一种直流海底电缆的制作方法

本发明涉及一种海底电缆。
背景技术：
：全球智能互联网离不开高电压、大容量以及通信传输，超高压直流输电成本低、损耗小，无无功功率损耗。且电网连接方便、容易控制和调节，在长距离输电中已被广泛采用。高压直流输电可以把海洋风力发电、潮汐发电、太阳能发电等具有不稳定，电源与电力系统联接起来，而不会影响电网的电能质量水平，因此采用直流输电非常有必要。但是，目前高压直流海底电缆技术仅停留在油浸纸绝缘充油海底电缆，这种油浸纸绝缘充油海底电缆一方面，阻水效果差，敷设受落差限制；另一方面，海缆发生漏油时抢修困难；再一方面，耐腐蚀和抗拉力性能较差，从而导致电缆寿命缩短，增加成本。因此本领域技术人员致力于开发一种能够有效提高阻水效果的直流海底电缆。技术实现要素：有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效提高阻水效果的直流海底电缆。为实现上述目的，本发明提供了一种直流海底电缆，包括六边形的支撑芯，六边形支撑芯的边长为3.3mm-3.7mm；六边形支撑芯外侧设置有第一型线层，第一型线层包括六根第一型线单线，六根第一型线单线与支撑芯绞合后呈圆形，各第一型线单线的截面积均为28.50mm2-29.5mm2；第一型线层的外侧设置有第二型线层，第二型线层包括十二根第二型线单线，十二根第二型线单线与第一型线层绞合后呈圆形，各第二型线单线的截面积均为8mm2-10mm2；第二型线层的外侧设置有第三型线层，第三型线层包括十八根第三型线单线，十八根第三型线单线与第二型线层绞合后呈圆形，各第三型线单线的截面积均为6.5mm2-8.5mm2；第三型线层，的外侧设置有第四型线层，第四型线层包括二十四根第四型线单线，二十四根第四型线单线与第三型线层绞合后呈圆形，各第四型线单线的截面积均为5.5mm2-7.5mm2。为了进一步提高阻水性能，第一型线层的截面积为200mm2-202mm2；第二型线层的截面积为313.2mm2-315.2mm2；第三型线层的截面积为451.2mm2-453.2mm2；第四型线层的截面积为614.2mm2-616.2mm2。为了加强结构的紧凑性，第四型线层的外侧设置有第五型线层，第五型线层包括三十根第五型线单线，第五型线单线与第四型线层绞合后呈圆形，各第五型线单线的截面积均为5.5mm2-7.5mm2；第五型线层的外侧设置有第六型线层，第六型线层包括三十六根第六型线单线，第六型线单线与第五型线层绞合后呈圆形，各第六型线单线的截面积均为6.8mm2-8.2mm2。为了进一步加强紧凑性，提高阻水效果，第五型线层的截面积为803mm2-805mm2；第六型线层的截面积为1074mm2-1076mm2。作为优选，第六型线层的外侧设置有半导电屏蔽；半导电屏蔽的外侧设置有交联聚乙烯绝缘层；交联聚乙烯绝缘层外侧设置有绝缘屏蔽层。作为优选，绝缘屏蔽层外侧设置有半导电阻水缓冲层；半导电阻水缓冲层外侧设置有合金铅套；合金铅套的外侧设置有半导电PE套，半导电PE套外侧设置有内衬层。为了增加抗拉力，内衬层外侧设置有钢丝铠装层，钢丝铠装层包括若干根钢丝，钢丝直径为3.0mm、5.0mm、6.0mm或8.0mm。为了使其具有光电复合性能的同时延长使用寿命，钢丝铠装层内设置有光缆，光缆的两侧均设置有填充条；填充条的外径与钢丝的外径相同并大于光缆的外径；钢丝铠装层的外侧设置有外被层。本结构是针对大截面电缆使用，从而直流海底电缆的截面为3000mm2-4000mm2。为了进一步提高阻水效果，作为优选，各型线单线之间均设置有阻水胶；各层与各层之间均设置有半导电阻水带。本发明的有益效果是：本发明一方面，有效的提高了阻水效果，克服了敷设受落差限制的难题；另一方面，能够满足大长度、大功率和大容量的要求；再一方面，有效的提高了耐腐蚀和抗拉力性能，延长了电缆寿命，降低了成本。附图说明图1是本发明一具体实施方式的结构示意图。图2是图1中的A处局部放大结构示意图。