额定电压220kV三芯(光电复合)海底XLPE电缆的设计和制造

摘要：对三芯220kV交联聚乙烯绝缘光电复合海底电缆的制造进行了介绍。

关键词：三芯（光电复合）海底XLPE电缆；设计；制造

Abstract: the manufacturing of three core 220kV XLPE insulated photoelectric composite submarine cable is introduced in this paper.

Keywords: three core (photoelectric composite submarine cable XLPE); design; manufacture

中图分类号：TM247文献标识码：A 文章编号：

前言

据目前所查资料，除Nexans曾经生产过一根3芯245kV和Prysmian曾经生产过一根3芯150kVXLPE电缆，其他额定电压110kV及以上电缆（包含海缆和陆缆）都采用单芯结构，这主要是由于110kV及以上的单根电单元重量重，尺寸大，如采用三芯制造对电缆制造过程的工艺技术、设备及材料等要求高、难度大，且敷设施工难。根据上述现像分析，目前使用的最高电压级最大截面的单芯电缆为500kV 3000mm2，其电缆外径不超过190mm、重量不超过45kg/m。而此次根据市场动向，决心开发额定电压220kV三芯（光电复合）海底XLPE电缆，此根电缆的设计外径约250mm，设计重量约100kg/m。关于详细的设计和制造经验如下。

设计

2.1设计结构图

根据以往的设计经验，对额定电压220kV三芯（光电复合）海底XLPE电缆设计径向剖面图如下：

2.2设计工艺流程图

依据上述的剖面图，结合以往的生产制造经验，特制定工艺流程图如下：

2.3设计难点解决方案

目前中国仅有个别厂家已有生产额定电压220kV单芯（光电复合）海底XLPE电缆外，其他并未见有相关报道。中国也因此部份积累了相关生产额定电压220kV单芯（光电复合）海底XLPE电缆。但对于生产额定电压220kV三芯（光电复合）海底XLPE电缆（以下简称三芯电缆），在设计上还需解决几大难点。

（1）铅套内半导电阻水带的设计

由于三芯电缆在成缆时，芯与芯之间受到的挤压力，不同于制造单芯时芯线受到的挤压力。而海底XLPE电缆的XLPE芯线和铅套之间的结构本身不同于陆上XLPE电缆的XLPE芯线和皱纹铝套之间的结构。所以在生产三芯电缆时，需解决铅套和XLPE芯线间力的缓冲，当然同时需保证良好的阻水性能。此次在设计时做了大量的对比试验，最后从阻水带的厚度、宽度及阻水带本身的性能上做了改进。

（2）填充的设计

此次的三芯电缆可以说是巨无霸的。本身三根电单元芯线已很粗，再把此三根电单元绞合形成的四个空隙也是远远超过传统的三芯电缆。对于最中心的空隙经过理论计算，最终采用传统填充材料可以满足要求。而其他三个理论是等面积的大空隙是此次设计需解决的关键所在。经过计算此空隙面积达到了近4200mm2，而传统的35kV 3*500平方电缆的填充空隙面积只有1500 mm2左右。众所周知，传统35kV 3*500平方电缆要想生产圆整也得彼费周折。而此次需要解决比传统35kV 3*500平方电缆大三倍的空隙，且需要考虑填充材料的防海水腐蚀及受力等性能。

从2.1设计结构图可以看出，此次设计把每个空隙进行细分，明确的说是三分，这样即解决了光缆复合的问题，又可以更好的保证圆整性。细分后的填充材料是关键所在，一是要有一定的防腐蚀性能，二是要有较好的受力特性。但如受力特性过好，却易对边上的光缆和芯线造成伤害，但如受力特性不好，易变形失去圆整。此根三芯电缆的填充单元最终采用的材料跳出了电缆填充领域，在经过多方讨论和找寻后，决定采如2.1设计结构图中的填充方式，两小一大。其中塑料填充材料采用聚丙烯。

（3）钢丝铠装的设计

由于此根三芯电缆的大和重，所以外层的铠装层也是关键所在。他需要承受电缆自身的力，还需要能承受敷设带来的力。同时由于受到传统设备的限制，需对铠装材料及根数等做修正。另还需兼顾到铠装外层的包裹材料，以保证铠装层不出现变形。

制造

对于三芯电缆芯线的制造，由于前期已有单芯220kV海缆的制造经验，

所以在三芯成缆前的制造，基本没有问题。主要需要解决的问题是在成缆工序。此次三芯电缆的最后一道工序是在立式成缆机上进行。

由于此次是有史以来第一次进行这么大规格的制造。所以制造前对成缆机设备上的每一道工序的设备和上述设计海缆的各项指标进行了核对。最基本的比如成缆机的中孔直径是否满足三芯电缆生产要求，牵引如何进行等，细节方面如成缆节距、分线盘、导轮等。

虽然在制造前经过理论的研究和计算，但由于此三芯电缆为超规格三芯电缆，所以实际生产中部份背离了当初的设计。比如成缆的节距，理论研究的节距约为4100mm，而在实际生产中经过多次调整，最终确认为约2100mm。经过此节距后，三芯电缆成缆后圆整美观，如下图：

另比如对于成品三芯电缆弯曲半径，按理论计算需要约3750mm。而在实际生产过程中，此三芯电缆的柔软超乎想象。成品电缆如下图：

4、总结

经过此次对三芯220kV交联聚乙烯绝缘光电复合海底电缆的制造，对超大规格海底电缆的设计、生产工艺水平、工装设备、制造及检验等各方面经验都有了不同程度的积累。同时对如此史无前例的规格电缆的制造有了感性和理性的认识，为下次制造更多其他规格三芯220kV海缆提供了更多的理论和实践结合的基础。开创了电缆制造史上的新篇章。