2024年高压直流海底电缆状态感知技术报告

华南理工大学 SouthChinaUniversityofTechnology 高压直流海底电缆状态感知技术 ConditionPerceptionTechnologyforHigh-voltageDirectCurrentSubmarineCables YanpengHao 郝艳捧 TEEEDCTS2024 博粤慎思明万行October19th-20th,2024 CONTENTS Background Currentratingcalculation Burieddepthdetection 4Vortex-inducedvibrationdetection 5Conclusionandoutlook 1、Background 辛南理工大学 SouthChinaUniversityofTechnology High-voltagedirectcurrent(HVDC)submarinecablesarethekeyequipmenttorealizetheultra-large-scaleoffshorewindpowerlong-distancepowertransmission,withlonglength,highvoltagelevel. 高压直流海底电缆是实现超大规模海上风电远距离送电的关键设备，长度长、电压等级高。 Crosslinkedpolyethylene(XLPE)iswidelyusedintheinsulationofHVDCsubmarinecablesbecauseofitshigh replacedoil-filledcables 交联聚乙烯因耐高温、低损耗、易安装、电气性能与机械性能良好等优点而广泛应用于高压直流海底电缆，逐渐取代了充油电缆。 HVDCsubmarinecableprojectinChina 国内高压直流海底电缆工程 南澳，±160DCXLPE舟山，±200DCXLPE HVDCsubmarinecableprojectin 国外高压直流海底电缆工程 NumberNameVoltagelevelYear 1BasslinkAustralia±400DC2009 如东，土400DCXLPE 2 SAPEI Australia ±500DC 2010 阳江，±500DCXLPE 34 TransBaySkagerrak4Denma Finland-Sweden rk-Norway ±200DC525DC 20102014 5 MaritimeLink Canada ±200DC 6 NordLink Norway-Germany ±525DC 2017 2019 建设中7VikingLinkUK-Denmark±525DC2023 3/38 1、Background 辛南理工大学 SouthChinaUniversityofTechnology Thelayingofsubmarinecablesinthecomplexandchangeableoceanalwaysfacestheriskoffailure,including naturalcausesandman-madeinjuries 海底电缆敷设在复杂多变的海洋中，时刻面临自然、人为损伤等风险。 Atacertaindepthbelowtheseabed,theupperseabedofthesubmarinecableiswashedbyoceancurrentsforalong time,andmaybeexposedorevensuspended.Itsburieddepthandexposedstateareconstantlychanging,and vorticityinducedvibrationoccursinseverecases,easytoexperiencewearandtear,mechanicalfatigue. 埋在海床下一定深度的海底电缆上部海床被洋流长期冲刷，埋深、裸露、悬空等状态不断变化，严重时发生涡激振动，易出现磨损、机械疲劳等情况 Oncethesubmarinecablefails,thecentralizedtransmissionoftheentirewindfarmwillbestopped,andtherepaircyclewilltakeseveralmonths.Thetechnicaldifficultyishighandthecostisextremelyexpensive. 一且海底电缆故障，将停止整个风电场的集中送出，修复周期数月，技术难度大，成本极其昂贵。 海底电缆事故 SubmarinecableincidentsFailurerisk 故障风险 船加抛 地质变化 渔船辅鱼作业涡激振动鱼类啃咬生物污损 33%其他原因 10% 裸露悬空 4/38 Background 莘南理工大学 SouthChinaUniversityofTechnology GuangdongPowerGridplanstobuilda±500kVDCsubmarinecablein2025,withasingle-polelengthofnolessthan100km. 广东电网拟于2025年建设1回土500kV直流海缆，单极长度不少于100km。 ShantouOffshoreWindPowerCo.,Ltd.,CRpowerhasbeguntobuilda±5ookVDCsubmarinecableproject,whichisamilestoneprojectinthehistoryofglobaloffshorewindpowerdevelopment 华润电力控股有限公司汕头海上风电电力有限公司已开始建设一回土500kV直流海缆工程。 