淺談海上風(fēng)電場(chǎng)海底電纜的監(jiān)測(cè)與維護(hù).doc

.淺談海上風(fēng)電場(chǎng)海底電纜的監(jiān)測(cè)與維護(hù)摘要：海底高壓電纜是海上風(fēng)電場(chǎng)傳輸電能的重要紐帶，因此，海底電纜的安全運(yùn)行對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)至關(guān)重要。海底電纜運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，存在的不安全危險(xiǎn)因數(shù)多。最初，技術(shù)發(fā)展不成熟，對(duì)海纜運(yùn)行情況的在線監(jiān)測(cè)比較薄弱，現(xiàn)如今，隨著海上能源不斷開(kāi)發(fā)，海纜的應(yīng)用也越來(lái)越廣，海纜運(yùn)行的監(jiān)測(cè)技術(shù)也隨之發(fā)展。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)海纜運(yùn)行狀況，重點(diǎn)闡述海上風(fēng)電場(chǎng)海纜的在線監(jiān)測(cè)與維護(hù)。關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電場(chǎng)；海底高壓電纜；在線監(jiān)測(cè)；維護(hù)0前言 隨著化石能源儲(chǔ)存量的不斷減少，全球環(huán)境的不斷惡化，風(fēng)電、光伏太陽(yáng)能等清潔能源已成為未來(lái)能源開(kāi)發(fā)的重要領(lǐng)域。風(fēng)電包含陸上風(fēng)電和海上風(fēng)電，海上風(fēng)電具有風(fēng)速穩(wěn)定、利用小時(shí)高的特點(diǎn)，目前已成為風(fēng)電發(fā)展的重要領(lǐng)域，特別是風(fēng)電發(fā)展較早的歐洲國(guó)家，已把風(fēng)電開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了海上風(fēng)電。到2013年底，全球海上風(fēng)電裝機(jī)容量695萬(wàn)千瓦，主要集中在歐洲，裝機(jī)容量656萬(wàn)千瓦，占全球海上風(fēng)電裝機(jī)容量的90%以上，其中英國(guó)368萬(wàn)千瓦，占53%。其次丹麥127萬(wàn)千瓦，比利時(shí)57萬(wàn)千瓦、德國(guó)52萬(wàn)千瓦。為引導(dǎo)海上風(fēng)電發(fā)展，2010年歐盟提出了到2020年海上風(fēng)電達(dá)到4000萬(wàn)千瓦和2030年達(dá)到1.5億千瓦的發(fā)展目標(biāo)。我國(guó)具有較好的海上風(fēng)能資源。初步估計(jì)，海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)潛力約5億千瓦時(shí)。為促進(jìn)我國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展， 2014年，國(guó)家能源局召開(kāi)“全國(guó)海上風(fēng)電推進(jìn)會(huì)”，并公布了全國(guó)海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)建設(shè)方案（2014-2016），涉及44個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目，共計(jì)逾10GW裝機(jī)容量。 海底電纜作為海上風(fēng)電場(chǎng)電能輸送通道，其安全可靠運(yùn)行對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。而海纜工作的環(huán)境極其復(fù)雜并存在不可預(yù)見(jiàn)性的特點(diǎn)，尤其是存在船只拋錨，損壞海纜的風(fēng)險(xiǎn)性大。為確保海纜的安全運(yùn)行，對(duì)海纜的在線監(jiān)測(cè)，極其重要，也是海上風(fēng)電場(chǎng)面臨的重要性課題。1 海纜在海上風(fēng)電場(chǎng)的設(shè)置目前，我國(guó)海上風(fēng)電場(chǎng)升高電壓通常采用二級(jí)升壓方式（少數(shù)采用三級(jí)），即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出電壓690V經(jīng)箱變升壓至35kV后，分別通過(guò)35kV集電海底電纜匯流至110kV或220kV升壓站，最終通過(guò)110kV或220kV線路接入電網(wǎng)。一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)根據(jù)海上風(fēng)場(chǎng)容量、接入電網(wǎng)的電壓等級(jí)和綜合經(jīng)濟(jì)性規(guī)劃海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能傳輸方式，既可采用二級(jí)升壓方式也可采用三級(jí)升壓方式。