海底复合电缆海上中间接头施工案例解析

介绍了国内某高压海缆工程项目中的海上中间接头施工方案,方案对海上施工的气象环境、施工船舶的定位和硬件设施做了要求,并增加一个内工棚来控制电气连接时的温度与湿度,对中间接头制作前后的相关光学和电气性能进行检测,确保方案的有效实施和完工接头的安全可靠。在电气连接部分,为绝缘表面处理、绝缘回缩、界面压力等问题给出了解决方法,其中电气连接接头选用了“品”字形的方案布置。在保证质量和安全的前提下,方案选择同步进行光纤连接和接头机械保护外壳安装的施工。最后介绍了接头沉放施工的注意事项与后保护要点。

铜、铝导体海缆力学性能对比分析

本工作基于有限元软件UFLEX以26/35 kV-3×185 mm2海缆为例,详细阐述了铜、铝导体力学性能分析对比过程,并比较了不同电压等级和不同规格海缆的拉伸刚度、扭转刚度、弯曲刚度、破断拉力和最小弯曲半径计算结果。结果表明,铝芯海缆的各项刚度均更大,但破断拉力更小,最小弯曲半径与铜芯海缆近似相等;力学性能方面,铝芯海缆在敷设过程中需要控制拉力的使用范围,防止铝芯单丝的断裂破坏。本工作的研究内容为“以铝代铜”降低海底电缆制造成本提供了一定的科学依据。

《高压电器》“浮式海上风电用动态缆关键技术研究”特约主编寄语

在碳达峰、碳中和的“双碳”背景下,我国正在深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统。深远海漂浮式海上风电技术的开发是新能源获取的有效途径,其在深远海风能利用方面的独特优势使之成为世界战略性技术之一。

大长度超高压海底电缆交联控制要点

针对大长度超高压海底电缆交联生产周期长的特点,从设备选型、原材料选择和交联过程控制等方面对交联工序质量进行管控,以满足交联工序长时间连续稳定生产。

525 kV挤包绝缘柔性直流海缆脱气时间研究

采用傅里叶红外光谱与直流特性测量方法研究了525 kV挤包绝缘柔性直流海缆的最佳脱气时间,分析了电缆绝缘层中不同位置绝缘的交联副产物相对含量、直流电导率、直流电气强度和平均空间电荷密度随脱气时间的变化规律。结果表明:脱气33 d后,不同位置绝缘的交联副产物含量与直流电性能均趋于稳定,525 kV挤包绝缘柔性直流海缆的脱气时间达到35 d时,即可获得较为稳定的脱气效果。未脱气时绝缘层不同位置的交联副产物含量及直流特性较为均一,脱气过程中内部绝缘的直流特性参数均劣于中部绝缘与外部绝缘。

远海漂浮式海上风电平台用动态海缆的发展

漂浮式海上风电平台用动态海缆作为浮式风机与静态海底电缆间的连接设备,是实现近远海风能资源开发、远距离输送以及规模化利用的关键装备。文中按照动态海缆系统的开发脉络,从动态海缆"干式"与"湿式"结构对比、抗水树绝缘材料开发、电缆附件相关技术、动态海缆失效因素、试验方法以及工程应用等方面,全面综述了动态海缆的技术发展现状。特别针对"湿式"结构动态海缆用抗水树绝缘材料的测试方法、动态海缆系统试验标准等热点问题进行了分析,提出了目前动态海缆开发中亟待解决的问题,包括研究抗水树绝缘材料长期老化行为及机理,开发更高电压等级抗水树绝缘材料,优化附件结构及制造工艺,探求电缆系统联调测试技术,完善国标海缆相关规范与标准等。该研究可为中国动态海缆设计、关键材料开发、装备制造工艺和试验技术完善等相关方面提供参考。

漂浮式风电平台动态海缆用绝缘材料性能研究

近年来,利用海上漂浮式风电平台开发风电资源逐渐成为能源开发的重要发展方向之一。动态海缆作为风机与静态海底电缆间的连接装置,是海上能源输送系统的关键设备。在动态海缆运行过程中,其往往面临着电—热—机械等多种失效因素,这对动态海缆的关键材料尤其是绝缘材料的性能提出了更高的要求。文中针对一种超纯净均聚抗水树交联聚乙烯材料进行研究,结合动态海缆可能面临的失效风险因素,对绝缘材料的机械性能、电气性能及耐温性能进行测试,验证材料作为动态海缆绝缘材料的适用性。

