序
前言

第1章 海底電纜發展現狀1
11 海纜輸電技術發展歷程1
12 國內外海纜工程現狀3
121 歐洲地區3
122 海灣阿拉伯地區5
123 北美地區5
124 大洋洲地區5
125 亞洲地區5

第2章 海底電纜選型設計7
21 導體選型設計8
211導體8
212導體阻水9
213導體電阻及其結構設計10
22 絕緣材料選型設計10
221 材料選型11
222 絕緣厚度設計11
23 半導電層材料選型設計13
24 金屬套選型設計14
25 非金屬內護套選型設計16
251絕緣型和半導電型聚乙烯內護套性能對比16
252舟聯工程500kV海纜內護套選型18
26 金屬鎧裝層選型設計18
261各類金屬鎧裝層結構對比19
262舟聯工程500kV海纜金屬鎧裝層選型21
27 通信光纖選型設計23
28 舟聯工程500kV海纜結構24

第3章 海底電纜附件選型設計26
31 工廠接頭26
311工廠接頭結構設計27
312工廠接頭制作工藝29
313工廠接頭關鍵裝備42
314工廠接頭試驗驗證46
32 修理接頭49
321修理接頭結構49
322材料選型50
323電氣連接設計52
324機械保護設計55
325防水密封設計63
326安裝流程65
327修理接頭試驗驗證68
33 終端71
331終端結構設計72
332材料選型72
333內絕緣設計75
334外絕緣設計77
335電場設計78
336安裝流程80
337試驗驗證81

第4章 海底電纜制造裝備及工藝85
41 制造設備86
411銅大拉機86
412框式絞線機88
413導體旋轉加熱托盤90
414交聯生產線及除氣設備90
415鉛套擠包93
416內護套擠出95
417光纖復合及鎧裝96
418儲存和運輸98
42制造工藝99
421導體絞制工藝99
422絕緣工藝104
423半導電阻水帶繞包工藝106
424絕緣除氣工藝106
425鉛套擠出工藝110
426內護套擠出工藝112
427鎧裝及光纜填充工藝116
43 大長度海纜絕緣擠包工藝119
431制約大長度海纜絕緣連續擠制的技術難點119
432創新工藝措施119
44大長度海纜鉛套擠包工藝122

第5章 海底電纜工程設計124
51 路由選擇124
511 路由選擇的影響因素124
512 路由選擇的原則127
513 舟山500kV海纜路由選擇128
52 導體截面積選擇和輸送容量計算130
521 載流量計算方法131
522 舟山500kV海纜載流量計算134
523 舟山500kV海纜線路參數對輸送容量的影響136
53 金屬護套接地方式140
531 內護套絕緣要求140
532 舟山500kV海纜線路金屬套感應電壓141
533 舟山500kV海纜線路接地線選型144
54 電氣參數及不平衡度145
541 電氣參數計算方法145
542 舟山500kV海纜單回線路電氣參數計算148
543 舟山500kV海纜雙回線路電氣參數計算152
55 暫態電壓和過電壓特性154
551舟山500kV海纜線路電磁暫態仿真模型154
552工頻和諧振暫態電壓160
553短路及操作過電壓162
554雷電暫態電壓165
555過電壓校核及絕緣配合裕度分析167
56 保護方案169
561海纜敷設保護措施169
562國內外海纜保護工程經驗172
563舟山500kV海纜保護方案設計174
57 載流量提升技術175
571載流量提升方案及計算模型175
572強迫水冷卻仿真分析179
573電纜溝回填土壤仿真分析181
574電纜溝充水仿真分析182

第6章海底電纜敷設施工185
61 施工裝備185
611敷設船185
612轉盤188
613埋設機189
614水下機器人190
615輔助船隻191
62 舟山500kV海纜線路敷設工法191
621前期準備192
622過纜作業193
623現場準備193
624海纜退扭193
625海纜登陸194
626海中段埋設施工195
627管線交越段施工197
628海纜保護197
629質量檢查與驗收198
63 舟山500kV海纜線路敷設施工關鍵技術201
631退扭技術201
632接頭制作淨化房設計206
633敷設船繫泊穩定性設計210

