kV及以上高壓、超高壓海底電纜基本上被歐州的普瑞斯曼、耐克森、日本的JPS、VISCAS等大型電線電纜生產(chǎn)企業(yè)壟斷。我國現(xiàn)有運(yùn)行的220 kV及以上海纜均采用上述公司的充油產(chǎn)品，如1987年投產(chǎn)的220 kV珠江虎門海底電纜采用的是日本住友電工（現(xiàn)JPS）的產(chǎn)品；1989年投產(chǎn)的集美-高崎220 kV線路工程（原廈門I通道第一回海纜）采用的是阿爾卡特（現(xiàn)耐克森）的電纜；2009年投產(chǎn)的500 kV海南聯(lián)網(wǎng)工程采用的是耐克森的產(chǎn)品；2011年投產(chǎn)的廈門電力進(jìn)島第一通道擴(kuò)建工程（廈門I通道第二回海纜）采用的是日本JPS的產(chǎn)品。目前世界上充油海纜最高電壓等級已達(dá)到交流800 kV（見圖1）、直流500 kV（見圖2），截面最大達(dá)3 000 mm2，技術(shù)成熟，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富。

據(jù)國際大電網(wǎng)會議（CIGRE）B1.27工作組（WG B1.27）2012年2月490號文件［1］統(tǒng)計(jì)，世界上已投運(yùn)或確認(rèn)投運(yùn)的220kV及以上XLPE絕緣海底電纜項(xiàng)目見表1。

圖1 加拿大魁比克水電開發(fā)項(xiàng)目交流800 kV 2 000 mm2PPLP絕緣充油海纜（絕緣厚度30 mm）

表1 交流220kV及以上XLPE絕緣海底電纜項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)表

2.2 國內(nèi)海纜發(fā)展現(xiàn)狀

我國具有高壓充油海纜生產(chǎn)能力的僅上纜藤倉和樂星紅旗電纜公司等少數(shù)幾家企業(yè)，但由于近年來國內(nèi)充油電纜的需求很少，海纜廠家均致力于XLPE絕緣海纜的研發(fā)，充油海纜的生產(chǎn)技術(shù)水平和能力還停留在20世紀(jì)90年代的水平，充油海纜的生產(chǎn)設(shè)備基本上處于停工狀態(tài)，尚無220 kV大截面光電復(fù)合充油海纜的制造經(jīng)驗(yàn)和型式試驗(yàn)報(bào)告。按照現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備測算，僅能生產(chǎn)800～900 m無接頭的大截面海纜。

我國高電壓XLPE絕緣海纜的研發(fā)、生產(chǎn)尚處于起步階段，隨著海上風(fēng)電項(xiàng)目的興起，近幾年，我國高電壓XLPE海纜生產(chǎn)技術(shù)與能力取得了長足進(jìn)步，多家廠商相繼通過了220kV海底光電復(fù)合纜的型式試驗(yàn)，但尚未有真正意義上的國產(chǎn)220 kV海纜的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)高壓XLPE絕緣海纜廠家的發(fā)展現(xiàn)狀和供貨業(yè)績見表2。

表2 國內(nèi)交流220kV XLPE絕緣海纜廠家的發(fā)展現(xiàn)狀和供貨業(yè)績表

2.3 國內(nèi)外海纜技術(shù)水平

綜合上述情況，目前國際上充油海纜最高電壓等級已達(dá)到交流800 kV、直流500 kV，截面最大達(dá)3 000 mm2，技術(shù)成熟，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富。

交流XLPE絕緣海纜的最高電壓等級已達(dá)到420 kV，最大截面1 600mm2。據(jù)調(diào)研和查閱相關(guān)資料，絕大多數(shù)XLPE絕緣海纜均采用緊壓圓形阻水導(dǎo)體結(jié)構(gòu)［2］，如寧波東方已通過型式試驗(yàn)的220 kV 1 600 mm2海纜結(jié)構(gòu)［3］（見圖3）、耐克森在挪威Ormen Lange天然氣田投運(yùn)的420 kV 1 200 mm2海纜結(jié)構(gòu)（見圖4）。

圖3 寧波東方220 kV 1 600 mm2海纜結(jié)構(gòu)

更大截面的海底電纜由于導(dǎo)體根數(shù)的增加和單絲直徑的加大，導(dǎo)體間的空隙加大［4］，若還采用圓形單絲絞合（見圖5），很難達(dá)到理想的導(dǎo)體縱向阻水效果，因此，大于1 600 mm2截面的海底電纜，一般需采用型線絞合（圖6），以減小導(dǎo)體間的空隙，再配以阻水結(jié)構(gòu)，來滿足海纜導(dǎo)體的縱向阻水要求。

