一种海上风电场用抗拉式沉浮复合电缆的制作方法

本实用新型专利属于电缆领域，具体涉及一种海上风电场用抗拉式沉浮复合电缆。

背景技术：

我国化石能源具有不可持续性且对环境造成了日益严重的影响。出于对化石能源枯竭的担忧，以及降低化石能源的依赖，各国和地区纷纷把开发利用可再生能源作为国家能源战略的重要组成部分及实现可持续发展的重要途径。根据巴黎气候协定，我国承诺到2030年依靠可再生能源能满足20%的能源需求；海上风电的发展是实现这一目标的重要组成。

我国具有丰富的海上风电资源，拥有300万平方公里的辽阔海域，海上风能资源丰富。根据中国风能协会和世界自然基金会的评估，我国海上风能资源储量在离岸距离100千米、100米的高度范围内，风速可达7米/秒以上，年潜在发电能力达110×10¹²千瓦。

技术的发展使得海上风电的开发行为成为市场可能，海上风力涡轮机的技术进步，海上风电规模化布置等使得海上风电具备了与煤电等其他能源一较高下的成本可能。目前我国具备较好条件的海上风电成本约为0.6元/千瓦时，条件一般地区海上风电成本约为0.8元/千瓦时，在成熟的英国、德国，其海上风电的成本分别只有0.35元/千瓦时、0.46元/千瓦时，接近或低于我国火电标杆价格（0.358-0.444）价格，随着我国海上风电规模化部署，提升容量系数，降低建设和运营成本，探索深海浮式风场等先进技术，我国海上风电成本也将进一步下探。

我国的主要经济带主要集中在沿海地区，沿海地区集中了我国最发达的城市群和最集中的人口，能源需求巨大。但我国东部地区能源基础较为薄弱，因此国家启动了西电东送工程。而海上风电有着天然的海洋属性，具有很大的优势和发展前景，从而引发海上风电场用抗拉式沉浮复合电缆的研发。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的不足，提供一种海上风电场用抗拉式沉浮复合电缆，具有导电性能好，消除电缆自身发热现象，提高电缆的载流量，同时电缆具有结构柔软、防电磁干扰、接地可靠、使用范围广、安全性好、承载机械能力强、阻水效果好等特点；有效保障海上风电场系统电网安全、稳定、经济运行。

本实用新型所述的一种海上风电场用抗拉式沉浮复合电缆，包括动力系统线缆与仪器设备用控制线缆，所述多根动力系统线缆与多根仪器设备用控制线缆绞合成缆芯，在缆芯的空隙处填充阻水纱或阻水绳，在缆芯外绕包半导电阻水带，在半导电阻水带外设有抗拉增强型编织层，编织密度应不小于80%；在抗拉增强型编织层外设有阻水层，在阻水层外设有镀锡铜丝编织屏蔽层，在镀锡铜丝编织屏蔽层外挤包发泡聚醚型聚氨酯外护套。

进一步改进，所述的动力系统线缆包括动力导体，在动力导体外挤包齿形绝缘层，构成动力绝缘线芯；所述的齿形绝缘层外表面上等间距设有与齿形绝缘层为一体结构的齿形柱，在每两个齿形柱之间放置直径小于每两个齿形柱之间距离的凯拉夫涤纶承载绳后再沿着各个齿形柱外边缘以及凯拉夫涤纶承载绳与两个齿形柱之间的空隙中挤包聚氨酯弹性体隔离层，在聚氨酯弹性体隔离层外设有由以同心式方式疏绕多根股线构成的外导体后再挤包tpe热塑性弹性体塑料护套。

进一步改进，所述的仪器设备用控制线缆包括线缆芯，所述的线缆芯由多组对绞监视绝缘线芯组互相对绞而成；在线缆芯的空隙处填充阻水纱或阻水绳；在缆芯外绕包聚四氟乙烯防水带，在聚四氟乙烯防水带外编织金属编织屏蔽层，编织密度应不小于80%；在金属编织屏蔽层外挤包聚氨酯护套。