第7章海底電纜試驗218
71 原材料試驗218
711電工用銅線坯218
712導體半導電阻水帶219
713導體半導電屏蔽包帶221
714半導電屏蔽料222
715XLPE絕緣料222
716半導電緩衝阻水帶223
717合金鉛224
718瀝青224
719護套料225
7110聚丙烯繩226
7111227
7112鎧裝圓銅絲227
7113硅橡膠材料227
72 半成品試驗228
721半成品電氣性能試驗228
722生產過程中間檢測試驗229
73 成品試驗232
731成品試驗條件232
732例行試驗233
733抽樣試驗235
734海纜繫統型式試驗239
735成品海纜繫統電氣型式試驗242
736海纜繫統預鋻定試驗247
74 敷設安裝後試驗250

第8章海底電纜運維技術253
81 智能監測253
811 海纜綜合在線監測繫統253
812 海纜故障在線診斷方法257
82 巡視檢查265
821 海纜巡視項目265
822 海纜巡視周期和內容265
83 故障檢測和定位267
831 海纜故障原因和類型267
832 海纜故障檢測和定位268
84 應急處置274
841 應急響應機制274
842 聯動響應機制274
843 應急保障措施274
844 工器具和備品備件準備274
845 應急搶修預案275

第9章架空—海底電纜混合線路繼電保護276
91 混合線路保護存在的問題276
911混合線路重合閘276
912混合線路故障測距277
913線路參數不均勻277
92 舟山500kV混合線路智能重合閘技術278
921整體技術方案278
922關鍵技術指標279
923柔性光電流互感器280
924海纜差動保護281
925保護裝置研發282
93 舟山500kV混合線路保護行波測距技術283
931基本原理283
932行波波頭檢測方法285
94 舟山500kV混合線路保護裝置的動模試驗286
941重合閘閉鎖裝置動模試驗286
942行波測距裝置動模試驗290
943線路保護裝置動模試驗292

參考文獻294
索引297

能源是經濟社會發展的基本保障和重要物質基礎。習近平新時代中國特色社會主義思想及“四個革命、一個合作”的能源戰略思想，為中國能源發展提出了明確的新思維和新安全戰略。國家電網有限公司作為國家能源電力供應與安全保障的主體，牢記使命責任，順應能源革命和數字革命融合發展的戰略機遇，提出了“建設具有中國特色國際領先的能源互聯網企業”的戰略目標。充分消納水電、風電、太陽能發電等清潔能源，保障能源安全、優質、高效、清潔供應是電網企業的責任與擔當。

構建全球能源互聯網是共建共享的繫統工程，是能源電力領域創新發展的新機遇。海底電纜繫統將是實現跨海跨洲際能源電力互聯的供電網絡平臺。海底電纜繫統是技術非常復雜的大型繫統工程，是電氣、化工、機械、海洋和氣像等多專業的集成。隨著海洋經濟的快速發展和新能源的開發應用，世界各國對海底電纜需求快速增長。海底電纜繫統技術在我國研究與應用發展起步較晚，與世界先進水平相比有較大差距，尤其超高壓海底電纜繫統技術基本被國外幾家大制造公司所壟斷。我國海域遼闊，海岸線長，島嶼眾多，海洋資源豐富。島嶼與大陸、島嶼與島嶼之間的供電，海底油田和天然氣開采，海上風電場建設與電能輸出，都要靠海底電纜來完成電力供應和輸送。沿海地區是我國主要的GDP貢獻者，占中國經濟總量的70%左右，電力需求持續較快增長，對供電可靠性提出了更高的要求。

