大长度35kV_XLPE绝缘海底电力电缆的制造.pdf

2 0 0 4 年第 3 期 No． 3 2 0 0 4 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e Ca b l e 2 0 0 4年 6月 J u n ．。 2 0 0 4 大长度 3 5 k V XL P E绝缘海底 电力 电缆 的制造 王 国忠 ( 湖北永鼎红旗 电气有限公司电缆公司 ． 湖北 宜昌 4 4 3 0 0 4 ) 摘 要 ： 本 文叙 述 了带软 接 头 的大 长度 3 5 k V 交联 聚 乙烯 ( XI P E) 绝 缘 海底 电力 电缆 的设 计 、 制造 和试 验 。 关键词 ： 3 5 k V交联聚 乙烯( XL P E) 绝缘海底电力电缆； 挤 出模压软接 头； 设计 ； 制造； 试验 中图分类号 ： TM2 4 7 ． 1 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 2 — 6 9 0 1 ( 2 0 0 4 ) 0 3 — 0 0 1 5 — 0 3 Pr o d u c t i o n o f 3 5 kV l a r g e l e n g t h XLP E i n s u l a t e d s u b ma r i n e c a b l e W ANG GU O - z h o n g ( Ho n g q i El e c t r i c a l Co ．．Lt d ．．Ca b l e Co ．．Yo n g d i n g．Hu b e i ．Yi c h a n g 4 4 3 0 0 4．Hub e i P r o v i n c e．Ch i n a) Ab s t r a c t ：Th i s p a p e r p r e s e nt s t h e d e s i g n．p r o d u c t i o n a n d t e s t s o f t h e 3 5 k V l a r g e l e n g t h XI P E i n s u l a t e d s u b — ma r i n e c a b l e wi t h f l e x i b l e j o i n t s ． K e y w o r d s ：3 5 k V X LP E i n s u l a t e d s u b ma r i n e c a b l e ； mo u l d e d f l e x i b l e j o i n t ；d e s i g n ；p r o d u c t i o n ；t e s t 1 引 言 随着 国民经济 的快速 增 长 ， 岛屿用 电需求 正 在 飞速增长。 过去， 岛屿的海底供电线路较多地采用油 浸纸绝缘电力电缆 。但交联聚乙烯绝缘电力电缆以 其诸 多的优异 性能 ， 特别 是 随着 国 内软接 头 的成功 开发 应用 ， 最近 已被越 来越 多地 用作海 底 电力传输 线 。 提供大长度海底电力电缆的必备生产条件是工 厂必须 毗邻 长江或 大海 ， 并 有专 用的 电缆上 船装 置 和码头， 以便于生产的电缆能用接缆船或布缆船运 输。 湖北永鼎红旗电气有限公司电缆公司( 原湖北红 旗 电缆厂 ) 恰好具备 了这一条件 。 湖北永鼎红旗 电气 有 限公 司 曾在 l 9 9 9年 2月 为 中国海洋 石油 公司 提 供 了无 中 间 接 头 的 连 续 长 度 为 3 4 0 0 m 的 Z S — YJ Q4 l 一 8 ． 7 ／ 1 5 k V 3 5 0交联 聚乙烯绝缘海底 电力 电缆 。 将集油平 台所 发出的 电能输送 到油井平 台。 该 电缆运行 至今 ， 性 能仍十分稳定 良好 。然而 ， 随着 电 力传输容量的增大， 提高电压等级和增大电缆截面 已成为必然 。这样 。 也就 导致 了电缆直径 的增大 ， 制 造 无 中间接头 的单 根 电缆 长度 就大 大缩 短 ， 无 法满 足实际工程 的需 要 。 要增 加海底 电缆 的长度 ， 只能采 用 中间接头 。 中间接头 分为两种 ， 一是在 电缆生 产结 束 后 ， 在装 船或施工过程 中安装 的“ 固定接头 ” 。 二是 在电缆生产过程 中进行 电缆接续 。 俗称 “ 软接头 ” 。 