进一步改进，所述的对绞监视绝缘线芯组由两根监视绝缘线芯对绞而成，所述的监视绝缘线芯由控制导体以及挤包在控制导体外的tpv聚烯烃合金热塑性弹性体绝缘层构成。

进一步改进，所述的阻水层由纵包铝塑复合带和挤塑在铝塑复合带外的tpe热塑性弹性体塑料层构成。

进一步改进，所述的股线由多股镀锡柔软铜丝以及在多股镀锡柔软铜丝之间的间隙处填充阻水粉或阻水纱后绞合而成。

进一步改进，所述的外导体的截面为动力导体的截面的1/2。

进一步改进，所述的金属编织屏蔽层由镀锡超细软铜丝编织而成。

进一步改进，所述的齿形绝缘层是由发泡型热塑性聚氨酯弹性体挤包而成。

进一步改进，所述抗拉增强型编织层由凯夫拉纤维绳编织而成。

本实用新型的有益效果在于：

1、通过电缆动力线芯导体单丝、股线及各层之间增加阻水纱和阻水粉的方式，切断水在导体内的间隙通道，起到较好的阻水效果，并且不影响导体的机械物理性能和电气性能；

2、电缆的动力系统线缆采用齿形支撑和在齿形绝缘间隙中增加承载线，此材料密度低、强度高、有更好的耐拉扯度、韧性好、耐高温为使线芯在一定的距离和长度上进行有效固定，减少线芯在传输过程中受到强度的伤害，提高电能传输的安全和稳定性；

3、通过动力系统线缆的绝缘采用挤出热塑性弹性体(tpe)塑料，提高产品的电绝缘性能、耐候性，抗疲劳性和耐温性，更环保无毒安全；

4、通过监视绝缘线芯的绝缘采用聚烯烃合金热塑性弹性体(tpv)塑料，提高产品的耐候型、抗老化、耐臭氧和耐紫外线功能；

5、通过增加疏绕的同心导体金属屏蔽层，使电缆的金属屏蔽层为电缆动力线芯导体标称截面的1/2，满足故障短路电流容量，同时来减小金属屏蔽层的感应电势；

6、通过在动力线芯成缆间、控制电缆间、监视线芯或信号线芯中的间隙处增加阻水纱或阻水绳，有效阻止水份的渗入，保证各个线芯间的干燥环境，防止电缆在交变电场下使绝缘产生水树，导致电缆最终击穿而损坏；

7、通过增加纤维丝编织层，使其具有一定的抗拉强度或整体电缆抗拉强度趋于平衡从而来保证电缆本体在沉浮过程中抗拖拽能力，提高电缆运行时安全性；

8、通过增加阻水层（纵包铝塑复合带+挤出热塑性弹性组成），铝塑复合带是由铝薄和聚乙烯塑料两张材料合成，其水密性比单一的聚乙烯要高几百倍甚至上千倍，接缝完全粘结且密实水分几乎是无法透过，提高电缆的整体阻水效果，保证电缆运行的稳定性及安全性；

9、通过护套采用发泡聚醚型聚氨酯塑料，提高电缆护层的耐候型、抗老化、耐臭氧和耐紫外线功能；

本实用新型是通过在导体内增加阻水纱或阻水粉，提高导体纵包阻水效果，齿形绝缘中增加纤维绳结构，及在绝缘外按照一定截面组成的同心式多股软导体，动力线芯、控制电缆、监视线芯或信号线的组合方式，使电缆本身具有使用性强、同时电缆具有结构柔软、防电磁干扰、接地可靠、使用范围广、安全性好、承载机械能力强、阻水效果好等特点；另外所采用的材料均为密度比较轻且安全环保性材料，有效保障海上风电场系统电网中电缆在沉浮过程中安全、稳定、经济运行。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型动力系统线缆的结构示意图；

