淺談海上風電場海底電纜的監(jiān)測與維護.doc

.淺談海上風電場海底電纜的監(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電場系統至關重要。海底電纜運行環(huán)境復雜，存在的不安全危險因數多。最初，技術發(fā)展不成熟，對海纜運行情況的在線監(jiān)測比較薄弱，現如今，隨著海上能源不斷開發(fā)，海纜的應用也越來越廣，海纜運行的監(jiān)測技術也隨之發(fā)展。本文結合國內海纜運行狀況，重點闡述海上風電場海纜的在線監(jiān)測與維護。關鍵詞：海上風電場；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)的重要領域。風電包含陸上風電和海上風電，海上風電具有風速穩(wěn)定、利用小時高的特點，目前已成為風電發(fā)展的重要領域，特別是風電發(fā)展較早的歐洲國家，已把風電開發(fā)的重點轉向了海上風電。到2013年底，全球海上風電裝機容量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。為引導海上風電發(fā)展，2010年歐盟提出了到2020年海上風電達到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能資源。初步估計，海上風電開發(fā)潛力約5億千瓦時。為促進我國海上風電發(fā)展， 2014年，國家能源局召開“全國海上風電推進會”，并公布了全國海上風電開發(fā)建設方案（2014-2016），涉及44個海上風電項目，共計逾10GW裝機容量。 海底電纜作為海上風電場電能輸送通道，其安全可靠運行對海上風電場系統的安全運行至關重要。而海纜工作的環(huán)境極其復雜并存在不可預見性的特點，尤其是存在船只拋錨，損壞海纜的風險性大。為確保海纜的安全運行，對海纜的在線監(jiān)測，極其重要，也是海上風電場面臨的重要性課題。1 海纜在海上風電場的設置目前，我國海上風電場升高電壓通常采用二級升壓方式（少數采用三級），即風力發(fā)電機組輸出電壓690V經箱變升壓至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。一般來說，應根據海上風場容量、接入電網的電壓等級和綜合經濟性規(guī)劃海上風電場風能傳輸方式，既可采用二級升壓方式也可采用三級升壓方式。如果風電場較?。?00MW以內）且離岸較近（不超過15km），可選用35kV海底光電復合電纜直接把電能輸送到岸上升壓站。若海上風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、功率因數等問題，大多采用設立海上升壓站（或海島升壓站）的方式，岸上升壓站可根據實際情況確定是否設立。海纜的電壓等級可根據各國各地區(qū)不同的電網形式進行選擇，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式。高壓電纜或架空線35kV海纜1kV電纜并入電網岸上升壓站（110kV或220kV）經箱變升壓（35kV）風機輸出電壓（690V） 110kV 或220kV海纜35kV海纜1kV電纜經箱變升壓（35kV）海上升壓站（110kV或220kV）風機輸出電壓（690V）并入電網高壓電纜或架空線110kV海纜35kV海纜1kV電纜風機輸出電壓（690V）經箱變升壓（35kV）海上升壓站（110kV）陸上升壓站（220kV）并入電網圖1海上風電場風能的三種輸送方式3 海底電纜監(jiān)測技術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。一旦出現故障，其探測和修復往往將耗費大量的人力、財力和時間，甚至超過新敷設一根電纜的投入。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 技術的分布式光纖傳感系統監(jiān)測電纜所受外力變化和監(jiān)測電纜內部溫度變化的技術，以及應用局部放電檢測技術監(jiān)測電纜絕緣破損后的放電現象。電纜截面溫度場和電纜外表受力的數值模擬分布式光纖傳感監(jiān)測電纜內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。南方電網公司對海南聯網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特性 4。 研究發(fā)現，海底電纜護套中的感應電流與電纜護套絕緣狀態(tài)的關系不密切，無論護套絕緣是否發(fā)生異常，其感應電流基本保持不變；護套電容電流則與電纜護套絕緣關系密切，而且這種關系呈現出單一的函數對應關系。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)控一體化系統平臺，該平