如果風(fēng)電場(chǎng)較?。?00MW以內(nèi)）且離岸較近（不超過(guò)15km），可選用35kV海底光電復(fù)合電纜直接把電能輸送到岸上升壓站。若海上風(fēng)電場(chǎng)容量較大且離陸地較遠(yuǎn)，考慮到35kV電纜傳輸容量、電壓降、功率因數(shù)等問(wèn)題，大多采用設(shè)立海上升壓站（或海島升壓站）的方式，岸上升壓站可根據(jù)實(shí)際情況確定是否設(shè)立。海纜的電壓等級(jí)可根據(jù)各國(guó)各地區(qū)不同的電網(wǎng)形式進(jìn)行選擇，如歐洲國(guó)家選用20kV或30kV中壓海底電纜匯集風(fēng)場(chǎng)電能至岸上或海上升壓站，我國(guó)主要采用35kV海底電纜。圖1為三種不同的輸送方式。高壓電纜或架空線35kV海纜1kV電纜并入電網(wǎng)岸上升壓站（110kV或220kV）經(jīng)箱變升壓（35kV）風(fēng)機(jī)輸出電壓（690V） 110kV 或220kV海纜35kV海纜1kV電纜經(jīng)箱變升壓（35kV）海上升壓站（110kV或220kV）風(fēng)機(jī)輸出電壓（690V）并入電網(wǎng)高壓電纜或架空線110kV海纜35kV海纜1kV電纜風(fēng)機(jī)輸出電壓（690V）經(jīng)箱變升壓（35kV）海上升壓站（110kV）陸上升壓站（220kV）并入電網(wǎng)圖1海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能的三種輸送方式3 海底電纜監(jiān)測(cè)技術(shù)由于海底電纜深埋海底，其運(yùn)行狀態(tài)及故障的監(jiān)測(cè)尤為重要。一旦出現(xiàn)故障，其探測(cè)和修復(fù)往往將耗費(fèi)大量的人力、財(cái)力和時(shí)間，甚至超過(guò)新敷設(shè)一根電纜的投入。如果保護(hù)層進(jìn)水，水很快會(huì)沿著護(hù)套、絕緣和線芯流動(dòng)，擴(kuò)大故障范圍，甚至造成整條電纜報(bào)廢。因此 ， 必須盡快修復(fù)海底電纜的故障。近幾年，海底電纜監(jiān)測(cè)普遍采用絕緣電阻法和示波器法，可迅速測(cè)出海底電纜是否受損以及故障點(diǎn)距某一端的距離。絕緣電阻法是比較簡(jiǎn)單明了的判斷方法，其根據(jù)電纜絕緣情況即可找出故障相。示波器法采用電纜故障測(cè)距儀，讀取故障點(diǎn)的波形及其位置，可直接確定故障點(diǎn)的位置。如果電纜較長(zhǎng)或者示波器示意不太準(zhǔn)確，可從電纜兩端分別測(cè)試，再根據(jù)電纜的總長(zhǎng)度合理判斷故障點(diǎn)位置。隨著科技的不斷發(fā)展，針對(duì)海底電纜的監(jiān)測(cè)，提出了采用基于 BOTDR 技術(shù)的分布式光纖傳感系統(tǒng)監(jiān)測(cè)電纜所受外力變化和監(jiān)測(cè)電纜內(nèi)部溫度變化的技術(shù)，以及應(yīng)用局部放電檢測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)電纜絕緣破損后的放電現(xiàn)象。電纜截面溫度場(chǎng)和電纜外表受力的數(shù)值模擬分布式光纖傳感監(jiān)測(cè)電纜內(nèi)部不同溫度和外部受力變形的實(shí)驗(yàn)，以及電纜絕緣破損后的局部放電監(jiān)測(cè)表明，該方法可在線監(jiān)測(cè)海底電纜的工作狀態(tài)和主要故障。南方電網(wǎng)公司對(duì)海南聯(lián)網(wǎng)海底電纜護(hù)套絕緣的監(jiān)測(cè)，利用了基于 Matlab 建立的護(hù)套感應(yīng)電流和電容電流模型，討論了電纜護(hù)套絕緣在各種故障情況下護(hù)套電流的響應(yīng)特性 4。 研究發(fā)現(xiàn)，海底電纜護(hù)套中的感應(yīng)電流與電纜護(hù)套絕緣狀態(tài)的關(guān)系不密切，無(wú)論護(hù)套絕緣是否發(fā)生異常，其感應(yīng)電流基本保持不變；護(hù)套電容電流則與電纜護(hù)套絕緣關(guān)系密切，而且這種關(guān)系呈現(xiàn)出單一的函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，可以從電纜兩端測(cè)得的電容電流的大小分析計(jì)算出電纜護(hù)套故障的相別和位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)海底電纜外絕緣情況的監(jiān)測(cè) 。舟山電力局共管轄35千伏及以上輸電海纜27條，總長(zhǎng)度達(dá)336.6千米，海纜監(jiān)測(cè)形勢(shì)嚴(yán)峻。為此，舟山電力局建立了海纜運(yùn)行監(jiān)控一體化系統(tǒng)平臺(tái)，該平