海底光电复合缆在海上风电应用探究

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1、海底光电复合缆在海上风电应用探究　　摘要：本文针对国内海上风电能输送及监控的需求，分析海底光电复合缆的分类及选择，重点研究海底光电复合缆的关键技术及故障监测技术。关键字：海底光电复合缆，关键技术，光纤传感，故障监测中图分类号：O472+.8文献标识码：A文章编号：SubmarineOptic/ElectricCompositeCableintheApplicationofOffshoreWindPowerWUZhong-bo(GuangdongElectricPowerDesignInstitute,Guangzhou,China,510663)Abstract：This

2、paperaimedatthedomesticoffshorewindpowertransmissionandmonitoringrequirements,analysis,classificationandselectionofsubmarinephotoelectriccompositecable,keytechnologyresearchofsubmarinephotoelectriccompositecableandfaultmonitoringtechnology.Keywords：Optic/ElectricCompositeCable，keytechnolo

3、gy，Opticalfibersensor；Faultmonitoring7引言2011年底，全球风电装机容量约238000MW，年增长21%。我国风力资源居世界第三位，风电技术发展迅速，2011年新增装机容量17630MW，累计装机容量62364MW，居世界第一。全球海上风电2011年总装机约3980MW，约占总装机的1.67%；我国海上风电总装机209.9MW，2011年新增107.9MW，约占全球海上风电新增装机470MW的22.96%。我国海上风电产业进入了示范性向快速发展、规模化开发过渡阶段，将是我国风电产业发展的“方向中的方向”。1海上风电电能输送及监控方式目

4、前，我国海上风电场升高电压通常采用二级升压方式（少数采用三级）[1]，即风机发电经箱变升压至35kV后，分别通过35kV海底电缆汇流至110kV或220kV升压站，最终通过110kV或220kV线路接入电网。近海风力发电场典型布局见图1。图1近海海上风电场典型布局图国内，海上风电的风机、海上升压站主要按照“无人值班”的原则，采用计算机监控系统进行一体化的集中监控，其原理结构见图2。图2一体化监控系统原理结构图海上风电场采用光纤与工控交换机组网方式，实现每台风机、海上升压站的监控信息上传至一体化监控系统。7海底光电复合缆作为一种新兴的特种电力光缆，将若干光纤单元复合到海底电

5、力电缆中，使其具备了电力传输和通信传输的双重功能[1]，可充分满足海上风电电力输送及通信组网的需求。2海底光电复合缆分类及选择由于海底应用的特殊环境，110kV海底光电复合缆应具备海底电缆的类似的性能，不仅要求具有防水、耐腐蚀、抗机械牵拉及外力碰撞等特殊性能，还要求较高的电气绝缘性能和很高的安全可靠性。图3为国内常用的海底光电复合缆典型结构示意图。图3海底光电复合缆典型结构示意图110kV海底电缆按绝缘介质主要分为充油式海底电缆和交联聚乙烯（XLPE）绝缘海底电缆[2]。其中，充油式海底电缆包括牛皮纸绝缘电缆和聚丙烯-牛皮纸复合纸绝缘电缆。充油电缆电缆与交联聚乙烯电缆的综

6、合对比详见表1。表1充油海底电缆与XLPE海底电缆综合对比2.软接头技术瓶颈由上表可见，相比充油电缆，交联电缆具有电气性能好、机械强度高、安装敷设和运行维护方便以及环保等优点，交联聚乙烯电缆将成为未来主流的发展方向。7另外，海底光电复合缆按结构可分成三芯海缆和单芯海缆[3]两种典型结构，两者综合对比见表2。表2单芯电缆与三芯电缆综合对比3海底光电复合海缆关键技术3.1光单元海底光电复合缆中，缆体的敷设、打捞等各种状态下都必须受到很大的拉伸形变。光纤的物理特性决定它本身只能承受暂时短期微弱拉伸形变，或完全不允许形变，因此对海底光电复合缆的整体结构强度提出了严格要求。（1）结

7、构强度常规的光缆设计，会为光纤设计出一定量的多余缆长的余长，一般这个长度在0.2%～0.3%左右对于不同的松套管材料，这个值是相对稳定的。海底光电复合缆在制造以及设计结构上对光纤实现了余长值，再加之光纤周围填充了触变型阻水纤膏，可以在一定程度上保证光纤在松套管结构发生一定的拉伸时，仍能保持不受到任何外力。（2）阻水能力光缆部件采用激光焊接不锈钢松套管，内部填充防止氢损的触变型油膏，外层使用热熔性溶胶粘合剂，可完好地解决高密度外护套与不锈钢管间粘合通路的阻水问题，满足了海缆用光单元的制造需求。3.2大长度生产技术7海底光电复合缆