220 kV交流大截面海底电缆的设计选型

王贤灿， 官文彤

（福建省电力勘测设计院，福建福州350003）

220 kV交流大截面海底电缆的设计选型

王贤灿， 官文彤

（福建省电力勘测设计院，福建福州350003）

以厦门电力进岛I通道第一回电缆改造工程为背景，通过对国内外海底电缆的应用、发展现状的调研和技术经济比较，提出了交流220 kV大截面海底电缆的设计选型建议。

海底电缆；自容式充油；PPLP复合纸；交联聚乙烯；纵向阻水；分割导体

0 引 言

国家海洋开发战略的升级，促使近海岛屿开发、海上风电场等绿色项目纷纷上马，作为跨海送电的主要技术手段---高电压、大容量海底电缆的应用前景豁然开朗。目前220 kV交流海底电缆主要有自容式充油纸绝缘海底电缆和交联聚乙烯（XLPE）绝缘海底电缆两种。本文以厦门电力进岛I通道第一回电缆改造工程为背景，通过对国内外海底电缆的应用、发展现状的调研和技术经济比较，从设计角度对220 kV交流大截面海底电缆的选型进行论述。

1 工程要求

厦门电力进岛I通道是厦门岛主要的双回路供电通道之一，其中跨越厦门北部海域段采用海底电缆。其第一回海缆于1989年投产，采用的是法国阿尔卡特公司生产的自容式充油牛皮纸绝缘海底电缆，截面630 mm2，输送容量240 MVA。

随着厦门岛内电力需求的持续增长，“十三五”中后期进岛I通道供电压力较大，需考虑将第一回海缆进行增容改造。同时由于厦门市政府拟对厦门北部海域进行清淤，现有第一回海缆正位于清淤工程的施工范围内，为了满足清淤工程的需要，也需要对第一回海缆进行迁改，工程要求于2014年底前投产。根据厦门远景目标电网规划，第一回海缆改造后输送容量应不小于600 MVA，经计算应采用2 500 mm2导体截面的海缆。

2 国内外海缆发展现状调研

2.1 国外海缆发展现状

迄今为止，国际上220 kV及以上高压、超高压海底电缆基本上被欧州的普瑞斯曼、耐克森、日本的JPS、VISCAS等大型电线电缆生产企业垄断。我国现有运行的220 kV及以上海缆均采用上述公司的充油产品，如1987年投产的220 kV珠江虎门海底电缆采用的是日本住友电工（现JPS）的产品；1989年投产的集美-高崎220 kV线路工程（原厦门I通道第一回海缆）采用的是阿尔卡特（现耐克森）的电缆；2009年投产的500 kV海南联网工程采用的是耐克森的产品；2011年投产的厦门电力进岛第一通道扩建工程（厦门I通道第二回海缆）采用的是日本JPS的产品。目前世界上充油海缆最高电压等级已达到交流800 kV（见图1）、直流500 kV（见图2），截面最大达3 000 mm2，技术成熟，运行经验丰富。

据国际大电网会议（CIGRE）B1.27工作组（WG B1.27）2012年2月490号文件［1］统计，世界上已投运或确认投运的220kV及以上XLPE绝缘海底电缆项目见表1。

图1 加拿大魁比克水电开发项目交流800 kV 2 000 mm2PPLP绝缘充油海缆（绝缘厚度30 mm）

表1 交流220kV及以上XLPE绝缘海底电缆项目统计表

2.2 国内海缆发展现状

我国具有高压充油海缆生产能力的仅上缆藤仓和乐星红旗电缆公司等少数几家企业，但由于近年来国内充油电缆的需求很少，海缆厂家均致力于XLPE绝缘海缆的研发，充油海缆的生产技术水平和能力还停留在20世纪90年代的水平，充油海缆的生产设备基本上处于停工状态，尚无220 kV大截面光电复合充油海缆的制造经验和型式试验报告。按照现有的生产设备测算，仅能生产800～900 m无接头的大截面海缆。

我国高电压XLPE绝缘海缆的研发、生产尚处于起步阶段，随着海上风电项目的兴起，近几年，我国高电压XLPE海缆生产技术与能力取得了长足进步，多家厂商相继通过了220kV海底光电复合缆的型式试验，但尚未有真正意义上的国产220 kV海缆的运行经验，国内高压XLPE绝缘海缆厂家的发展现状和供货业绩见表2。