图3是工厂接头具体实施方式的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：如图1至图3所示，一种直流海底电缆，包括六边形的支撑芯1，六边形支撑芯1的边长为3.3mm-3.7mm；本实施例中，六边形支撑芯1的边长为3.5mm.六边形支撑芯1外侧设置有第一型线层2，第一型线层2的截面积为200mm2-202mm2；本实施例中，第一型线层2的截面积为201.1mm2。第一型线层2包括六根第一型线单线2a，六根第一型线单线2a与支撑芯1绞合后呈圆形，各第一型线单线2a的截面积均为28.50mm2-29.5mm2；本实施例中，第一型线单线2a的截面积均为29mm2。第一型线层2的外侧设置有第二型线层3，第二型线层3的截面积为313.2mm2-315.2mm2；本实施例中，第二型线层3的截面积为314.2mm2，第二型线层3包括十二根第二型线单线3a，十二根第二型线单线3a与第一型线层2绞合后呈圆形，各第二型线单线3a的截面积均为8mm2-10mm2；本实施例中，各第二型线单线3a的截面积均为9mm2。第二型线层3的外侧设置有第三型线层4，第三型线层4的截面积为451.2mm2-453.2mm2；本实施例中，第三型线层4的截面积为452.4mm2。第三型线层4包括十八根第三型线单线4a，十八根第三型线单线4a与第二型线层3绞合后呈圆形，各第三型线单线4a的截面积均为6.5mm2-8.5mm2；本实施例中，各第三型线单线4a的截面积均为7.7mm2。第三型线层4，的外侧设置有第四型线层5，第四型线层5的截面积为614.2mm2-616.2mm2，本实施例中，第四型线层5的截面积为615.8mm2。第四型线层包括二十四根第四型线单线5a，二十四根第四型线单线5a与第三型线层4绞合后呈圆形，各第四型线单线5a的截面积均为5.5mm2-7.5mm2本实施例中，各第四型线单线5a的截面积均为6.8mm2。第四型线层5的外侧设置有第五型线层6，第五型线层6的截面积为803mm2-805mm2；本实施例中，第五型线层6的截面积为804.2mm2。第五型线层6包括三十根第五型线单线6a，第五型线单线6a与第四型线层5绞合后呈圆形，各第五型线单线6a的截面积均为5.5mm2-7.5mm2，本实施例中，第五型线单线6a的截面积均为6.3mm2。第五型线层6的外侧设置有第六型线层7，第六型线层7的截面积为1074mm2-1076mm2，本实施例中，第六型线层7的截面积为1075.2mm2。第六型线层7包括三十六根第六型线单线7a，第六型线单线7a与第五型线层6绞合后呈圆形，各第六型线单线7a的截面积均为6.8mm2-8.2mm2，本实施例中，第六型线单线7a的截面积均为7.5mm2。第六型线层7的外侧设置有半导电屏蔽9，本实施例中，半导电屏蔽9为挤出的半导电屏蔽材料。半导电屏蔽9的外侧设置有交联聚乙烯绝缘层10；交联聚乙烯绝缘层10外侧设置有绝缘屏蔽层11。本实施例中，交联聚乙烯绝缘层10专用于高压直流电力电缆，该材料电气性能、物理性能都能满足高压直流电缆的绝缘，并且大大降低了空间电荷的形成。为了满足以上要求，我们选用了一种非极性交联聚乙烯绝缘料，该材料具有良好的加工性能，同时机械性能和电气性能优异，其结构为：--[--CH2--CH2--]n---[CH2--CH--]---[CH2--CH2--]x----[CH2--CH--[CH2--CH2--]a-//--[--CH2--CH2--]m---[CH2--CH--]--[CH2--CH2--]y----[CH2--CH--[CH2--CH2--]b--中间是交联键，一般用过氧化物引发，形成自由基，自由基之间形成交联键，由线形高分子形成三维立体结构高分子。该绝缘材料主要性能如下表1：表1物理性能注：用于交联样本的判断表2电性能绝缘屏蔽层11外侧设置有半导电阻水缓冲层12；本实施例中，半导电阻水缓冲层12采用遇水膨胀速率高的半导电阻水带；。