淺談海上風(fēng)電場海底電纜的監(jiān)測與維護[文書特制]

1、淺談海上風(fēng)電場海底電纜的監(jiān)測與維護摘要：海底高壓電纜是海上風(fēng)電場傳輸電能的重要紐帶，因此，海底電纜的安全運行對海上風(fēng)電場系統(tǒng)至關(guān)重要。海底電纜運行環(huán)境復(fù)雜，存在的不安全危險因數(shù)多。最初，技術(shù)發(fā)展不成熟，對海纜運行情況的在線監(jiān)測比較薄弱，現(xiàn)如今，隨著海上能源不斷開發(fā)，海纜的應(yīng)用也越來越廣，海纜運行的監(jiān)測技術(shù)也隨之發(fā)展。本文結(jié)合國內(nèi)海纜運行狀況，重點闡述海上風(fēng)電場海纜的在線監(jiān)測與維護。關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電場；海底高壓電纜；在線監(jiān)測；維護0前言 隨著化石能源儲存量的不斷減少，全球環(huán)境的不斷惡化，風(fēng)電、光伏太陽能等清潔能源已成為未來能源開發(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

2、小時高的特點，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)展較早的歐洲國家，已把風(fēng)電開發(fā)的重點轉(zhuǎn)向了海上風(fēng)電。到2013年底，全球海上風(fēng)電裝機容量695萬千瓦，主要集中在歐洲，裝機容量656萬千瓦，占全球海上風(fēng)電裝機容量的90%以上，其中英國368萬千瓦，占53%。其次丹麥127萬千瓦，比利時57萬千瓦、德國52萬千瓦。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)電達到4000萬千瓦和2030年達到1.5億千瓦的發(fā)展目標。我國具有較好的海上風(fēng)能資源。初步估計，海上風(fēng)電開發(fā)潛力約5億千瓦時。為促進我國海上風(fēng)電發(fā)展， 2014年，國家能源局召開“全國海上風(fēng)電推進會”，并公布了全國海上風(fēng)

3、電開發(fā)建設(shè)方案（2014-2016），涉及44個海上風(fēng)電項目，共計逾10GW裝機容量。 海底電纜作為海上風(fēng)電場電能輸送通道，其安全可靠運行對海上風(fēng)電場系統(tǒng)的安全運行至關(guān)重要。而海纜工作的環(huán)境極其復(fù)雜并存在不可預(yù)見性的特點，尤其是存在船只拋錨，損壞海纜的風(fēng)險性大。為確保海纜的安全運行，對海纜的在線監(jiān)測，極其重要，也是海上風(fēng)電場面臨的重要性課題。1 海纜在海上風(fēng)電場的設(shè)置目前，我國海上風(fēng)電場升高電壓通常采用二級升壓方式（少數(shù)采用三級），即風(fēng)力發(fā)電機組輸出電壓690V經(jīng)箱變升壓至35kV后，分別通過35kV集電海底電纜匯流至110kV或220kV升壓站，最終通過110kV或220kV線路接入電網(wǎng)。一

4、般來說，應(yīng)根據(jù)海上風(fēng)場容量、接入電網(wǎng)的電壓等級和綜合經(jīng)濟性規(guī)劃海上風(fēng)電場風(fēng)能傳輸方式，既可采用二級升壓方式也可采用三級升壓方式。如果風(fēng)電場較?。?00MW以內(nèi)）且離岸較近（不超過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)電場容量較大且離陸地較遠，考慮到35kV電纜傳輸容量、電壓降、功率因數(shù)等問題，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)實際情況確定是否設(shè)立。海纜的電壓等級可根據(jù)各國各地區(qū)不同的電網(wǎng)形式進行選擇，如歐洲國家選用20kV或30kV中壓海底電纜匯集風(fēng)場電能至岸上或海上升壓站，我國主要采用35kV海底電纜。圖1為三種不同的輸送方

5、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)電場風(fēng)能的三種輸送方式3 海底電纜監(jiān)測技術(shù)由于海底電纜深埋海底，其運行狀態(tài)及故障的監(jiān)測尤為重要。一旦出現(xiàn)故障，其探測和修復(fù)往往將耗費大量的人力、財力和時間，甚至超

6、過新敷設(shè)一根電纜的投入。如果保護層進水，水很快會沿著護套、絕緣和線芯流動，擴大故障范圍，甚至造成整條電纜報廢。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)測普遍采用絕緣電阻法和示波器法，可迅速測出海底電纜是否受損以及故障點距某一端的距離。絕緣電阻法是比較簡單明了的判斷方法，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距儀，讀取故障點的波形及其位置，可直接確定故障點的位置。如果電纜較長或者示波器示意不太準確，可從電纜兩端分別測試，再根據(jù)電纜的總長度合理判斷故障點位置。隨著科技的不斷發(fā)展，針對海底電纜的監(jiān)測，提出了采用基于 BOTDR 技術(shù)的分布式光纖傳感系統(tǒng)監(jiān)測電纜所受外

7、力變化和監(jiān)測電纜內(nèi)部溫度變化的技術(shù)，以及應(yīng)用局部放電檢測技術(shù)監(jiān)測電纜絕緣破損后的放電現(xiàn)象。電纜截面溫度場和電纜外表受力的數(shù)值模擬分布式光纖傳感監(jiān)測電纜內(nèi)部不同溫度和外部受力變形的實驗，以及電纜絕緣破損后的局部放電監(jiān)測表明，該方法可在線監(jiān)測海底電纜的工作狀態(tài)和主要故障。南方電網(wǎng)公司對海南聯(lián)網(wǎng)海底電纜護套絕緣的監(jiān)測，利用了基于 Matlab 建立的護套感應(yīng)電流和電容電流模型，討論了電纜護套絕緣在各種故障情況下護套電流的響應(yīng)特性 4。 研究發(fā)現(xiàn)，海底電纜護套中的感應(yīng)電流與電纜護套絕緣狀態(tài)的關(guān)系不密切，無論護套絕緣是否發(fā)生異常，其感應(yīng)電流基本保持不變；護套電容電流則與電纜護套絕緣關(guān)系密切，而且這種關(guān)系呈現(xiàn)出單一的函數(shù)對應(yīng)關(guān)系。因此，可以從電纜兩端測得的電容電流的大小分析計算出電纜護套故障的相別和位置，進而實現(xiàn)對海底電纜外絕緣情況的監(jiān)測 。舟山電力局共管轄35千伏及以上輸電海纜27條，總長度達336.6千米，海纜監(jiān)測形勢嚴峻。為此，舟山電力局建立了海纜運行監(jiān)控一體化系統(tǒng)平臺，該平臺完全整合