《超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜》是中天科技海纜有限公司於2012年12月21日申請的發明專利，該專利申請號為2012105595781，公布號為CN103000292A，公布日為2013年3月27日，發明人是胡明、張華、謝書鴻、張建民、馬志金、薛建林。
《超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜》涉及的是一種直流電纜，特別是用於VCS換流技術的柔性直流輸電系統中大功率遠距離海底輸電，以及非周期運行的風力發電、潮汐發電等新能源交流系統之間的併網連線。超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜包括直流電纜、光纖單元、接地饋線、填充條、總鎧裝層和外護層，兩根直流電纜分別置於左側和右側，光纖單元置於兩直流電纜的中部上方，接地饋線置於兩直流電纜的中部下方，通過平托非絞合方式成纜；成纜間隙採用圓弧形填充條進行填充；直流電纜、光纖單元以及接地饋線成纜後採用總鎧裝層鎧裝，總鎧裝層表面具有外護層，每層聚丙烯繩塗覆防腐絕緣膠，在其外部纏繞高強度自粘膠帶。
2021年6月24日，《超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜
- 申請日：2012年12月21日
- 申請號：2012105595781
- 申請公布日：2013年3月27日
- 申請公布號：CN103000292A
- 申請人：中天科技海纜有限公司
- 地址：江蘇省南通市南通經濟技術開發區新開南路1號
- 發明人：胡明、張華、謝書鴻、張建民、馬志金、薛建林
- 類別：發明專利
- Int. Cl.：H01B11/22(2006.01)I
- 專利代理機構：南京君陶專利商標代理有限公司
- 代理人：奚勝元
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,專利榮譽,
專利背景
截至2012年12月，隨著能源緊缺和環境污染等問題的日益嚴峻，中國大力開發和利用可再生清潔能源，最佳化能源結構。與高壓交流輸電相比較，直流輸電具有線路造價低、損耗小、傳輸距離長、系統穩定性高、短路電流小，能實現交流電背靠背連線及可分期建設和增容擴建等優點，尤其適用不同頻率或同頻率非周期運行的交流系統（風能潮汐能等新能源）之間的聯絡和遠距離大功率海底送電。常規高壓直流輸電或採用架空線或採用油紙絕緣、充油電纜等作為整個系統的輸電線路，所採用的輸電線路不僅對周圍環境有影響，而且造價昂貴。而基於VSC換流技術的柔性高壓直流輸電採用交聯聚乙烯絕緣柔性直流海纜，成功解決了直流場下聚合物空間電荷的影響及系統極性反轉等問題，交聯聚乙烯絕緣柔性直流海纜電氣性能優越，運行溫度高，一般埋於地下，對周圍環境沒有太大的影響。且沒有傳統的油紙絕緣直流海纜的傳輸電流小、不適宜海底大落差敷設、漏油老化、不環保等缺點。
發明內容
專利目的
《超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜》目的是針對專利背景中VSC柔性直流輸電系統需求和高壓直流海纜產品功能的不足，提供一種超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜。該發明的高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜結構性能穩定，機械強度高，光纖、正負直流電纜一體可以節約路由資源，複合接地饋線可以有效提高系統安全性，具有很高的技術經濟價值。
技術方案
《超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜》包括直流電纜、光纖單元、接地饋線、填充條、總鎧裝層和外護層，兩根直流電纜分別置於左側和右側，分別是正、負極直流電纜，光纖單元置於兩直流電纜的中部上方，接地饋線置於兩直流電纜的中部下方，通過平托非絞合方式成纜；成纜間隙採用圓弧形填充條進行填充；直流電纜、光纖單元以及接地饋線成纜後採用總鎧裝層進行總鎧裝，在總鎧裝層表面由1~3層聚丙烯繩纏繞組成外護層，每層聚丙烯繩塗覆防腐絕緣膠，在聚丙烯繩外表面纏繞高強度自粘膠帶。
