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JK鉴字[2016]第2081号长距离三芯110kV海缆敷设施工关键技术研究

一、成果信息
【完成单位】 中广核
【简要技术说明】 研究内容:
海上风电场本项目长距离三芯110kV海缆的敷埋理论、设备与施工关键技术;常规的海底电缆(110KV及以下)敷埋施工都需要先将海缆盘放到敷缆船上,通过退扭装置消除海缆的盘绕应力,用船上的海缆牵引设备将海缆牵引出缆池,然后通过导缆笼、埋设机一直敷设到海底,同时通过海底的高压水破土成槽设备将海缆埋到海床下一定深度。海上风电场本项目长距离三芯110kV海底电缆的特点是电压等级高、单根距离长,重量大;因此,在进行海上风电场本项目长距离三芯110kV海缆施工过程中,海缆的施工技术标准(特别是海缆盘放过程中的退扭形式、侧压力的控制指标、海缆施工中的张力控制方式、埋设深度的要求等技术标准)将大大高于常规110KV及以下海缆的技术标准。分析本项目长距离三芯110kV海缆的各项性能参数,研究满足海缆各项技术参数的海缆退扭、盘放技术和相应的设备,研究施工过程中海缆张力精确测试的技术和设备,研究施工过程中海缆张力的控制技术和设备,研究适合本项目长距离三芯110kV海缆的导缆笼,研究满足本项目长距离三芯110kV海缆埋深施工要求的埋设机(包括水力开槽设备、埋深监测设备及相应的控制系统)。
技术关键:
(1)中广核海上风电场项目长距离三芯110kV海缆施工长距离、大重量海缆盘放施工技术
由于本项目海缆单位重量大,人工很难推
动海缆绕缆池盘放,需要研究设计专用的机械臂进行海缆的盘放。正常的海缆施工是不允许在施工过程中进行海缆接头的,因此,一根再长的海缆也是整体盘放到一条施工船上。每根海缆都有最大侧压力的控制指标,也就是说海缆不能无限制的堆高,海缆的单位重量越大,则允许海缆堆高的层数就越少,反之则可以堆得更高。本项目海缆由于单位重量很大,就限制了堆高不能很高,所以,如果要把一整根海缆全部堆在船上的一个缆圈中,则要求船的宽度很宽,然而根据船舶特性,船的长度至少是宽度的3-4倍,如果仅仅考虑在船上设置一个缆池而无限制的扩大船宽,势必将造成很大的浪费,明显不合理。例如,假设一根30公里的海缆,单位重量100kg/m ,则总重量约3000吨,如果采用两个缆池,则5000吨级的施工船已经能满足海缆的装载量了,但如果要堆放在一个缆池内,可能就需要10000吨级或者更大的船只才能满足海缆的堆放要求,这就造成了不必要的浪费,因此,研究采用双缆盘进行单根海缆堆放的堆放技术能大大增加施工船舶的有效利用,更具有经济性、合理性。如果采用双缆盘堆放单根缆不仅要解决堆放技术,更重要的是要解决在施工过程中如何退扭,由于以往的施工中一个缆池对应一个退扭架,电缆一端穿过退扭架后,电缆就无法从退扭架中取出,直至这根海缆的另一端从退扭架中抽出,退扭架需要承受电缆的重量以及海上风、浪的作用,具有很大的强度和刚度并固定在船甲板上。现在采用了两个缆池堆放一根海缆,当一个缆池内的海缆敷设完,海缆需要从一个缆池过渡到另一个缆池时,退扭架必须跟着海缆移动到第二个缆池位置。因此,需要研究可转动或者可移动的退扭架解决海缆在二个缆池间过渡的技术难题。
(2)本项目长距离三芯110kV长距离、大重量海缆敷埋施工技术及设备
海上风电场的本项目长距离三芯110kV海底电缆单根长度均不小于20公里,整根缆的重量很大,很难进行电缆的搬动,因此,最好的施工方法就是能一次性将电缆敷埋到位,减少电缆的二次搬动。研究适用于海上风电场本项目长距离三芯110kV海缆的边敷边埋海缆施工技术:即用海缆专用牵引设备将电缆从船上储缆池内通过退扭架牵引出来后,经过导缆笼和埋设机直接将海缆埋设到海床下设计深度。根据海上风电场本项目长距离三芯110kV海缆的高电压、长距离、大重量的特点,通过分析本项目长距离三芯110kV海缆的各项性能参数,研究施工过程中海缆张力精确测试的技术和设备,研究施工过程中海缆张力的控制技术和设备(轮胎式布缆机),研究适合本项目长距离三芯110kV海缆的导缆笼制作材料和形式,研究满足本项目长距离三芯110kV海缆埋深施工要求的埋设机(包括水力开槽设备、埋深监测设备及相应的控制系统)。
(3)“J”型管末端处海缆的保护技术
海上风电场的本项目长距离三芯110kV海底电缆一端和大陆连接,另一端则肯定是和海上风机或者海上升压站连接;不管是海上风机或者海上升压站,其形式均为一海上平台,平台的基础通常为桩基或者导管架,而海底电缆是由海床上通过固定在桩或者导管架上的“J”型钢管
延伸到风机或升压站内。由于受到海底水流的影响,在桩的周围会造成严重的冲刷,使“J”型管的末端露出海床,并高出海床一定距离,从而造成该处的海缆悬空,海缆一旦悬空就造成海缆在自重作用下产生张力,同时随着海流不停的晃动,很快会造成海缆在型管入口处的磨损,造成海缆的损坏。因此,分析和研究“J”型管入口处的海底水流及海床的冲淤变化,采用在该处的海缆外加装保护层,研究适用于该保护层的材料、和海缆的连接方式、和“J”型管的相互固定方式以及安装方法等,使得该保护层能承受电缆自重和水流作用,并承担和外界的磨损,确保海缆的安全。
【研究起止时间】 2012.01 至2015.12
【任务来源】 计划外
【应用行业】 电力
【国家投资合计(万元)】  
【主要技术文件及来源】 1、评价大纲
2、工作总结
3、技术研究报告
4、专利证书…………………中华人民共和国国家知识产权局
5、科技查新报告……………中国科学院上海科技查新咨询中心
6、检测报告
7、用户使用报告
8、经济和社会效益分析报告
9、其它有关文件
二、技术鉴定
【鉴定证书号】 JK鉴字[2016]第2081号
【鉴定形式】 会议
【组织鉴定单位】 中国机械工业联合会
【鉴定日期】 2016年11月15日
【鉴定批准日期】 2016年11月22日
【成果水平】  国内领先
【知识产权形式】  发明专利
【鉴定意见】 1. 提供的技术资料及文件齐全,符合鉴定要求。
2. 该项目的主要创新点:
(1)根据本项目长距离三芯110kV海缆的高电压、长距离、大重量的特点重点研发了海缆退扭、盘放和埋设施工技术。
(2)研发了一套满足本项目长距离三芯110kV海缆各项技术指标和控制技术的施工设备(包括退扭架、导缆笼、埋设机等)。
(3)根据本项目海缆施工特点研发了一套满足长距离三芯110kV的高电压、长距离、大重量海缆施工的施工操作流程和方法。
3. 经江苏方天电力技术有限公司进行的耐压试验合格。
4. 项目成果已在如东150MW海上风电场示范项目投入运行,反映良好。
    综上所述,鉴定委员会认为该成果具有自主知识产权,技术水平达到国内领先,经济和社会效益显著,应用前景广阔,一致同意通过科技成果鉴定。
    建议:进一步扩大该技术成果的推广力度,满足市场需求。
鉴定委员会
委员会职务 姓名 工作单位 所学专业 现从事专业  
主任委员 蔡国雄  中国电力科学研究院 高电压绝缘材料 在线监测 总工/教高
副主任委员 蔡青有 电力工业电力设备质检中心 电力系统 产品检测 高级工程师
副主任委员 呼淑清 中国机械工业联合会 电 器 输变电 教 高
委   员 薛 杨 中国电力科学研究院 环境工程 风力发电 室副主任
委   员 李临西 科技部火炬中心 材 料 科技管理 研究员
委   员 金昌鹏 机械工业电线电缆质量检测中心 电线电缆 电缆检测 教授级高工
委   员 张 翀 全球能源互联网研究院 绝 缘 绝缘材料 高 工
委   员 杜广平 北京鉴衡认证中心 机械工程 风力发电 研究员/总工
委   员 张学哲 国网北京电科院 电力系统 高压输电 高 工
           