图3为本实用新型仪器设备用控制线缆的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

如图1-3所示，本实用新型提供了一种海上风电场用抗拉式沉浮电缆，包括动力系统线缆21与仪器设备用控制线缆22；

所述的动力系统线缆包括动力导体1，在动力导体外挤包齿形绝缘层2，构成动力绝缘线芯；所述的齿形绝缘层外表面上等间距设有与齿形绝缘层为一体结构的齿形柱3，在每两个齿形柱之间放置直径小于每两个齿形柱之间距离的凯拉夫涤纶承载绳4后再沿着各个齿形柱外边缘以及凯拉夫涤纶承载绳与两个齿形柱之间的空隙中挤包聚氨酯弹性体隔离层5，采用齿形支撑和在齿形绝缘间隙中增加承载线，发泡型热塑性聚氨酯弹性体密度低、强度高、使得电缆有更好的耐拉扯度、韧性好、耐高温，使线芯在一定的距离和长度上进行有效固定，减少线芯在传输过程中受到强度的伤害，提高电能传输的安全和稳定性；在聚氨酯弹性体隔离层外设有由以同心式方式疏绕多根股线6构成的外导体7后再挤包tpe热塑性弹性体塑料护套8；所述的外导体的截面为动力导体的截面的1/2，即可作为动力系统电缆中的接地线和中性线使用，也可作为屏蔽层截面满足故障短路电流容量，同时来减小金属屏蔽层的感应电势；所述的股线由多股镀锡柔软铜丝以及在多股镀锡柔软铜丝之间的间隙处填充阻水粉或阻水纱后绞合而成，切断水在导体内的间隙通道，带到较好的阻水效果，并且不影响导体的机械物理性能和电气性能；

所述的仪器设备用控制线缆包括线缆芯，所述的线缆芯由多组对绞监视绝缘线芯组互相对绞而成；所述的对绞监视绝缘线芯组由两根监视绝缘线芯对绞而成，所述的监视绝缘线芯由控制导体9以及挤包在控制导体外的tpv聚烯烃合金热塑性弹性体绝缘层10构成；在线缆芯的空隙处填充阻水绳11；在缆芯外绕包聚四氟乙烯防水带12，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、防水性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力；在聚四氟乙烯防水带外编织金属编织屏蔽层13，其由镀锡超细软铜丝编织而成，编织密度应不小于80%；在金属编织屏蔽层外挤包聚氨酯护套14；

将多根动力系统线缆与多根仪器设备用控制线缆绞合成缆芯，在缆芯的空隙处填充阻水纱15，在缆芯外绕包半导电阻水带16，在半导电阻水带外设有抗拉增强型编织层17，该层由凯夫拉纤维绳编织而成，编织密度应不小于80%；在抗拉增强型编织层外设有阻水层18，所述的阻水层由纵包铝塑复合带181和挤塑在铝塑复合带外的tpe热塑性弹性体塑料层182构成，铝塑复合带是由铝薄和聚乙烯塑料合成，其水密性比单一的聚乙烯要高几百倍甚至上千倍，接缝完全粘结且密实水分几乎是无法透过，提高电缆的整体阻水效果，保证电缆运行的稳定性及安全性；在阻水层外设有镀锡铜丝编织屏蔽层19，在镀锡铜丝编织屏蔽层外挤包发泡聚醚型聚氨酯外护套20，提高电缆护层的耐候型、抗老化、耐臭氧和耐紫外线功能。

通过以上的改进，弥补了传统动力系统、控制电缆和监控系统用监控线等的单一性缺点，使其自身使用性强、同时电缆具有结构柔软、防电磁干扰、接地可靠、使用范围广、安全性好、承载机械能力强、阻水效果好等特点；另外所采用的材料均为密度比较轻且安全环保，有效保障海上风电场系统电缆在沉浮过程中安全、稳定、经济运行。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为属于本实用新型的保护范围。