所述直流電纜從內到外依次由直流導體、導體禁止層、絕緣層、絕緣禁止層、金屬禁止層、非金屬護層、防蛀層、分極鎧裝層和直流電纜外護層組成；所述的直流導體為圓環異型線緊壓絞合結構，在直流導體外設定有導體禁止層；導體禁止層外部設定有絕緣層；在絕緣層外部設有絕緣禁止層；在絕緣禁止層外設有擠出的金屬禁止層，所述金屬禁止層採用合金鉛套，鉛套厚度根據柔性直流系統短路電流需求確定；金屬禁止層外設有連續擠出的非金屬護層，非金屬護層可採用半導電聚乙烯或者絕緣級聚乙烯；非金屬護層表面繞包防蛀層；在防蛀層外表設有絞合的分極鎧裝層，在分極鎧裝層設有直流電纜外護層，直流電纜外護層由1層聚丙烯繩纏繞。
所述光纖單元從內到外依次由2~96芯光纖、阻水緩衝油膏、不鏽鋼松套管、內護套、金屬加強層和外護套組成；光纖外部採用不鏽鋼松套管進行包裹保護，在不鏽鋼松套管內填充有阻水緩衝油膏；在不鏽鋼松套管表面設有連續擠出的內護套；內護套外部設有絞合的金屬加強層；金屬加強層表面設有連續擠出的外護套。
所述接地饋線從裡到外由地線導體和地線絕緣層組成，地線導體由多根金屬單絲緊壓絞合而成，絞合方式為層絞式，導體截面由系統短路電流要求確定；在地線導體表面設有連續擠出的地線絕緣層。
所述接地饋線外徑與光纖單元外徑相等。
所述填充條可採用聚乙烯類絕緣級塑膠。
所述總鎧裝層採用扁鋼絲，分極鎧裝層和總鎧裝層組成兩層複合鎧裝層。
所述絕緣層厚度依據電場分布確定，絕緣厚度為5~35毫米。
所述絕緣層採用環保型具有非熱敏性電導特性及高閾值電場抑制空間電荷特性的交聯聚乙烯材料。
所述防蛀層為青銅帶、鍍鉻鋼帶，厚度為0.10~0.40毫米，繞包方式為無間隙重疊繞包，繞包層數為2~8層。
所述分極鎧裝層採用鍍鋅鋼絲鎧裝，鎧裝直徑3.0~6.0毫米，分極鋼絲鎧裝層表面均勻塗覆防腐瀝青材料。
所述光纖採用G652、G655、G651型光纖。
所述的內護套採用高密度聚乙烯材料，內護套的厚度為1.0~3.0毫米。
所述金屬加強層採用加強型金屬絲，所述加強型金屬絲為高碳磷化鋼絲或高碳鍍鋅鋼絲。
所述外護套採用高密度聚乙烯材料，外護套厚度為3.0~6.0毫米。
所述的地線導體採用絞合銅導體，地線絕緣層採用高密度聚乙烯絕緣層。
所述地線絕緣層採用高密度聚乙烯絕緣，絕緣厚度為3~5毫米。
改善效果
《超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜》中的直流電纜絕緣採用環保型具有非熱敏性電導特性及高閾值電場抑制空間電荷特性的交聯聚乙烯材料，可以有效抑制直流場下聚合物絕緣中的空間電荷，減少溫度場對電導分布的影響，提高絕緣中的工作場強，減小絕緣厚度，節約生產製造資源。交聯聚乙烯為熱固性材料，對海纜使用環境影響小，而傳統直流海纜都是採用油紙作為絕緣材料，存在漏油老化、不環保等缺點。成纜採用平托非絞合方式，填充採用特製圓弧形填充條，三個側面及背面均設計成圓弧形，圓弧直徑分別與電纜、光纜、成纜外徑相同，結構性能穩定，避免在電纜彎曲時電纜內部錯位造成的損傷，增加銅帶繞包防蛀層，可以減少海洋生物對海纜的損壞。複合重型鎧裝完全能夠滿足深海敷設使用環境要求，並有效保護光纜單元不受機械損傷。該發明的高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜結構性能穩定，機械強度高，光纖、雙極直流電纜一體可以將正極海纜、負極海纜、光纜敷設使用所需的三條海洋路由資源，減小為一條路由資源，極大的節約寶貴的海洋路由資源。光纖又可與DTS、BOTDR組成溫度應力監測系統，複合接地饋線可以增加系統接地保護能力，極大的提高海纜運行的可靠性，具有很高的技術經濟價值。
附圖說明
圖1是《超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜》的結構示意圖。
圖2是《超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜》的直流電纜結構示意圖。
圖3是《超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜》的光纖單元結構示意圖。
