[发明专利]水下电缆和水下电缆操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及水下电缆领域。具体地说，本发明涉及通过水下电缆传输交流(AC)电能和直流(DC)电能。

背景技术

水下电缆在多种情况下使用，诸如在离岸风电场、对岛屿的电力供应、自主电网的连接、海上平台的电力供应、短距离横越(例如，跨河流、水道、海峡、峡湾、海湾或湖泊的电力输送)中。一般所输送的电力处于高电压(HV)，例如处于大于30kV的电压。

已知的交流水下电力输送系统通常包括电缆，该电缆包括三条在共有的铠装层中受独立屏蔽和包封的电绝缘的导体或芯线。

已知的直流水下电力输送系统通常包括两条单芯线水下电缆，在该电缆中每条绝缘导体或芯线被铠装层适当地屏蔽和包围。在一些实例中，两条绝缘并被屏蔽的导体绞合并被共有铠装层包封，形成扁平直流电缆。扁平双芯线电缆可在仅一个方向上轻易地弯曲。这个性质使得制造、装载和安装较困难且需要相当大的对设备的投资。结果是，提供各自单独铠装的两条独立的单芯线水下直流电缆对直流水下电力输送系统来说更普遍。

水下电缆在安装期间受到机械力而铠装层提供必要的承受能力和一些对于来自外部的损伤的机械保护。

在一些实际应用中，以直流电和交流电沿同样的线路同时或不同时传输电能都是必要的。

“风能转化技术的优势”，187-188页，ISBN978-3-540-88257-2，Springer 2011涉及离岸风电场的电网融合。对于装备有交流-直流-交流转换器的风力涡轮机，解决方法是将高压交流电和高压直流电系统结合。该文件图7中例示的方案包括200MW高压交流电缆线路和分离的800MW高压直流电缆对。

Granadino等人发表的“400kV 700MW Fluid Filled Submarine Cables for the Spain-Morocco Interconnection”,，2000年会议，21-301涉及包括水下连接的电力网络。该连接传输的电力是交流电，然而，电缆和配件被设计和测试以能够在将来以直流电操作。因此，电缆应适用于交流和直流电传输。对于此类电缆，提出“流体填充”设计。

发明内容

本发明处理的技术问题是简化需要交流电力和直流电力输送的水下电力连接，由此降低其制造和安装成本。

申请人已发现两条直流电力芯线和交流三相电缆可被连接以形成具有基本呈圆形的截面的单一水下电缆系统，其中所有芯线都被共有的铠装层包围。

所设想的水下电缆系统允许部署两条用于传输直流电的芯线和用于以单体传输交流电的三相电缆，并且降低成本。进一步降低成本通过提供单个铠装层代替三个铠装层(一层用于三相交流电缆，两层用于两条单芯线直流电缆)的可能性实现。其他的向部署地点的运送、铺设、保护预计将更廉价。

根据第一方面，本发明涉及一种水下电缆系统，该水下电缆系统具有大体呈圆形的截面，该系统包括：

第一绝缘芯线和第二绝缘芯线；

三相电缆，包括三条绞合绝缘芯线，三相电缆与第一绝缘芯线和第二绝缘芯线绞合；

铠装层，包围第一绝缘芯线、第二绝缘芯线和三相电缆。

在本说明书和权利要求书中，“绝缘芯线”意味着具有圆形截面并依次被内部半导体层、绝缘层、外部半导体层和金属屏障包围的电导体。在三相电缆的情况中，作为用于三条绝缘芯线中的每一条的金属屏障的替代，提供单一金属屏障以包围全部三条绝缘芯线。

本发明提出的电缆系统的第一和第二绝缘芯线适用于直流传输。三相电缆的三条绞合的绝缘芯线适用于交流传输。“适用于”意味着电缆系统部分被设计用于计划的电流输送，例如，绝缘层应选择为使交流损失最小化或避免本领域技术人员已知的直流传输的空间电荷积累并根据特定应用的需求进行选择。

根据实施例，所述三相电缆包括包围三条绞合绝缘芯线的第一护套，和在此情况下，围绕三条绞合绝缘芯线的金属屏障。在第一护套和三条绞合绝缘芯线之间提供填充物。

三相电缆的三条绝缘芯线沿第一倾角和第一扭绞方向以单向扭绞绞合，或以S-Z扭绞绞合。第一芯线、第二芯线和三相电缆沿第二倾角和第二扭绞方向以单向扭绞绞合，或以S-Z扭绞绞合。

“单向扭绞”意味着以沿电缆长度的连续螺旋绞合。“S-Z扭绞”意味着螺旋方向沿电缆长度周期性反转的绞合。

有利的是，当三条绝缘芯线的绞合以及第一芯线与第二芯线和三相电缆的绞合均形成为单向扭绞时，第二扭绞方向与第一扭绞方向相反。