半导电阻水缓冲层12外侧设置有合金铅套13；本实施例中，合金铅套13为径向防水层采用挤包的优质铅合金材料。合金铅套13的外侧设置有半导电PE套14，本实施例中，半导电PE套14挤出防止铅护套生产过程中受损。半导电PE套14外侧设置有内衬层15。本实施例中，内衬层15采用PP绳和电缆专用的改性沥青制成，本产品在电缆金属护层表面(铅套表面、钢丝表面)均浇灌了耐腐蚀性优异的电缆改性沥青，该沥青采用了特种配方，有良好的粘附性能。改性沥青配方为表3：表3改性沥青配方材料重量(kg)沥青500PE(熔融指数小于100)23松香23偶联剂2.8内衬层15外侧设置有钢丝铠装层16，钢丝铠装层16包括若干根钢丝16a，钢丝16a直径为3.0mm、5.0mm、6.0mm或8.0mm。本产品抗拉层采用粗圆或扁钢丝(双层或单层)及锌-铝-镁合金镀层钢丝，粗圆钢丝直径可采用5.0mm、6.0mm或8.0mm。采用扁钢丝是，厚度可采用3.0mm、5.0mm、6.0mm。本实施例中，采用粗圆钢丝，直径为6.0mm。(根据海缆敷设水深，300米以下一般采用单层钢丝铠装，300米及以上采用双层反向钢丝铠装)钢丝铠装满足电缆敷设深度，确保海缆承受较大的抗拉力。该材料耐腐蚀性能是普通热镀锌钢丝的8.76倍。该镀层利用了牺牲阳极的电化学保护和腐蚀产物膜保护的双重作用，一旦保护膜形成后就不再被腐蚀，大大延长了电缆的使用寿命。本发明涉及的高电压、超大截面、大容量以及通信传输主要适用于大长度海底输电用电力电缆，同时适合各种水下输配电系统以及设备连接。本专利提供了一种高压及超高压交联聚乙烯绝缘直流海底电缆。此电缆具有较好的耐腐蚀、高抗拉、高阻水性能，能长期浸泡在海水中，不受敷设落差限制，完全能满足大长度、大功率的海底电力直流输电系统的要求，实现电力、通信以及海缆运行监控目标。钢丝铠装层16内设置有光缆17，光缆17的两侧均设置有填充条；填充条的外径与钢丝16a的外径相同并大于光缆17的外径；钢丝铠装层16的外侧设置有外被层18。本实施例中，外被层18采用沥青、PP绳、沥青、PP绳、沥青、无纺布包带组成。各型线单线之间均设置有阻水胶；各层与各层之间均设置有半导电阻水带。本实施例中，光缆采用的是单模光纤和多模光纤，外层是不锈钢松套管和PE护套，松套管内充满阻水油膏。为了使光缆不受机械外力作用，光缆的外径小于铠装用钢丝的外径，光缆呈对称放置，并且在光缆两侧采用圆形的PE条进行保护。光缆复合时与内层钢丝同层绞合，并留有一定的余长。光电复合目的是使其具备在输送电能的同时进行状态监测、远程控制、预警功能的能力，实现电力传输和实时监测。有效识别直流海底电缆护层缺陷、故障、异常过热及火灾的发生，使电缆具备一定的早期故障预测能力。本发明导体结构不在GB/T3956-2008标准范围内，考虑到大截面、高电压、大容量传输，满足海缆敷设环境要求，需进行产品结构设计，通过对几种结构设计分析和比较，最终选择最佳方案。1)紧压圆形+阻水结构，根据国标GB/T3956-2008规定，第2种紧压圆形绞合导体结构可满足要求，但超大截面导体紧压圆形绞合单线丝径较粗，紧压后外径较大，丝径间的缝隙不易填充，阻水效果不好，且导体紧压填充系数很难达到90％以上。存在很大的缺陷，不宜采用。2)分割导体+阻水结构，分割导体根据高压电缆标准要求，一般情况下800mm2及以上宜采用分割导体，而海缆采用分割导体+阻水材料的阻水效果也不好，国内外暂没有这种结构，也不宜采用。3)圆形+型线+阻水结构，中心采用紧压圆形绞合导体，逐层外采用型线的绞合，此结构生产不稳定，加工效果不良，且圆形与型线界面间的阻水效果也不是好，很难达到阻水要求，也不宜采用4)型线+阻水结构，中心导体采用6边型导体，而不采用圆形导体，其目的多边形的绞合导体中心绞合是不宜拔出，更加稳固。而采用圆形时容易抽丝。导体绞合方式为1+6+12+18+24+30+36正规绞合。