圖4是《超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜》的接地饋線結構示意圖。
圖中：1、直流電纜，2、光纖單元，3、接地饋線，4、填充條，5、總鎧裝層，6、外護層，1-1、直流導體，1-2、導體禁止層，1-3、絕緣層，1-4、絕緣禁止層，1-5、金屬禁止層，1-6、非金屬護層，1-7、防蛀層，1-8、分極鎧裝層，1-9、直流電纜外護層，2-1、光纖，2-2、阻水緩衝油膏，2-3、不鏽鋼松套管，2-4、內護套，2-5、金屬加強層，2-6、外護套，3-1、地線導體，3-2地線絕緣層。
技術領域
《超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜》涉及的是一種直流電纜，特別是用於VCS換流技術的柔性直流輸電系統中大功率遠距離海底輸電，以及非周期運行的風力發電、潮汐發電等新能源交流系統之間的併網連線。
權利要求
1.一種超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜，其特徵在於：包括直流電纜、光纖單元、接地饋線、填充條、總鎧裝層和外護層，兩根直流電纜分別置於左側和右側，分別是正、負極直流電纜，光纖單元置於兩直流電纜的中部上方，接地饋線置於兩直流電纜的中部下方，通過平托非絞合方式成纜；成纜間隙採用圓弧形填充條進行填充；直流電纜、光纖單元以及接地饋線成纜後採用總鎧裝層進行總鎧裝，在總鎧裝層表面由1~3層聚丙烯繩纏繞組成外護層，每層聚丙烯繩塗覆防腐絕緣膠，在聚丙烯繩外表面纏繞高強度自粘膠帶；所述直流電纜從內到外依次由直流導體、導體禁止層、絕緣層、絕緣禁止層、金屬禁止層、非金屬護層、防蛀層、分極鎧裝層和直流電纜外護層組成；所述的直流導體為圓環異型線緊壓絞合結構，在直流導體外設定有導體禁止層；導體禁止層外部設定有絕緣層；在絕緣層外部設有絕緣禁止層；在絕緣禁止層外設有擠出的金屬禁止層，所述金屬禁止層採用合金鉛套，鉛套厚度根據柔性直流系統短路電流需求確定；金屬禁止層外設有連續擠出的非金屬護層，非金屬護層採用半導電聚乙烯或者絕緣級聚乙烯；非金屬護層表面繞包防蛀層；在防蛀層外表設有絞合的分極鎧裝層，在分極鎧裝層設有直流電纜外護層，所述直流電纜外護層由1層聚丙烯繩纏繞；所述光纖單元從內到外依次由2~96芯光纖、阻水緩衝油膏、不鏽鋼松套管、內護套、金屬加強層和外護套組成；光纖外部採用不鏽鋼松套管進行包裹保護，在不鏽鋼松套管內填充有阻水緩衝油膏；在不鏽鋼松套管表面設有連續擠出的內護套；內護套外部設有絞合的金屬加強層；金屬加強層表面設有連續擠出的外護套；所述接地饋線從裡到外由地線導體和地線絕緣層組成，地線導體由多根金屬單絲緊壓絞合而成，絞合方式為層絞式，導體截面由系統短路電流要求確定；在地線導體表面設有連續擠出的地線絕緣層；所述總鎧裝層採用扁鋼絲，分極鎧裝層和總鎧裝層組成兩層複合鎧裝層；所述防蛀層為青銅帶、鍍鉻鋼帶，厚度為0.10~0.40毫米，繞包方式為無間隙重疊繞包，繞包層數為2~8層。
2.根據權利要求1所述的超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜，其特徵在於：所述接地饋線外徑與光纖單元外徑相等。
3.根據權利要求1所述的超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜，其特徵在於：所述絕緣層厚度依據電場分布確定，絕緣厚度為5~35毫米。
4.根據權利要求1所述的超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜，其特徵在於：所述絕緣層採用環保型具有非熱敏性電導特性及高閾值電場抑制空間電荷特性的交聯聚乙烯材料。
5.根據權利要求1所述的超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜，其特徵在於：所述分極鎧裝層採用鍍鋅鋼絲鎧裝，鎧裝直徑3.0~6.0毫米，分極鋼絲鎧裝層表面均勻塗覆防腐瀝青材料。
6.根據權利要求1所述的超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜，其特徵在於：所述光纖採用G652、G655、G651型光纖。
