漲姿勢 | 一文帶你走進海上風電場的“血管”和“神經(jīng)”：海纜

2018-01-12 11:23:33 《科學(xué)世界》雜志　點擊量：評論 (0)

為了傳輸海上風力機組發(fā)出的電能，要用到一種特制的電纜，它將電纜和光纜的功能綜合在一起，稱為復(fù)合海纜。海纜在整個風電場的運行結(jié)構(gòu)中同

為了傳輸海上風力機組發(fā)出的電能，要用到一種特制的電纜，它將電纜和光纜的功能綜合在一起，稱為復(fù)合海纜。

海纜在整個風電場的運行結(jié)構(gòu)中同時扮演著“血管”和“神經(jīng)”的角色，除了匯集、傳輸電能外，其內(nèi)部還有光纖單元，作為風電場通信及海纜監(jiān)測信號的通道。功能“二合一”的海纜一方面節(jié)約了海底電纜敷設(shè)通道資源，大大節(jié)省了工程成本；另一方面，這種集合式的結(jié)構(gòu)使纖弱的光纜得到了更好的保護，增強了可靠性。

▲敷設(shè)中的國內(nèi)首條三芯220千伏的海纜

（圖中黑色粗纜）攝影：孫榮剛

電力和信息同時傳送

我國早期建設(shè)的海上風電場普遍采用35千伏海纜連接風力機直接登陸，經(jīng)過陸上升壓站，向外送出電能。隨著近年來風電場建設(shè)規(guī)模越來越大，離岸距離越來越遠，用這種方式的話，海纜數(shù)量多、電力損耗大的缺點尤其突出，越來越不適合海上風電的送出。自從江蘇響水海上風電場中在國內(nèi)首次應(yīng)用220千伏電壓等級海纜以后，國內(nèi)近期建設(shè)的海上風電項目大多也采用這種海纜。

▲埋設(shè)機在海床之下的底泥中噴出高壓水流，沖擊出一條壕溝，同時敷設(shè)海纜。

海纜的線路布局

在海上風電場中，一般是遵循最大限度利用風能資源的原則來進行布置風力機的，同時還要盡量減小風力機之間的尾流影響。與之配套的海纜在布設(shè)的時候，要設(shè)計出合理的連接方式（鏈形、環(huán)形、星形等），盡量縮短風力機組之間的海纜長度，以降低配套工程投資和場內(nèi)輸變電損耗。

▲江蘇響水近海風電場通過8根35千伏海纜匯集風力機發(fā)出電能，傳輸?shù)胶Ｉ仙龎赫荆偻ㄟ^220千伏海纜輸送至陸地集控中心，并入電網(wǎng)。

在響水近海風電場中，共有8個聯(lián)合單元（即8個回路）匯總到海上升壓站。每8～9臺風力機組成1個聯(lián)合單元，由35 千伏集電線路海纜以鏈形（局部為星形）連接起來匯集電能。8根聯(lián)合單元的電能在升壓站匯集、升壓至220千伏，再通過220千伏輸電線路海纜傳輸至陸上集控中心，進而輸送至電網(wǎng)。

如何敷設(shè)海纜?

▲三芯海纜的橫截面，包含3條電纜和1條信號纜。每根電纜直徑50毫米，海纜外徑250毫米。

敷設(shè)海纜時，有專用的敷纜船。這種敷纜船不會“隨波逐流”，而是利用動力定位系統(tǒng)精確定位在海上的位置、前進和糾偏，可極大提高敷設(shè)的精度以及敷纜船在復(fù)雜海況下的施工能力。

向海底敷埋海纜作業(yè)時，將海纜放入埋設(shè)機腹部后，將埋設(shè)機吊入水中，擱置在海床面上。然后，啟動其自帶的高壓水泵及埋深監(jiān)測系統(tǒng)，開始敷埋作業(yè)。埋設(shè)機隨船的拖動而水平移動，噴出的高壓水流沖擊海底淤泥，二者的聯(lián)合作用形成初步的斷面，同時敷設(shè)海纜，隨著周圍的淤泥坍塌，將海纜埋入海床中。