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高等级海缆周转运输的重要性

2016-07-19 来源:宁波东方电缆 浏览数:52521

近些年,随着全球石化能源的枯竭和人类对电力需求的不断增加,全球都在大力发展新能源产业,而海洋领域的新能源开发更是各国争相去做的,比如海上风机发电、海洋潮汐能、海洋天然气与石油开采等,而为海上新能源至陆地使用的通道只有一个,那就是海底电缆。

  一、前沿
  
  近些年,随着全球石化能源的枯竭和人类对电力需求的不断增加,全球都在大力发展新能源产业,而海洋领域的新能源开发更是各国争相去做的,比如海上风机发电、海洋潮汐能、海洋天然气与石油开采等,而为海上新能源至陆地使用的通道只有一个,那就是海底电缆。海底电缆作为沿海岛屿与城市之间电力与通信的重要传输手段,市场空间自然是巨大的。以我国为例,我国首先是一个海洋大国,拥有长达1.8万公里长的海岸线,超过6000个大大小小的岛屿分散在海岸的边缘。2015年我国电缆制造规模超过美国成为全球第一电缆制造国,而为了保障海上风电的安全输送,除了对海底电缆的生产制造等环节重点管控以外,对其装船运输、安装敷设也提出了更高要求。
  
  众所周知,海底电缆的一次储线涉及几百吨乃至几千吨货物的储存,采用整体吊起这个重量的方案,无论是难度和费用将是不可接受的。通常小截面长度短的海底电缆能用标准电缆盘或特制电缆盘来装缆和运输,而大截面长度长的海缆则需要储存在有动力的转盘或者盘在储缆池中。在当前,我国大多数海底电缆的敷设船舶均采用被动收放线储缆装置,海底电缆在船舶内储缆盘中每盘一圈海缆就会自身也扭转360度,应力释放会分布在海缆的本体和外铠装上,且部分应力会慢慢往后传输,随着应力累积至到某一点时,海缆的外铠装就会出现灯笼状现像,尤其是对于大截面高电压等级海底电缆引出问题相对突出。针对当前国内二条高电压等级220kV海缆不同敷设方式的案例情况公开分析,有利于海上风电建设中对关键输送主线施工的决策提供参考。本文主要是针对海缆外铠的灯笼现象进行全面分析和提出建议。
  
  二、案例:
  
  国内二个海上风电项目220KV海缆线路输送到陆上,其中一个项目是镀锌钢丝铠装三芯500mm2海缆,在敷设时采用2000T自动收放线转盘船施工敷设,海缆外铠装没有任何的应力,在规定时间内成功敷设安装,也是国外施工企业的固有做法。
  
  另一个项目是铜丝外铠装单芯1600 mm2海缆,敷设接缆船采用被动储缆盘,第一次海缆装船时,海缆的长度是12.35km,装缆速度平均为12m/min,最高速度为19m/min,退扭高度15米,缆盘中心直径10米(大于60倍电缆外径),铠装采用S向,盘缆的方向采用顺时针进行。海缆装运过程中出现大小不一的灯笼状,对业主和生产企业带来相当大的困惑,最后通过修复并在第三方权威机构见证检测合格后才实施。
  
  第二次装缆由于敷设船舶没法调整还是采用原来的装缆船,所以只能从装缆速度上控制,降到5m/min,退扭高度提高至18米;并在缆下船通道的尾端装上两台高清的摄像头,进行全过程监控。但海缆到了船上还是出现类似灯笼状。
  
  三、原因分析:
  
  (一)产生灯笼状现像分析
  
  1、由于采用无动力收线盘进行海缆装船,海缆在盘绕过程中本体在旋转,由于铠装方向为S向,盘缆方向为顺时针,因此铠装层的金属丝会有松开的过程。这种力的导向会随着盘缆长度的增长而累积,且力会一步步传递下去,应力集中到某一点时而形成灯笼现像。
  
  2、装缆速度过快可能容易造成应力的集中速度过快而形成灯笼状,但不是主要原因。
  
  3、铠装材料的弹性模量的差别。镀锌钢丝的灯笼状当缆敷设拉直时灯笼状基本能消失,由于铜丝的弹性模量平均值为115.5 GPa,当它出现大的灯笼状时就会变形,这也是导致外铜丝铠装成V字形的主要原因,需要人工修复解决。
  
  (二)灯笼状影响分析:
  
  1、海缆的外铠装分成:镀锌钢丝铠装、铜丝铠装(圆铜丝或扁铜丝)
  
  2、ф6mm镀锌钢丝的抗拉强度≥340MPa,弹性摸量平均值为213GPa,ф6mm圆铜丝的抗拉强度≥340MPa,弹性摸量平均值为115.5GPa,扁铜丝铠装生产要求和敷设要求更高,它的主要优点在于提高海缆的侧压力,目前圆铜丝能满足侧压力的情况下国内没采用扁铜丝铠装。
  
  3、单芯海缆带光纤传输,外铠装产生灯笼对光纤的完整性带来不确定因素。
  
  4、大的灯笼状对海缆的敷设会产生影响,过布缆机、导缆笼、埋设犁时是否能通过。
  
  5、出现灯笼状点的外铠装抗拉强度相应薄弱,在敷设时要特别关注。
  
  6、外铠装灯笼一般在装缆过程中盘缆方向为顺时针(铠装层方向为S向时),因此铠装层的金属丝会有松开的过程,当应力释放时鼓起的铠装方向朝外,对内层的铅护套和绝缘不会造成挤压受伤影响。
  
  结构如下图:
  
  7、为了安全起见,关键要分析这条海缆的导体本身能承受的拉力在施工敷设过程中能否达到安全的抗拉强度,再适当考虑外铠装的机械性能,完整的海缆机械拉力以外铠装为主。
  
  为了保障海上风电的安全输送,海底电缆的生产制造是一重要环节,要对原材料、生产过程、检测,重点管控,对海缆的施工船泊、工艺、安全、施工经验也要特别关注,合格的海缆运行需安装敷设配合才能完整,对施工敷设提出了更高要求。从上述的案例说明,国外采用的自动收放线盘船泊敷设海缆是有科学依据和实际经验的,同时建议:国内大截面高电压等级的海缆敷设同样采用装有自动收放线转盘的敷设船泊接缆并进行施工。
  
  作者信息:
  
  1、袁舟龙 浙江舟山启明电力集团公司海缆工程公司 总工程师 硕士研究生  高级技师
  
  2、郑琳     宁波东方电缆股份有限公司高压海缆事业部  总工程师

标签:

海上风电 海缆
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