[发明专利]高压和超高压柔性直流输电光纤复合挤出绝缘海底电缆

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于海底用的直流电缆，尤其是一种柔性直流输电用光纤复合挤出绝缘海底电缆。  

背景技术

1997年，世界上第一条柔性直流电缆投入运行，供应商为ABB公司。随着技术的进步，运行的电压等级不断提高，目前国外已商业运行柔性直流电缆的电压等级为200 kV，ABB公司已在实验室完成320 kV电缆的型式试验。中国输电电缆多为交流挤出绝缘电缆，仅在上海运行了一回低压（30 kV及以下）柔性直流挤出绝缘陆地电缆，而中压（30 kV以上到150 kV）、高压（150 kV以上到250 kV）和超高压（250 kV以上到500 kV）的柔性直流挤出绝缘海底电缆还未曾使用。

在中国，中压及以上的电缆导体最常用的材料为铜。铜导电性能优良，达到100 IACS%。另外，其化学性能稳定，耐氧化性能，防腐性能优异，机械强度大。但铜的价格较为昂贵，一般为铝价格的3~4倍。

传统的直流电缆，其绝缘部分多采用油纸绝缘结构，即在导体的半导电纸外面绕包长条的电缆纸，绕包纸之间的空气隙采用绝缘油填充。填充形式有两种，一种为粘性绝缘油浸渍，叫直流油浸纸绝缘电缆，另一种为低粘度绝缘油通入中空导体，施加一定的油压，叫直流充油电缆。油纸绝缘结构的直流电缆，其绝缘电阻不是特别高，故在绝缘中不存在空间电荷。但绝缘油泄漏后，不容易分解，污染环境，而且电缆纸为上等木材制成，需要消耗森林资源。

由于油纸绝缘电缆存在不绿色、不环保的缺点，因此，开发了挤出交联聚乙烯绝缘电缆。挤出绝缘电缆克服了油纸绝缘电缆在绿色和环保方面存在的问题，已经大量使用在交流电网中。

 挤出绝缘电缆的绝缘电阻特别高，绝缘体中的空间电荷不易泄放，如果直接使用到直流电网中，空间电荷畸变电缆绝缘中的电场分布，引起电场集中，容易造成电缆绝缘击穿。目前，世界上已有商品化供应的直流交联料，其工作温度较低为70 ℃，低于现有交流挤出绝缘电缆工作温度90 ℃。因此，相同电压相同导体截面情况下，其载流量比工作温度为90 ℃的电缆要小得多，这样造成输电容量小很多。

在直流电缆运行中，半导体屏蔽层与绝缘层界面的接触有否突起，极大地影响了电缆绝缘水平，乃至整个电缆的绝缘寿命。已有的知识表明，绝缘层与半导体屏蔽层之间由于突起而引起电场集中产生电树枝老化，半导电突起还容易产生空间电荷注入绝缘。

一般的海底电缆采用铅套，但铅是重金属，且其机械强度和疲劳强度不高，运行中容易开裂。有时在电缆结构上还需绕包金属带加强它，这样造成电缆结构的复杂程度提高和成本上升。

为了增加海底电缆在敷设时的轴向拉力，通常在电缆金属套外面敷设一层或二层钢丝，为解决钢丝在海水中的防腐蚀问题，通常是在裸钢丝外涂覆沥青绕包麻绳或者塑料绳，沥青造成生产车间污染而且影响生产人员身体健康，还会污染运输船只及相关环境。

发明内容

针对现有技术中电缆存在的不足，本发明的目的是提供一种用于高压和超高压的柔性直流输电光纤复合挤出绝缘海底电缆，可以降低电缆成本，能够提高电缆绝缘层的击穿强度和工作温度，避免传统海缆铅套易发生机械破坏、重金属污染等问题，防止传统电缆由于绕包沥青麻绳或者沥青塑料绳作为钢丝防腐而造成的生产现场和相关环境污染。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 

高压和超高压柔性直流输电光纤复合挤出绝缘海底电缆，该电缆的中心为阻水导体，所述阻水导体外依次包覆有半导电绕包带、挤出内屏蔽层、挤出绝缘层、挤出外屏蔽层、第一缓冲阻水层、第二缓冲阻水层、金属套、挤压内护套、第一层挤塑钢丝和/或第二层挤塑钢丝、标识色带和挤出外护套；在所述第一缓冲阻水层和第二缓冲阻水层之间还放置有不锈钢管保护的光纤。

所述半导电绕包带的厚度为（0.10～0.36）mm；所述挤出内屏蔽层厚度为（1.0～2.0）mm；所述挤出绝缘层厚度为（10.6～30.0）mm；所述挤出外屏蔽层厚度为（0.6～1.5）mm；所述第一缓冲阻水层、第二缓冲阻水层的厚度各为（1～3）mm；所述金属套厚度为（0.5～3.8）mm；所述挤压内护套厚度为（2～5）mm；所述第一层挤塑钢丝和/或第二层挤塑钢丝，钢丝直径为（4～8）mm，挤塑厚度为（1～2）mm；所述挤出外护套厚度为（4～7）mm。