导体绞合层与层间采用型线导体，此结构加工后外径小，且导体紧压系数能达到不小于0.9，型线间缝隙易填充阻水材料，导体结构稳定，且满足超大截面阻水结构，软接头导体焊接易恢复，因此，此结构是最佳选择方案。本实施例中，电缆的阻水层结构包含了纵向阻水层和径向阻水层，纵向阻水层包含于导体内部以及绝缘线芯外部，导体内部采用阻水胶或阻水高，满足渗水下的阻水性能。导体绝缘线芯外部采用的是高阻水性能的半导电阻水带，该阻水材料遇水迅速膨胀，有效阻止水的纵向漫延，达到良好的纵向阻水效果。电缆的径向阻水层采用一层挤包的合金铅套，该金属套为致密的无缝圆管，管的外壁涂覆了一层防腐沥青，其外挤包一层半导电PE护套，该综合阻水层不仅有良好的径向阻水效果，而且还有优异的耐腐蚀性能，使电缆在海底安全运行得到充分的保障。直流海底电缆的截面为3000mm2-4000mm2。本实施例中，导体结构为3500mm2,结构为1+6+12+18+24+30+36；共127芯，导体总截面积为3499.7mm2，导体外径68.7mm。本发明的结构是针对大截面(3000mm2-4000mm2)电缆使用。在制造这种大截面导体时采用本发明的结构，能够有效的的提高阻水效果，克服敷设受落差限制的难题；满足大长度、大功率和大容量的要求；有效的提高耐腐蚀和抗拉力性能，延长电缆寿命，降低了成本。但是，本结构如果用在小于3000mm2-4000mm2的小截面电缆上，不仅不具备以上有益效果，甚至使用寿命更短，效果更差，所以本层状结构只针对3000mm2-4000mm2的大截面电缆才能够有效的产生以上有益效果。现有技术通过采用交联聚乙烯绝缘料能够解决敷设落差的问题，但是在电缆使用时稳定性较差，在本实施例中，将交联聚乙烯绝缘料与本发明的六边形的支撑芯1和型线层结合使用，有效的提高了稳定性，并且在与层状结构相结合使用过后，更加进一步的提高了稳定性(只是针对大截面导体)。本发明可以通过工厂接头(软接头)将两根导体焊接在一起。工厂接头采用专用的接头设备，包括挤包硫化的形式，导体接头采用低电阻的银焊条，分层错接的方式焊接；利用金属化合物化学反应热作为热源，通过过热的(被还原)熔融金属，直接或间接放热焊接；整体焊接，采用钨极氩弧焊焊接方式，将导体整体焊接，导体焊缝呈扇形，焊接时以氩气、氦气等惰性气体为保护气体，防止导体过度氧化；导体焊接以确保电缆抗拉强度和电气性能满足要求。绝缘接头设备采用双螺杆挤出机，将新型的改性交联聚乙烯绝缘料及半导电屏蔽料逐层恢复，达到与电缆本体性能一致的效果。铅护套以及半导电PE护套恢复是采用预制铅管焊接恢复，通过专用铅套拉拔模具，将焊接好的铅套拉拔使外径与本体外径相近，然后恢复半导电PE护套。确保电缆软接头处外径与本体外径相近，以便后续工序生产导体焊接100，大长度海缆生产的关键首要步骤即导体焊接。实现两根电缆连接的第一个环节，一般分为放热式焊接、整体焊接、分层错位焊接。其焊接抗拉强度需达到电缆本体的85％；内屏蔽层恢复区域20，导体焊接恢复完毕后经过打磨处理，然后在该区域进行内屏蔽恢复；绝缘层恢复区域30，该区域继上道工序完后利用专用模具、专用挤出设备完成绝缘层恢复，并进行硫化；绝缘屏蔽层恢复区域40，一般情况下绝缘层恢复完后外径比本体外径要大，因此需精削、打磨至外径与本体外径相近。内屏蔽预留50，两根电缆内屏蔽预留部位，其目的是接头处的内屏蔽与本体内屏更好的相容；反应力锥60，绝缘恢复时需精削的反应力锥，其目的是使软接头处的绝缘与本体绝缘界面光滑过度，改善绝缘界面处电场的分布；绝缘层屏蔽预留70，同内屏蔽预留同理，绝缘层恢复完后再喷半导电漆；铅护套以及半导电PE外护套恢复80，控制铅护套恢复外径以及半导电PE外护套外径，确保软接头处外径与本体外径相近，且满足物理性能，以便后续工序生产。以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本
技术领域：
中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。当前第1页1 2 3