表2 国内交流220kV XLPE绝缘海缆厂家的发展现状和供货业绩表

2.3 国内外海缆技术水平

综合上述情况，目前国际上充油海缆最高电压等级已达到交流800 kV、直流500 kV，截面最大达3 000 mm2，技术成熟，运行经验丰富。

交流XLPE绝缘海缆的最高电压等级已达到420 kV，最大截面1 600mm2。据调研和查阅相关资料，绝大多数XLPE绝缘海缆均采用紧压圆形阻水导体结构［2］，如宁波东方已通过型式试验的220 kV 1 600 mm2海缆结构［3］（见图3）、耐克森在挪威Ormen Lange天然气田投运的420 kV 1 200 mm2海缆结构（见图4）。

图3 宁波东方220 kV 1 600 mm2海缆结构

更大截面的海底电缆由于导体根数的增加和单丝直径的加大，导体间的空隙加大［4］，若还采用圆形单丝绞合（见图5），很难达到理想的导体纵向阻水效果，因此，大于1 600 mm2截面的海底电缆，一般需采用型线绞合（图6），以减小导体间的空隙，再配以阻水结构，来满足海缆导体的纵向阻水要求。

图4 耐克森420kV 1200mm2海缆结构

图5 圆形线绞合导体结构

3 海缆选型分析

高压、超高压交流XLPE绝缘海缆的发展受益于海上风电、油、气田、近海岛屿开发项目的兴起，这些项目一般送电容量不大，同时为减少海缆工程的费用，国际大海缆制造商一般均依托项目开发经济适用的缆型，三芯和单芯中小截面（1 600 mm2及以下）XLPE绝缘海缆得到了快速发展。目前世界上尚未见有220 kV及以上XLPE绝缘分割导体的大截面海缆的型式试验报告或运行记录。因此，本文仅对分割导体自容式充油聚丙烯复合纤维纸（PPLP）绝缘海缆与紧压导体XLPE绝缘海缆进行技术经济比较，比较结果见表3。

图6 扇形型线绞合导体结构

表3 相同结构的XLPE绝缘海缆与自容式充油PPLP绝缘海缆比较表

从表3可以看出，采用紧压导体技术生产的XLPE绝缘海缆由于过大的导体集肤效应，导致海缆导体电阻太大，需要更大的回流导体或采用铜铠装才能满足送电容量的要求，所以海缆价格较高。

虽然自容式充油PPLP绝缘海缆由于需要油压系统，其日常运行维护工作量较大，且存在漏油污染所处海域的隐忧，但可以通过配备可靠的监视系统和选择合理的海缆结构，将其风险降至最低。

因此，综合考虑到线路的重要性、可靠性和经济性，厦门电力进岛I通道第一回海缆改造工程海缆推荐采用具有多年安全运行经验、可靠性高的自容式充油PPLP复合纸绝缘海底电力电缆。

4 结束语

国家对沿海岛屿的开发力度不断加大，一些沿海大岛的电力需求明显增加，今后高电压、大截面海底电缆的应用必将增加。本文根据对目前国内外交流220 kV及以上海底电缆的发展现状的调研，针对厦门电力进岛I通道第一回海缆改造工程的具体情况，提出交流220 kV大截面海底电缆的设计选型建议。由于资料及调研途径有限，难免有不妥之处，希望能和从事海缆工程设计工作的各界专家进行更多交流，密切关注国内外高电压大截面海底电缆的发展状况，使海缆工程的设计更加经济合理。

［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］ 周厚强.含软接头的220 kV光纤复合海底电缆的研制［J］.电线电缆，2012（6）：4-7.

［3］ 沈佩芳.220 kV大长度光纤复合海底电力电缆的研制［J］.电线电缆，2010（6）：1-3.

［4］ 高 翔，陈 洋，周厚强.大长度高压及超高压光电复合海底电缆研究［J］.电气技术，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，Fuzhou 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

王贤灿（1971-），男，高级工程师.

作者地址：福建福州市五四路268号［350003］.