由 收稿日期： 2 0 0 3 — 1 0 — 2 0 作者简介 ： 王国忠( 1 9 6 2 一) ， 男 ， 江苏海门人， 高级工程 师 ， 总 工 程师 ． 作者地址 ： 湖北宜 昌市潭家河路 1 8 — 1 3 2 号[ 4 4 3 O 0 4 ] ． 于电缆敷设 施工 条件的 限制 ， 在无法 提供 单根 连续 大 长度 电缆的时候 ， 第二 种方 式 的连 接头 ( 软 接头 ) 比 第一 种方 式 的连 接头 ( 固定 接 头 ) 更受 用 户 的欢 迎 。 根据 电力部 门的需 求 ， 我公 司研制 了一 种可 以 在生产过 程 中将 电缆接 续的 、 外径增 大 不多 的挤 出 模压软接头 。带有该 型式软接头 的交联聚 乙烯绝缘 海底电力电缆作为 3 5 k V级的大长度交联海底电 力电缆已于 2 0 0 2年 3 月敷设到了浙江舟山海域 。 成 功地将虾峙 岛和桃 花岛电力系统连接 了起来 。 2 电缆和软接头的总体设计 2 ． 1 电缆 设计 电缆 在海 中最 大敷 设水 深为 l 2 0 m， 电缆 布缆 船允许的最小弯曲半径为 2 3 0 0 mm。电缆长度为 3 8 0 0 m。 型号规 格为 Z S — Y J QF 4 1 — 2 6 ／ 3 5 3 l 5 0 ， 电 缆分为三段 ， 用两套软接头连接 。 为避免 电缆在受 到 机械损伤后 ， 海水从 损伤部位 向电缆 内部 渗透过 长 ， 给抢修 电缆造成 困难 ， 电缆采用纵 向阻水 型设计 。 电 缆导电线芯用紧压结构 ， 导线绞制时， 绞线间间隙填 充半导电的阻水材料。 由于高聚物具有渗水性 。 而纵 包铝塑复合带结构 的综合护层径 向阻水性能理论上 存在缺陷 ， 本 次电缆采用分相挤包合金铅套 的结 构 。 铅套的径 向阻水优 异性 能是公认的 。 同时 。 铅套在本 结构中。 又起到了金属屏蔽作用。 考虑到海水侵蚀作 用， 在铅套外施加了一层防腐层。 电缆用高强度橡胶 布带扎紧、 聚丙烯绳加沥青的复合结构作为铠装内 衬层 ； 铠装 钢丝用直径 为 5 ． 0 mm 低碳镀锌钢丝 ； 沥 青加聚丙烯绳作外被 ； 为防止沥青粘附布缆设备 ， 电 维普资讯 2 0 0 4年第 3期 NO． 3 2 0 0 4 电 线 电 缆 El e c t r i c W m ＆． Ca b l e 2 0 0 4年 6月 J u n．， 2 0 0 4 缆 外面绕 包 P VC带 。电缆外径 为 1 3 0 mm。 重量约 为 3 0 k g ／ m。电缆 的结 构如图 1 和表 1所示 。 图 1 Z S — Y J QF 4 1 2 6 ／ 3 5 k V 3 x 1 j ( ) 海 底 电力 电缆 的结 构 1 阻 水导 体! 导 体屏 蔽3 X 1 P E绝缘 l 绝 缘 屏 蔽 5半 导电 阻 水带 6铅套 7一防 腐层8 填 充绳 ( P VC 发泡填 亢条 ) 9 内衬层( P P绳+防腐沥青 ) 1 0 铠装钢丝 1 1 双层 P P绳 +防腐 沥青 1 2 I V【 、 包带 表 1 Z S — Y J QF 4 1 2 6 ／ 3 5 k V 3 1 5 0海 底 电力 电缆 项 目 数 值 导体截面／ ram 直 径 ／ mm 导体 屏 蔽厚度 ／ mm 绝 缘厚 度／ mm 绝 缘屏蔽厚 度 ／ ram 直 径／ mm 半 导电阻 水层 厚度 ／ mm 合 金铅厚 度 ／ mm 防腐 层外 径／ ram 防腐 内衬 层厚 度／ ram 铠 装钢 丝直径 ／ mm P P绳 纤维 外被厚 度／ mm 成 品电缆 外径／ mm 标称 重量 ／ ( k g ／ m) 2 ． 2软接头设计 电缆接头 在成 缆工 序完成后 、 装铠 工序 之前进 行 。电缆接头工 序分为线芯焊接 、 导体屏蔽制 作 、 可 交联聚 乙烯绝缘 挤制 、 硫 化 及绝缘屏蔽制 作 、 半导 电 层恢复、 铅套焊接、 铅管缩径、 防腐层恢复等工序。 电 缆接头 的性能要求 见表 2 。 3电缆及其软接头的制造 3 ． 1 电缆制造 1 6 表 2接头 性能 要求 项 目 要 求 接 区 电缆直 径 导体接 头 抗 拉强 度 直流电 阻 电气性 能1 ． 7 3 U、 时 局部 放 电 交流耐 压试验 冲击电 压试验 允许最 小弯 曲半径 ≤电缆本体 l 1 0 ≥ 1 7 O MP a ≤ 电缆本 体 ≤ 1 0 p C 6 5 k V 3 0mi n和 1 0 4 k V 4 h 2 0 0 k V各 1 0次 2 O 00 m m 电缆 的分段制造与常规 的电力 电缆 没有多大区 别 ． 