圖4 耐克森420kV 1200mm2海纜結(jié)構(gòu)

圖5 圓形線絞合導(dǎo)體結(jié)構(gòu)

3 海纜選型分析

高壓、超高壓交流XLPE絕緣海纜的發(fā)展受益于海上風(fēng)電、油、氣田、近海島嶼開發(fā)項(xiàng)目的興起，這些項(xiàng)目一般送電容量不大，同時(shí)為減少海纜工程的費(fèi)用，國際大海纜制造商一般均依托項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)濟(jì)適用的纜型，三芯和單芯中小截面（1 600 mm2及以下）XLPE絕緣海纜得到了快速發(fā)展。目前世界上尚未見有220 kV及以上XLPE絕緣分割導(dǎo)體的大截面海纜的型式試驗(yàn)報(bào)告或運(yùn)行記錄。因此，本文僅對分割導(dǎo)體自容式充油聚丙烯復(fù)合纖維紙（PPLP）絕緣海纜與緊壓導(dǎo)體XLPE絕緣海纜進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，比較結(jié)果見表3。

圖6 扇形型線絞合導(dǎo)體結(jié)構(gòu)

表3 相同結(jié)構(gòu)的XLPE絕緣海纜與自容式充油PPLP絕緣海纜比較表

從表3可以看出，采用緊壓導(dǎo)體技術(shù)生產(chǎn)的XLPE絕緣海纜由于過大的導(dǎo)體集膚效應(yīng)，導(dǎo)致海纜導(dǎo)體電阻太大，需要更大的回流導(dǎo)體或采用銅鎧裝才能滿足送電容量的要求，所以海纜價(jià)格較高。

雖然自容式充油PPLP絕緣海纜由于需要油壓系統(tǒng)，其日常運(yùn)行維護(hù)工作量較大，且存在漏油污染所處海域的隱憂，但可以通過配備可靠的監(jiān)視系統(tǒng)和選擇合理的海纜結(jié)構(gòu)，將其風(fēng)險(xiǎn)降至最低。

因此，綜合考慮到線路的重要性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，廈門電力進(jìn)島I通道第一回海纜改造工程海纜推薦采用具有多年安全運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、可靠性高的自容式充油PPLP復(fù)合紙絕緣海底電力電纜。

4 結(jié)束語

國家對沿海島嶼的開發(fā)力度不斷加大，一些沿海大島的電力需求明顯增加，今后高電壓、大截面海底電纜的應(yīng)用必將增加。本文根據(jù)對目前國內(nèi)外交流220 kV及以上海底電纜的發(fā)展現(xiàn)狀的調(diào)研，針對廈門電力進(jìn)島I通道第一回海纜改造工程的具體情況，提出交流220 kV大截面海底電纜的設(shè)計(jì)選型建議。由于資料及調(diào)研途徑有限，難免有不妥之處，希望能和從事海纜工程設(shè)計(jì)工作的各界專家進(jìn)行更多交流，密切關(guān)注國內(nèi)外高電壓大截面海底電纜的發(fā)展?fàn)顩r，使海纜工程的設(shè)計(jì)更加經(jīng)濟(jì)合理。

［1］ CIGREWG B1.27 490 Recommendations for testing of long AC submarine cables with extruded insulation for system voltage above 30（36）to 500（550）kV［S］.

［2］ 周厚強(qiáng).含軟接頭的220 kV光纖復(fù)合海底電纜的研制［J］.電線電纜，2012（6）：4-7.

［3］ 沈佩芳.220 kV大長度光纖復(fù)合海底電力電纜的研制［J］.電線電纜，2010（6）：1-3.

［4］ 高 翔，陳 洋，周厚強(qiáng).大長度高壓及超高壓光電復(fù)合海底電纜研究［J］.電氣技術(shù)，2011（6）：1-3.

Typeselection of a Large Section AC 220 kV Submarine Cable

WANG Xian-can，GUANWen-tong
（Fujian Electric Power Survey&Design Institute，F(xiàn)uzhou 350003，China）

Based on the remake project for the first cable of Xiamen electricity I passageway into the island，by researched for application and development status at home and abroad，on the comparison of the submarine cable technology and economy，the typeselection of a large section AC 220 kV submarine cable was proposed.

submarine cable；self-contained oil-filling；PPLP composite paper；XLPE；longitudinalwater blocking；segmentation conductor

TM247.9

A

1672-6901（2013）06-0024-04

2013-05-21

王賢燦（1971-），男，高級工程師.

作者地址：福建福州市五四路268號［350003］.