影响525 kV挤包绝缘柔性直流海缆绝缘击穿的制造工艺因素探讨

为验证525 kV挤包绝缘柔性直流海缆制造工艺的可靠性,先对525 kV柔性直流海缆进行交流例行试验,然后进行直流VSC负荷循环试验。通过对击穿试样进行解剖分析和相关试验检测,分析海缆制造工序中可能存在的工艺缺陷,以及绝缘中残留的交联副产物对绝缘性能的影响。结果表明:制造工艺没有发现缺陷,能保证交流电缆品质的制造工艺,不一定全部适用于直流电缆生产。交联副产物含量及空间电荷密度在绝缘层中的分布与不连续环形电树枝出现的位置一致,说明交联副产物含量及空间电荷密度在绝缘层中的分布相较于交流电缆,对直流电缆的影响更大。

海底光缆HDPE护套的耐磨性研究及寿命估算

为了建立海底光缆在接近海底环境下的耐磨性评估方案,基于传统的"平面磨损"法,设计了新的海底光缆试验装置,研究了海底光缆高密度聚乙烯(HDPE)护套在模拟海水环境下的耐磨性能,并对其使用寿命进行了估算。结果表明:新设计的海底光缆磨损测试装置性能稳定,可靠性较好,可用于海底光缆耐磨性能的初步验证。在试验设计的环境条件下,试样外径尺寸与循环摩擦次数基本上呈线性反比关系,海水在一定程度上起到了润滑作用。5 mm厚的HDPE外保护层可以承受超过10万次的摩擦磨损循环,即使考虑水压、腐蚀等的作用,海底光缆的寿命也能满足使用要求。

集束动态海底电缆截面机械性能分析

集束动态海底电缆是由多层级螺旋缠绕、非黏结的复合结构,其截面刚度和强度性能的分析对于后续疲劳分析及缆的设计使用具有重要意义。理论方法计算精度小,三维仿真方法计算效率低,难以适应当前对海缆结构进行快速设计分析的要求。本文借助有限元分析软件UFLEX,建立了能够考虑螺旋构件的轴向效应的二维平面模型,分析了集束动态海底电缆的截面力学性能,与理论结果进行对比,验证了有限元分析模型与建模技术的可行性和正确性,为海缆的快速设计和设计前期的结构优化提供了一种可行的解决方案。

光电复合海缆的模态分析仿真

基于振动问题的模态分析理论,利用三维建模软件建立了光电复合海缆的简化模型,导入有限元分析软件进行了模态分析。分别得到了不同长度和不同网格精度的模型在约束模态和自由模态下的前8阶非零频率,并进行了比较,然后查看最优的约束模态相应的振型,据此对光电复合海缆的结构优化以及敷设要求提出了一些合理的改进建议。

集束动态海缆的极值分析和疲劳分析

本文展示了某新开发的集束动态海缆的极值分析和疲劳分析流程和结果,该集束动态海缆结构复杂,在恶劣环境下仍要求具有较长的疲劳寿命。本文建立了二维平面Uflex模型,估算集束动态海缆的机械性能,如拉伸刚度、弯曲刚度、拉弯能力曲线等。建立包含整体构型、浮体、附件,如弯曲加强器、浮块和锚链等的Orcaflex整体模型,考察在南海极端海况载荷下,海缆关键位置处的动力响应,如张力、曲率是否满足海缆的极值条件。基于Uflex模型,分析张力曲率组合载荷作用下海缆截面局部应力,结合Miner损伤理论评估海缆的疲劳寿命。结果表明,集束动态海缆满足极值和疲劳分析的接受准则。

大截面海底电缆导体设计及优化

研究以大截面直流海缆导体为研究对象,提出了两种大截面海缆导体的设计思路。通过理论计算、CAD模拟分析,可以看出,采用圆形单线圆形紧压结构,紧压量大,绞合过程中单线会延展,但是圆形单线直径大,刚性强,绞合过程中会出现缝隙大且多的情况,甚至出现单线拉断的情况;采用瓦形单线圆形结构,模块化设计,需要的瓦形单丝紧压量小,对框绞机的牵引设备要求更低,紧压系数更高,阻水效果更好。研究还对比了3种瓦形单线圆形紧压导体结构的设计方案(a、b、c),经分析计算,发现方案c最优。