但要强 调以下几点 ： ( 1 )由于 紧压导 体 中含 有 阻水材 料 ， 在 生产 过 程 中要注 意防止 导电线芯 吸潮 ， 如 与下道 工序 间隔 时间太长 。 则绞合后 的线芯应放入干燥房 中存放 ， 干 燥 房的温度控制在 5 0 ～6 0 。 C。 ( 2 )在 导体 屏蔽 、 绝 缘 、 绝缘 屏蔽挤 制 完成后 ， 绕 包半导电阻水带 。该半导 电阻水带 既起 到填充铅 垂内的间隙 ， 防止铅 套受到 机械损 伤后铅 套 内内渗 水太长 。 又起到使铅 套与绝缘 屏蔽等 电位作用 ， 还起 到在 压铅工序 中防止交联聚 乙烯绝缘 和绝 缘屏蔽烫 伤作用 。 所以 ， 该 半导电阻水带 的厚度应 不小 于 0 ． 6 n n． 并且 ， 绕包半 导 电阻水带后 的绝 缘线 芯应一 律 放人干燥房 中存放 。 ( 3 )压铅 配模应 尽 可能 紧凑 ， 使 铅 套 紧贴绝 缘 线芯 。 ( 4 )在压 铅工 序完 成后 ， 应 对单 芯 电缆 进行 局 部放电检测和交流耐压试验 ， 合格后 ， 才能流入下道 _T序 。 3 ． 2 软接 头的制作 为了保 持接 头 区 电缆 直径 不 大 于 电缆本 体 的 l 1 0 ， 我们让三相线芯 的接头部位的位置相互错 开 。 整个接 头区的长度约 5 m。 导 电线 芯 的焊接采用 分层 焊接 ， 每层 焊接 的点 也相互错开 。分层焊接尽管工艺复杂 、 所需时 间长 ， 但焊接后 的直流 电阻小 ， 抗拉强度高 。 为 了寻找最佳 焊接 方式 ， 我们 曾进行 过整体 焊 接和分层焊 接 ， 从抗 拉强度 的测试 数据 ( 见表 3 ) 看 ， 分层焊接 强度最好 。 表 3 导体接头性能 连接头的导体屏蔽、 绝缘挤制采用与电缆本体 的同样材料 。 反应力锥 面先用手工 削制 ， 再用机械打 0 0 o M o 0 0 如 ∞ _三 ． ㈨ 卜约 约 ： 。 约 约 I ， 维普资讯 2 0 0 4年第 3期 No ． 3 2 0 0 4 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e 8 Ca b l e 2 0 0 4年 6月 J u n． ， 2 0 0 4 磨， 最后用无水乙醇洗净， 吹干。反应力锥尺寸应严 格符合设计 计算 值 。接头部位在可 交联 聚乙烯绝缘 挤 制后 ， 先检 测绝缘 内有 无气孔 、 杂质 及偏心等 ， 在 符 合工艺 要求后 ， 再 进行硫 化处 理 。绝缘 屏蔽 的恢 复 ： 先喷涂半 导 电漆 ， 再缠绕 0 ． 6 mm2 5 mm 的半 导 电 自粘带 ， 外 面再缠绕 0 ． 6 mm 厚 的半 导 电阻 水 带 。 连接头的铅管采用与电缆本体同样的铅合金材 料 。 铅管在一端 与电缆 本体铅套焊接后 ， 经四道模具 拉拨 ， 使铅管紧贴绝缘线芯， 然后割去多余 的铅管， 再 同本体焊接 。最后进行接头 区的防腐层恢复 。 4 试 验 结 果 我公 司试制 了一 条 1 5 0 m 长 的成 品电缆试 样 ， 在该 电缆 试样上 制作 了两套 软接头 ， 对带有 软接头 的试样进行 了机械性能 和电性 能试验 。试验结果 见 表 4 ～表 6 。 从试验结 果看 ， 经弯 曲和 盘绕 试验后 ， 软 接 头的 电气性能没有 变化 。 表 4 软接头的电性能 在 1 5 0 m 电缆样 品试 验合格后 ， 我们进行 了型 号 为 Z S — YJ QF 4 1 ～2 6 ／ 3 5 3 1 5 0 ， 3 8 0 0 IT I 的 电缆生 产 。然 后对成品 电缆进行 了表 7所列项 目的 出厂试 验。试验通过后交付用户。 ( 上接第 l 2页) [ 1 6 ] Wi l L i a m Ma n n i n g ．Co mp a n y ’ S r e r e a r c h a n d d e v e l o p — m a n t r e s u l t s i n “ g r e e n e r” h i g h— q u a l i t y． c a d mi u m— f r e e wi r e a n d c a b l e [ J ] ．Wi r e a n d C a b l e Te c h n o l o g y I n t e r n a t i o n a 1 ． 