7.根據權利要求1所述的超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜，其特徵在於：所述的內護套採用高密度聚乙烯材料，內護套的厚度為1.0~3.0毫米；所述外護套採用高密度聚乙烯材料，外護套厚度為3.0~6.0毫米。
8.根據權利要求1所述的超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜，其特徵在於：所述金屬加強層採用加強型金屬絲，所述加強型金屬絲為高碳磷化鋼絲或高碳鍍鋅鋼絲。
實施方式
參照附圖1~4，《超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜》包括直流電纜1、光纖單元2、接地饋線3、填充條4、總鎧裝層5和外護層6，兩根直流電纜1分別置於左側和右側，分別是正、負極直流電纜，光纖單元2置於兩直流電纜1的中部上方，接地饋線3置於兩直流電纜1的中部下方，通過平托非絞合方式成纜；成纜間隙採用圓弧形填充條4進行填充；直流電纜1、光纖單元2以及接地饋線3成纜後採用總鎧裝層5進行總鎧裝，在總鎧裝層5表面由1~3層聚丙烯繩纏繞組成外護層6，每層聚丙烯繩塗覆防腐絕緣膠，在聚丙烯繩外表面纏繞高強度自粘膠帶。
所述直流電纜1從內到外依次由直流導體1-1、導體禁止層1-2、絕緣層1-3、絕緣禁止層1-4、金屬禁止層1-5、非金屬護層1-6、防蛀層1-7、分極鎧裝層1-8和直流電纜外護層1-9組成；所述的直流導體1-1為圓環異型線緊壓絞合結構，在直流導體1-1外設定有導體禁止層1-2；導體禁止層1-2外部設定有絕緣層1-3；在絕緣層1-3外部設有絕緣禁止層1-4；在絕緣禁止層1-4外設有擠出的金屬禁止層1-5，所述金屬禁止層1-5採用合金鉛套，鉛套厚度根據柔性直流系統短路電流需求確定；金屬禁止層1-5外設有連續擠出的非金屬護層1-6，非金屬護層1-6可採用半導電聚乙烯或者絕緣級聚乙烯；非金屬護層1-6表面繞包防蛀層1-7；在防蛀層1-7外表設有絞合的分極鎧裝層1-8，在分極鎧裝層1-8設有直流電纜外護層1-9，直流電纜外護層1-9由1層聚丙烯繩纏繞。
所述光纖單元2從內到外依次由2~96芯光纖2-1、阻水緩衝油膏2-2、不鏽鋼松套管2-3、內護套2-4、金屬加強層2-5和外護套2-6組成；光纖2-1外部採用不鏽鋼松套管2-3進行包裹保護，在不鏽鋼松套管2-3內填充有阻水緩衝油膏2-2；在不鏽鋼松套管2-3表面設有連續擠出的內護套2-4；內護套2-4外部設有絞合的金屬加強層2-5；金屬加強層2-5表面設有連續擠出的外護套2-6。
所述接地饋線3從裡到外由地線導體3-1和地線絕緣層3-2組成，地線導體3-1由多根金屬單絲緊壓絞合而成，絞合方式為層絞式，導體截面由系統短路電流要求確定；在地線導體3-1表面設有連續擠出的地線絕緣層3-2。
所述光纖單元2外徑與接地饋線3外徑相等。
所述填充條4可採用聚乙烯類絕緣級塑膠。
所述總鎧裝層5採用扁鋼絲，分極鎧裝層1-8和總鎧裝層5組成兩層複合鎧裝層。
所述絕緣層1-3厚度依據電場分布確定，絕緣厚度為5~35毫米。
所述絕緣層1-3採用環保型具有非熱敏性電導特性及高閾值電場抑制空間電荷特性的交聯聚乙烯材料。
所述防蛀層1-7為青銅帶、鍍鉻鋼帶，厚度為0.10~0.40毫米，繞包方式為無間隙重疊繞包，繞包層數為2~8層。
所述分極鎧裝層1-8採用鍍鋅鋼絲鎧裝，鎧裝直徑3.0~6.0毫米，分極鋼絲鎧裝層表面均勻塗覆防腐瀝青材料。
所述光纖2-1採用G652、G655、G651型光纖。
所述的內護套2-4採用高密度聚乙烯材料，內護套2-4的厚度為1.0~3.0毫米。
所述金屬加強層2-5採用加強型金屬絲，所述加強型金屬絲為高碳磷化鋼絲或高碳鍍鋅鋼絲。
所述外護套2-6採用高密度聚乙烯材料，外護套2-6厚度為3.0~6.0毫米。
所述的地線導體3-1採用絞合銅導體，地線絕緣層3-2採用高密度聚乙烯絕緣層。
所述地線絕緣層3-2採用高密度聚乙烯絕緣，絕緣厚度為3~5毫米。
專利榮譽
2021年6月24日，《超高壓交聯聚乙烯絕緣柔性直流光纖複合海底電纜》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