為實現南方電網主網與海南電網的首次跨海互聯及海南昌江核電站電量的輸出，先後建成的兩回500kV交流海底電纜線路，分別於2009年和2019年投入運行，總輸電容量達到1200MW，敷設500kV交流海底電纜總長度約225km。當時我國超高壓海底電纜繫統領域存在產品研發、生產制造、敷設安裝等技術瓶頸，隻能投巨資采用進口耐克森（Nexans）的紙絕緣自容式充油電纜產品，一旦出現故障，因備品備件、搶修技術等均受制於人，恢復供電時間無法得到保證。與此同時，國家電網有限公司為配合浙江石油化工有限公司4000萬t/年煉化一體化項目供電需求，亟須建設寧波—舟山本島—魚山島的跨海輸電線路，近期需求為四回220kV、兩回500kV約360km的超高壓海底電纜，攻克具有我國自主知識產權的超高壓海底電纜繫統技術迫在眉睫。

國家電網有限公司抓住契機，委托國網浙江電力有限公司牽頭中國電科院、南瑞集團、西安交通大學以及寧波東方、江蘇中天、江蘇亨通、青島漢纜等海纜制造企業開展聯合攻關，完成了世界條大長度交流500kV交聯聚乙烯絕緣海底電纜繫統的設計制造和輸變電工程建設。寧波—舟山500kV海底電纜聯網工程一回、二回已於2019年投入運行，總輸送容量達到2200MW，敷設500kV交聯聚乙烯絕緣海底電纜總長度約105km。該工程的成功投運打破了超高壓海底電纜繫統領域長期被國外壟斷的局面，技術水平達到國際領先，標志著我國大長度、大容量超高壓海底電纜繫統產業核心制造能力取得重大突破，為全球能源互聯網的建設奠定堅實的技術基礎。

為全面總結在舟山500kV海底電纜聯網工程中有關超高壓電纜繫統的技術攻關研究成果和實踐經驗，組織參與技術攻關和工程建設的部分專家編寫了《500kV交聯聚乙烯（XLPE）絕緣海底電纜工程技術》一書，分享成果和經驗，希望能為今後大型海底電纜聯網工程建設提供有益參考。全書共分為9章。第1章介紹了海底電纜發展現狀。第2章介紹了海底電纜選型設計，包括交流500kV 交聯聚乙烯絕緣海底電纜導體、半導電層、主絕緣、金屬套、鎧裝等各個結構層的材料選擇、結構設計。第3章介紹了海底電纜附件選型設計，包括交流500kV 交聯聚乙烯絕緣海底電纜工廠接頭、修理接頭、終端的電氣和結構設計。第4章介紹了海底電纜制造裝備及工藝，對包括導體絞制、絕緣擠出等本體制造全套工序涉及的制造裝備類型、特點進行了介紹，指出了交流500kV 交聯聚乙烯絕緣海底電纜制造工藝關鍵點。第5章介紹了舟聯工程海底電纜工程設計，包括路由選擇、載流量、線路參數、過電壓及絕緣配合、線路保護等。第6章從施工裝備、敷設工法、施工關鍵技術方面介紹了舟聯工程500kV 交聯聚乙烯絕緣海底電纜的敷設。第7章從原材料試驗、半成品試驗、成品試驗、安裝後電氣試驗等全面介紹了500kV 交聯聚乙烯絕緣海底電纜從生產到敷設各個環節基於試驗的質量控制手段。第8章介紹了海底電纜的運維技術，包括智能監測、巡視檢查、故障檢測和定位、應急處置等方面內容。第9章從混合線路繼電保護存在的問題出發，結合智能重合閘、保護行波測距、動模試驗介紹了舟聯工程架空—海底電纜混合線路的繼電保護技術。

本書結合舟山500kV聯網工程，繫統闡述了交流500kV交聯聚乙烯絕緣海底電纜繫統的選型、設計、制造、敷設、試驗、運維、繼電保護等方面的科研成果和實踐經驗，可供工程設計、生產制造、敷設安裝、運行維護和現場試驗等技術人員參閱。海底電纜繫統技術涉及多學科知識，參編專家的水平和經驗有限，書中難免存在不足之處，懇請廣大讀者批評指正。感謝所有在本書編寫過程中提供幫助的人。

編 者

2020年4月