Asubmarinecompositepowercableiswithopticfibers 光纤复合海底电缆 1铜导体 第1层阳水带 铜导体 铜导体 导体屏蔽导体屏蔽 导体屏蔽导体 XLPE绝线 漫渍纸带绝缘 3XLPE绝修半导电带 绝缘屏藏绝缘屏蔽 6第2层阻水带第1层钢导电胶带 4绝缘屏散光纤 挤制外屏 铅合金护套铝合金护套 5铅合金护套垫层 MDPE内护套第2层铜导电胶带MIDPE内护套 平滑铝套 XLPE 村层青铜带光单元 10光单元10第1层村层填充物 绝缘屏蔽 垫层 防腐层 非金属套 11铝合金丝 12PE填充层 11紧乙爆护套内垫层 12防姓层10钢丝铠装半导电层 13内垫层 14钢丝铠装 13第2层衬层 14扁铜线铠装 11外护套 15外护套 500kVXLPEDC 15外护套 500kVOil-filledAC 35kVXLPEAC 150kVACSmoothaluminumsheathed submarinecable submarinecable submarinecable landcable 500kVXLPE直流海底电缆 500kV充油交流海底电缆 35kVXLPE交流海底电缆 150kV交流平滑铝套陆地电缆 5/38 Background 莘南理工大学 SouthChinaUniversityofTechnology Amongthesensingtechnology,distributedopticalfibersensingtechnologyisthemostsuitableforsubmarinecable statedetection,Butthereisalackofappliedbasicresearch 现有海底电缆状态检测技术中，分布式光纤传感技术最具优势。 DetectiontechnologyDeficiency 感知技术不足 Opticaldetection 光学检测 UsingunderwatercamerastocaptureTheimagequalityispoorandthe opticalimagesofsubmarinecablesdetectionrangeislimited 利用水下摄像机拍摄海底电缆光学图像图像质量较差，检测范围受限OpticaldetectionAcousticdetection 光学检测声学检测 Acousticdetection 声学检测 UsingsonartoscanacousticimagesofHighresolution,limitedbycable submarinecableroutingdepth 利用声纳扫描海底电缆路由声学图像分辨率较大，受电缆深度限制 Detectingthemagneticfieldsignalof Magneticdetectionsubmarinecables 磁学检测usingamagneticgradientanalyzer Cannotreflectthecablebend,Non continuousmonitoring 无法反映电缆拐弯，不能连续监测 利用磁力梯度仪检测海底电缆磁场信号MagneticdetectionDiving 磁学检测潜水员下潜 潜水员下潜 Diving DiversconfirmthelayingstatusofLongtime,limiteddetectiondepth, submarinecablesonsitedangerous 潜水员实地确认海底电缆敷设状况长时间、检测深度有限、有危险性 Opticalfibersensing opticfibersinsubmarinecablesaresensitive totemperature,strain,andvibration conditionassessmentremainstobe 光纤传感 内置于海底电缆中的光纤对温度、应变、振studied 动敏感 状态评估有待研究 Opticalfibersensin光g 纤传感 6/38 1、Background 芋南理工大学 SouthChinaUniversityofTechnology Thedistributedopticalfibersensinghardwaretechnologyofsubmarinecablecanmeettheengineeringrequirements, butthebasiciesearchofstateassessmentapplicationisstilllacking 海底电缆分布式光纤传感硬件技术已能满足工程要求，尚缺乏状态评估应用基础研究 海底电缆光纤传感技术现状 Currentstatusofopticalfibersensingtechnologyforsubmarinecables IndexProperty IndexProperty Sensingdistance100km Sensingdistance 100km Spatialresolution1~10m Spatialresolution0.1m Temperatureaccuracy0.1℃ Strainaccuracy1μe MonitoringtypeTemperature/strain Lowaccuracyover Positioningaccuracy±2m Frequencyrange2-50kHz MonitoringtypeVibration Φ-OTDRDisadvantageHighcost BOTDR Disadvantage longdistances IndexProperty Sensingdistance 50km ropertySpatialresolution0.1m 256kmTemperatureaccuracy0.1℃ IndexP Sensingdistance Rangingaccuracy0.1mMonitoringtypeTe