技术领域
[0001] 本申请涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风能线缆和风能线缆的制备方法。
相关背景技术
[0002] 随着中高压等级的海上风电的发展，用于中高压等级的海上风电的风能线缆的需求量越来越大。
[0003] 中高压等级的风能线缆使用地线芯进行屏蔽，具体的，风能线缆包括三根主线芯和三根地线芯，三根主线芯和三根地线芯沿着风能线缆的周向间隔排列，为了增加风能线缆的结构稳定性，在风能线缆的圆心处设置有截面为圆形的填充条。但是，中高压线缆的主线芯和地线芯的直径均较大，主线芯和地线芯之间的间隙较大并且间隙形状不规则，因此，圆形的填充条的填充效果较差。
[0004] 圆形的填充条的填充效果较差使得风能线缆的结构稳定性较差。
具体实施方式
[0044] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0045] 在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0046] 在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0047] 本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0048] 此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或维护工具不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或维护工具固有的其它步骤或单元。
[0049] 随着中高压等级的海上风电的发展，用于中高压等级的海上风电的风能线缆的需求量越来越大。
[0050] 用于中高压等级的风能线缆包括导体、导体屏蔽、绝缘、绝缘屏蔽、金属屏蔽和护套，金属屏蔽可以采用金属丝编织、束绕或地线芯等形式。其中，地线芯形式的金属屏蔽较为常用。
[0051] 具体的，风能线缆包括三根主线芯和三根地线芯，三根主线芯和三根地线芯沿着风能线缆的周向间隔排列。其中三根主线芯形成等腰三角形，三根地线芯分别设置在相邻的两个主线芯之间，也就是说，地线芯和主线芯形成三加三的结构，三加三的结构可以减小主线芯之间的间隙，提高线缆的结构稳定性。
[0052] 为了进一步增加风能线缆的结构稳定性，在风能线缆的圆心处设置有截面为圆形的填充条。圆形的填充条的填充效果较差，具体体现在：中高压风能线缆的主线芯和地线芯的直径均较大，因此主线芯和地线芯之间的间隙较大并且间隙形状不规则，圆形的填充条与间隙的形状不匹配，圆形填充条不能完全填充主线芯与主线芯之间以及主线芯与地线芯之间的间隙，使得圆形的填充条的填充效果较差。
[0053] 圆形的填充条的填充效果较差使得风能线缆的结构稳定性较差。风能线缆的结构稳定性较差会导致主线芯容易变形，使得风能线缆的电场不均匀。风能线缆的结构稳定性较差还会使得风能线缆的耐扭曲性较差。
[0054] 基于此，本申请提供了一种风能线缆和风能线缆的制备方法，风能线缆具有较高的结构稳定性。
[0055] 图1为本申请实施例提供的风能线缆的结构示意图；图2为本申请实施例提供的风能线缆中填充条的结构示意图；图3为本申请实施例提供的风能线缆中移除填充条之后的结构示意图。参见图1至图3所示，本申请提供的风能线缆100包括填充条110、三根主线芯120和三根地线芯130，三根主线芯120和三根地线芯130沿风能线缆100的周向依次间隔设置，以在三根主线芯120和三根地线芯130之间形成马鞍形的中空区域100z；填充条110为马鞍形，填充条110位于中空区域100z中，填充条110包括三条长弧边111和三条短弧边112，三条长弧边111和三条短弧边112依次间隔设置；主线芯120分别与长弧边111一一抵接；地线芯130与分别短弧边112一一抵接；填充条110具有弹性，主线芯120和地线芯130挤压填充条
110。
[0056] 请继续参见图1和图3所示，在本实施例中，风能线缆100包括三个主线芯120和三个地线芯130，三个主线芯120的圆心形成等腰三角形，三个地线芯130分别设置在相邻的两个主线芯120之间，填充条110填充在主线芯120与主线芯120之间的间隙以及主线芯120与地线芯130之间的间隙中。
[0057] 具体的，主线芯120包括从内到外依次设置的主导体121、第一屏蔽层122、绝缘层123和第二屏蔽层124。其中，主导体121用于传输电流，第一屏蔽层122用于减少外界对主导体121产生的干扰，绝缘层123起到绝缘和支撑的作用，第二屏蔽层124用于进一步减少外界对主导体121产生的干扰。
[0058] 地线芯130包括接地导体131和套设在接地导体131外的第三屏蔽层132。
