1500米深海直流交联聚乙烯电缆关键技术开发与性能验证

《IEEE Electrical Insulation Magazine》：News from Japan

为解决深远海风电高效输电难题，日本古河电气公司开展了500kV直流XLPE海底电缆研发。该研究采用铝导体和铠装结构优化设计，通过机械性能测试（张力、侧压、水压、弯曲）和电气性能测试（负载循环、脉冲电压），验证了电缆在1500米深海应用的可靠性，为大规模海上风电并网提供了关键技术支撑。

　　

随着全球碳中和目标的推进，海上风电作为清洁能源的重要组成部分迎来快速发展。然而优质风电场往往远离电力负荷中心，例如日本计划在千叶县和福岛县沿海建设的大型风电场距东京电力负荷区约65-90公里。传统交流输电在长距离传输时损耗较大，而直流输电具有更高效率。更棘手的是，最短输电路径需经过水深达1000米的深海区域，这对电缆的机械强度和绝缘性能提出极高要求。

现有浸渍纸绝缘电缆虽有一定深海应用案例，但传输容量受限且存在绝缘油泄漏风险。为此，古河电气受日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)委托，开发了适用于1500米深海的500kV直流交联聚乙烯(XLPE)电缆，其传输容量达1GW，有望解决深远海风电输送的技术瓶颈。

关键技术方法包括：采用铝质楔形导体(keystone conductor)降低电缆重量并提高空间因子；设计扭矩平衡的双层铠装结构承受铺设张力；通过铅合金防水层和聚乙烯护套组合保证深海防水性能。所有材料选择均基于深海环境下的机械强度、浮力特性和成本效益综合评估。

机械性能测试结果

通过四类机械测试验证电缆可靠性：张力测试依据CIGRE TB 623标准实施，结果显示铠装层和护套无变形；侧压测试在400kN/m极限压力下铅护套完好无损；水压测试在25MPa(相当于2500米水深)压力下防水层保持完整；拉伸弯曲测试在732kN张力和5米直径滑轮条件下模拟深海铺设，电缆结构保持完整。这些测试证明电缆可承受1500米深海环境下的综合机械应力。

电气性能测试结果

经过机械测试后的电缆继续进行电气性能验证：负载循环测试按照CIGRE TB 496标准，在±925kV电压和90°C导体温度下进行27个循环(超出标准12个循环)，电缆绝缘系统保持稳定；脉冲电压测试在±1550kV条件下各施加10次脉冲，模拟最严苛的空间电荷积累工况，电缆未发生击穿。测试结果表明XLPE绝缘材料在直流高压下具有优异的绝缘耐久性。

本研究成功开发出世界首条适用于1500米深海的500kV直流XLPE电缆，解决了传统浸渍纸绝缘电缆传输容量低和环保风险大的双重难题。该电缆采用铝导体减重技术、楔形导体结构和扭矩平衡铠装等创新设计，通过了严苛的机械和电气性能测试，为深远海风电大规模开发提供了关键输电技术支撑。这项技术将促进海洋可再生能源的高效利用，对实现碳中和目标具有重要战略意义。