海底电缆在海上风电的应用
2020-10-26
海上风电场作为一个离岸的发电厂，需要源源不断地把发出的电力输送到岸上并入电网，同时需要分秒不停地与陆上集控中心进行信息交互。因此，海上风电的电力和通讯传输都是依靠海底电缆实现的。
1、海上风电的电缆类型
海上风电场的海底电缆的一端连接风电机组，另一端连接陆地升压站或集控中心，中间可能还要连接海上升压站或换流站。目前，我国海上风电场升高电压通常采用二级升压方案，即风电机组输出电压经箱变升压至35kV后，分别通过35kV海底电缆汇流至110kV或220kV升压站，最终通过110kV或220kV线路接入电网。因此，海上风电常用的海底电缆主要是35kV、110kV和220kV三种。
图1 海底电缆连接示意图
2、海上风电海底电缆两端连接
海底电缆并不像缆绳和绳索一样可以随意弯曲，电缆最小弯曲半径一般为电缆直径的6倍，而海底电缆的直径一般都在200mm以上，因此海底电缆的弯曲半径需要1.2m以上。过度的弯曲会造成电缆的破坏，因此在与结构连接时需要对电缆做好保护工作。海底电缆在风电基础附近一般会安装一段弯曲限制器，然后通过J型管进入风电基础。
图2 弯曲限制器
图3 海底电缆 J型管
海底电缆登陆端连接陆地升压站或集控中心。在登陆点通常会将电缆放置在石砌电缆沟或混凝土槽内，再回填泥沙，盖上盖板。
图4 海底电缆登陆端施工
3、海底电缆中间段
海底电缆在中间段一般埋在海底，除非无人类活动或有良好的海洋环境。海上风电位于近岸浅海区域，人类活动频繁，海底环境复杂。浅海区域海底冲刷严重，海底电缆裸露在海床上可能会引起海床冲刷掏蚀，出现海缆部分悬空而产生电缆过度弯曲损坏的风险；此外近海区域船舶的拖网、抛锚操作频繁，裸露的海底电缆风险较高，因此海上风电中间段均采用埋设的方法，将电缆埋在海底下2m左右。
随着海上风电往深远海发展，到达水深较深区域，如海底水流基本静止，且无人类活动，海底电缆可以不埋设。
4、漂浮式海上风电的动态电缆
随着海上风电往深远海发展，漂浮式海上风电正在逐步实现，如欧洲已建成的Hywind和Windfloat等（见前期漂浮式风电系列文章，Hywind漂浮式风电技术简析、WindFloat漂浮式风电技术简析等）。与固定式风电基础不同，漂浮式海上风电基础会在风、潮汐、波浪、海流等环境条件下运动，因此漂浮式海上风电的电缆连接需要采用动态电缆的连接方法。
漂浮式海上风电动态缆面临大截面、高电压、周期性负荷、绝缘老化、复杂环境载荷等耦合性问题，是目前海上风电的主要研究方向之一。
图5 海上风电场动态电缆示意图
图6 连接漂浮式风电的海底电缆
结语
虽然海底电缆历史较长，发展相对成熟，但是其应用在海上风电的时间并不长，如本文所述，目前还面临着许多具体问题。千尧科技专注于海上风电领域的各项问题，后续为读者带来一系列海底电缆的相关介绍、技术进展和分析。
来源:千尧科技
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