海纜的種類可以從四個方面來簡單劃分。從結構上看,主要分為三芯海纜和單芯海纜,中低壓線路使用三芯海纜居多,高壓線路使用單芯海纜居多;從功能上看,半個世紀前,海纜只有單純的電能傳輸功能,現(xiàn)在的海纜集成了兩種功能,有效地實現(xiàn)了電能和信號在同一根纜線上傳送;從絕緣組成看,分為充油絕緣海纜和擠出塑料絕緣海纜;從負荷類型看,分為直流海纜和交流海纜,直流海纜特點是損耗小,易于實現(xiàn)長距離輸電,但直流海纜的應用經(jīng)驗并不豐富,直流換流站等配套建設費用高昂,交流海纜損耗大,但運維技術成熟,配套建設費用小,因此海纜線路設計者們通常要進行技術和經(jīng)濟上的權衡,實現(xiàn)效益最大化。
發(fā)展大事記
1954年瑞典哥特蘭島與大陸之間敷設了世界上第一條商業(yè)運行的100 kV,長度 98 km海纜。
1986年珠江-虎門海纜工程投運,該工程是我國最早的海纜工程,輸電電壓等級 220kV,長度2.7 km,輸送容量 380 MW。
2009年中國海南500 kV聯(lián)網(wǎng)工程投運,該工程是目前世界最高電壓等級的交流海纜工程之一,實現(xiàn)了600 MW的電能傳輸。
2018年擬于2018年投運的舟山500 kV聯(lián)網(wǎng)輸變電工程將使用國際首創(chuàng),國內自主研發(fā)的500 kV交聯(lián)聚乙烯絕緣海底電纜,該海纜系統(tǒng)正在中國電科院電力工業(yè)電氣設備質量檢驗測試中心進行試驗檢測。
國外權威市場研究機構Navigant Research稱,保守預計2023年,全球海底電力電纜安裝數(shù)量將達到304條,預計2017-2021年全球海底電力電纜年復合增率將達到5.12%。這是近年世界經(jīng)濟一體化、能源需求日益強烈、環(huán)境友好要求等因素共同推動的結果,越來越多的海纜工程已經(jīng)為世界海洋經(jīng)濟的發(fā)展吹響了號角。全球海纜連接如下圖所示。
全球海纜連接示意圖
生命起源于海洋,人類繁衍于陸地,人類對海洋有天生的親近感,但海洋的神秘莫測并不遜色于浩瀚的宇宙。海洋環(huán)境的復雜性對海纜工程提出了很高的要求,海纜工程是世界公認的難題,施工難度大,維護成本高,世界上只有少數(shù)企業(yè)有能力進行海底高壓電纜的敷設與調試,海纜市場的發(fā)展受到了很大的限制。不過,隨著技術的發(fā)展,需求的快速增長,越來越多的企業(yè)開始投入到海纜輸電整體解決方案中。對于深度小于200米的淺海區(qū),通常采用埋設,對于深度大于200米的深海區(qū),通常采用敷設,主要涉及三個階段:勘察清理,海纜敷設和沖埋保護。
海纜的敷設
海纜的絕緣結構和陸地電纜基本一致,但是由于海纜的應用環(huán)境比陸地復雜很多,因此設計者們給它多穿了一套“軟猬甲”,保護海纜免受損傷。典型的海纜結構如下圖所示。
典型的海纜結構
最外層是PP繩和瀝青,用來抵御海水腐蝕、下一層是鋼絲鎧裝,用來加強海纜的機械強度,防止外力破壞、鉛護套用來抵御海水腐蝕和強大的水壓、阻水層可以阻止當鉛護套損壞時,海水滲入鉛護套并沿軸向擴散、海纜絕緣層和陸纜絕緣層沒有區(qū)別,用來傳送能量、內外屏蔽層用來均勻電場分布,提高絕緣壽命、基于阻水考慮,采用緊壓導體引導能量傳輸。正是這些獨特的機械和電氣設計,海纜才可以“安心”地躺在海底工作。