2 0 0 2 ， ( 1 1 ) ： 4 6 — 4 7 ． [ 1 7 ]T o m E n g ．Wi r e c a b l e a n d c a d mi u m E J ] ．Wi r e a n d Ca b l e Te c h n o l o g y I nt e r n a t i o n a 1 ． 2 0 0 2． ( 7 ) ： 4 4 — 4 5 ． [ 1 8 ] D a n i e l L e f i t z ．C a d mi u m c o n t a i n i n g a l l o y s i n wi r e a n d c a b l e — f u t u r e o u t l o o k ~ J 3 ．Wi r e a n d Ca b l e Te c h n o l o g y I n t e r n a t i o n a l ， 2 0 0 3． ( 1 ) ： 4 2 — 4 3 ． [ 1 9 ] 黄豪士 ． 杨柞 昌． 铝合金导线市场发展前景E J ] ． 中国 电线电缆网一 中国电线电缆 ， 2 0 0 3 ． ( 4 ) ： 3 - 4 ． [ 2 O ] 黄崇祺． 电缆金属文集 [ M] ． 上海电缆研究所， 2 0 0 1 ： 】 4 O 一 1 4 6 ． 表 5 弯曲和盘绕试验 表 7 Z S — Y J QF 4 1 —2 6 ／ 3 5 3 1 5 0出厂试 验 5 结束语 本海底 电缆 工程于 2 0 0 2年 3月竣工 ， 一次通 电 成功 。 湖北永鼎红旗 电气有 限公 司电缆公司( 原湖北 红旗 电缆厂) 在 国内完成 了许 多海底电缆工程 。 本次 提供的海底电缆作为国产大长度 3 5 k V交联聚乙 烯绝 缘海底 电力 电缆 ， 对 我 国国民经 济的 发展将起 到 十分重要 的作用 。 本次 开发 的海底 电缆结 构 、 制造 技术将有助 于国内海 底电力系统的未来发展 。 另 外 ， 对 于浙 江省舟 山市 电力公 司和其 他 同志 为我们提供的建议和无私的合作表示真诚感谢。 Al u mi n i u m a l l o y s f o r e l e c t r i c a l a n d me c h a n i c a l a p p l i — c a t i o n s [ J ] ．Wi r e a n d c a b l e A s i A． 2 0 0 2 ， ( 5 ／ 6 ) ： 3 9 ． P r o p e r z i [ Z 3 ． 《 2 0 0 2 As i A》 样本． Ko n r a d De n g l e r ． S o l u t i o n s f o r mu l t i p l e a p p l i c a t i o n s [ J ] ．Wi r e a n d C a b l e T e c h n o l o g y I n t e r n a t i o n a 1 ． 2 0 0 2 ． ( 1 ) ： 3 2 — 3 3 ． Ni e h o f f ．Su p e r f i n e wi r e a n d mu l t i wi r e dr a wi n g ma — c h i n e s：Ne w d e v e l o p me n t t O a c o mp l i a n c e wi t h e c o — l o g i c a 1 ．e c o n o mi c a n d e r g o n o mi c c r i t e r i a[ J ] ．Wi r e a n d C a b l e As i A， 2 0 0 2 ． ( 7 ／ 8 ) ： 4 1 — 4 4 ． Ko n r a d De n g l e r ．I n l i n e d r a wi n g a n d a n n e a l i n g l i n e s f o r a l u m i n i u m ， a l u mi n i u m a l l o y s a n d c o p p e r a l l o y s [ J ] ．Wi e r I n d u s t r y ． 2 0 0 3 ， ( 1 ) ： 6 1 0 — 6 1 3 ． 一 一 维普资讯