不同填充形式对动态海底电缆力学性能的影响

漂浮式海上风机的应用带动了动态海缆的发展。由于应用环境较为复杂,动态缆需要具有很好的抗拉伸能力和易弯曲性。在动态缆截面设计过程中,填充形式是否会影响到其力学性能有待进一步研究。本文基于UFLEX2D软件,采用有限元方法计算了3种常见填充形式下的26/35k V 3×70mm^(2)动态海缆的拉伸性能和弯曲性能,并将仿真分析结果与理论值、实测值进行对比。研究结果表明,填充形式会影响动态缆的拉伸性能但不明显,对于弯曲性能无影响。总体而言,截面设计过程中填充形式的选择仅需考虑是否能够维持电缆的圆整度。

海洋电缆弯曲加强器参数化设计与分析

为建立海洋电缆弯曲加强器参数化设计方法,使用有限元模型进行了弯曲加强器设计参数研究.基于海缆及其弯曲加强器的几何结构及受力特点,建立了基于多相耦合梁单元的平面有限元模型,可以计算并分析海缆及其弯曲加强器在一定角度的张力作用下的形变与等效应力分布.通过多个案例系统性地分析了弯曲加强器的主要设计参数,即根部直径、锥体段长度及材料弹性模量,对海缆弯曲挠度、曲率及等效应力分布的影响.文中原创性地提出了弯曲加强器组合设计参数φ(t,L,E).通过定量分析确定了其与海缆最大曲率之间的近似线性关系,并由此设计了参数化的弯曲加强器设计流程.通过设计实例验证了组合参数与海缆最大曲率之间关系的准确性和参数化设计流程的有效性.

大截面大长度海底电缆导体生产工艺配置

本文针对海底电缆导体大截面、大长度等特点,简述设备配置、辅助工装模具选配以及生产过程中的注意事项。

浮式风电用动态海缆初步结构设计分析

动态海缆是浮式风电开发中的重要装备,担负着传输电力与信号的任务,动态海缆与静态海缆运行环境差别很大,其结构形式具有明显的差异。根据动态海缆抗环境载荷的能力要求以及海缆安全输电的需要,基于现有静态海缆结构对动态海缆的导体、绝缘、护套、铠装进行功能分析与结构设计。为应对动态海缆所负拉弯与扭转载荷,提出湿式绝缘结构与偶数层铠装设计,并且不同于静态海缆由聚丙烯(PP)构成的内外衬层,动态海缆采用内外护套结构形式,为浮式风电用动态海缆的设计提供一定的参考。

320kV交联聚乙烯绝缘直流电缆电气特性研究

在进行直流电缆的绝缘结构设计和优化时,其电场分布特性是重要的参考依据。通过COMSOL仿真软件建立了320 kV直流电缆的简化模型,并研究其稳态和暂态电气特性规律,然后通过试验对仿真模型的可靠性进行验证。结果表明:以导体最高温度和绝缘层内外表面最大温差为约束条件,当环境温度低于12℃时,直流电缆载流量的决定性因素为绝缘层的内外温差(20℃),当环境温度高于12℃时,直流电缆载流量的决定性因素为导体最高工作温度(70℃);在仿真操作冲击试验、雷电冲击试验及绝缘温差30℃下负荷循环试验过程中,分别得出暂态和稳态最大击穿场强为58 kV/mm、25 kV/mm,对比直流绝缘材料性能参数可知直流电缆结构满足设计要求。试验表明COMSOL多物理场仿真模拟对于直流电缆的结构设计具有重要的指导意义。

基于模拟退火的动态缆线型优化

动态电缆在水中的线型对确保电缆的合理受力,保证疲劳寿命具有重要的作用。文中针对浮式风电动态缆的陡波线型,基于经典悬链线方程,以远位张力与近位曲率的利用率之和作为线型优化的目标,采用模拟退火算法对线型进行优化,分析了不同浮力系数对线型优化的影响。文中结论对线型工程设计具有一定参考和指导意义。

110 kV交联电缆模注式接头的研究

提出了采用交联聚乙烯在电缆本体上模注增强绝缘层的设计理念及方法。详细阐述了模注式接头的关键技术的相关原理和制作工艺,并通过导体接头电阻、绝缘层交联度、热延伸、绝缘交界面检查等手段验证其可靠性。根据此方法研制的110 kV模注式接头,已按照JB/T 11167.1—2011的检测标准通过型式试验,证明了设计理念的正确性。