三、应用前景
【推广应用前景】 由于国外同类先进技术的转让费用较高,一般为国内自主设计设备的3-15倍,不适合我国的经济实力。课题结合我国国情在现有的敷设设备基础上,以降低投资和成本为根本,改造和开发适应本国需要的多功能动力定位专业敷缆船等,经济效益显著。
课题研究开发符合我国国情、拥有自主知识产权的海缆敷设技术,填补国内目前在电压等级超过110kV的高等级、大直径海底光电缆敷埋技术上的空白,为上海电力工程的建设发展和临港海岛等地区的进一步开发、也为国内海洋资源开发和海洋工程建设提供强有力的技术支撑。
本项目共计投入科研研发经费合计817.51万元(RD),迄今位置创造依托本项目产值3330万元(PS),创造新增利润312万元,创造新增税收贡献113.5万元。
在倡导“绿色施工”,建设节约型社会的号召下,充分利用风资源,大陆水资源以及海底石油、天然气资源,发展海上风电和海底管道正逐步兴起,将形成一个减少事故、降低造价、保护环境、节约资源的海底管线敷设工程安全保障体系发,将能最大限度地节约资源与减少对环境负面影响。
随着国家大力发展海上风力发电这一绿色能源,采用海上发电场将电输送到大陆,为了减少损耗需要采用超高压的海底电缆进行输送;因此,该课题研究的成果应用前景十分广阔。
课题成果将大大提升行业的整体技术水平,为国内企业能够承接国际性重大工程形成较好的竞争优势。
 
四、研发单位
【完成单位】 中广核
【单位通讯地址】  
【邮政编码】  
【单位属性】 企业
【隶属省部名称】  

 
 
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