[0059] 请继续参见图3所示，形成等腰三角形的三个主线芯120的中间位置处具有第一区域100a，相邻的两个主线芯120之间具有第二区域100b，地线芯130和与其相邻的两个主线芯120之间也具有第三区域100c，第一区域100a、第二区域100b和第三区域100c共同形成马鞍形的中空区域100z。中空区域100z会使得风能线缆100的结构稳定性较差。
[0060] 在本实施例中，将填充条110设置成与中空区域100z形状匹配的马鞍形，填充条110可以充分填充在第一区域100a、第二区域100b和第三区域100c中。
[0061] 具体的，填充条110的三个长弧边111分别与主线芯120中的第二屏蔽层124抵接，填充条110的三个短弧边112分别与地线芯130中的第三屏蔽层132抵接。由此，填充条110可以填充第一区域100a、第二区域100b和第三区域100c，使得风能线缆100具有较好的结构稳定性。
[0062] 填充条110的基材为橡胶，因此，填充条110具有弹性。请继续参见图1所示，相邻的两个主线芯120会挤压他们之间的填充条110，使得填充条110轻微变形。地线芯130也会挤压与其相邻的两个主线芯120之间的填充条110，使得填充条110轻微变形，图1中以虚线示出了填充条110变形前的轮廓。由此，通过填充条110的轻微变形，使得填充条110可以充分填充第一区域100a、第二区域100b和第三区域100c，以进一步提高风能线缆100的结构稳定性。
[0063] 使用本实施例提供的马鞍形的填充条110的风能线缆100在低温下可以通过5000次的扭转测试，相对于相关技术中使用圆形填充条的风能线缆仅能通过2000次的扭转测试而言，本申请实施例提供的风能线缆100的耐扭曲性能得到大幅度提升。
[0064] 本申请提供的风能线缆100，通过设置填充条110、三根主线芯120和三根地线芯130，三根主线芯120和三根地线芯130之间具有马鞍形的中空区域100z；填充条110也为马鞍形，填充条110位于中空区域100z中，填充条110包括三条长弧边111和三条短弧边112；主线芯120分别与长弧边111一一抵接；地线芯130与分别短弧边112一一抵接；由此，填充条
110与三根主线芯120以及三个地线芯130之间形成的中空区域100z的形状匹配，填充条110可以填充三根主线芯120以及三个地线芯130之间形成的中空区域100z，此外，填充条110具有弹性，主线芯120和地线芯130会挤压填充条110，使得填充条110轻微变形，填充条110与主线芯120之间以及填充条110与地线芯130之间均存在相互作用力，由此，填充条110可以充分填充主线芯120和地线芯130之间的中空区域100z，使得风能线缆100具有较高的结构稳定性。
[0065] 请继续参见图2和图3所示，长弧边111的中心圆的直径小于主线芯120的直径；短弧边112的中心圆的直径小于地线芯130的直径。
[0066] 主线芯120和地线芯130挤压填充条110的原因是主线芯120和地线芯130之间的中空区域的面积小于填充条110的面积。
[0067] 具体的，请继续参见图2所示，长弧边111的中心圆称为第一中心圆1111，第一中心圆1111在图2中以虚线示出，第一中心圆1111的直径称为第一直径D1；短弧边112的中心圆称为第二中心圆1121，第二中心圆1121在图2中以虚线示出，第二中心圆1121的直径称为第二直径D2。
[0068] 请继续参见图3所示，主线芯120的直径称为第三直径D3，地线芯130的直径称为第四直径D4。第一直径D1小于第三直径D3，第二直径D2小于第四直径。
[0069] 在将填充条110设置在中空区域100z中时，填充条110的长弧边111与主线芯120同心，填充条110的短弧边112与地线芯130同心。由此，主线芯120均匀的挤压长弧边111上的各个点，地线芯130均匀的挤压短弧边112上的各个点，使得填充条110与主线芯120之间、填充条110与地线芯130之间的相互作用力均匀，风能线缆100总体上达到受力平衡，风能线缆100具有较高的结构稳定性。
[0070] 在本实施例中，主线芯120的直径与长弧边111的中心圆的直径的差值为2mm‑5mm；地线芯130的直径与短弧边112的中心圆的直径的差值为2mm‑5mm。
[0071] 填充条110与主线芯120之间、填充条110与地线芯130之间的相互作用力过大时，有造成主线芯120或者地线芯130变形的可能性；填充条110与主线芯120之间、填充条110与地线芯130之间的相互作用力过小时，填充条110不能充分的填充中空区域100z。因此，在本实施例中，第一直径D1比第三直径D3小2mm‑5mm，第二直径D2比第四直径D4小2mm‑5mm。
[0072] 以中压耐扭曲风能电缆FDEH 26/35kV 3×70+3×16为例，其中，FDEH是风能线缆2
100的型号，26/35kV表示其电压等级，3×70表示三根截面积为70mm的主线芯120，3×16表
2
示三根截面积为16mm的地线芯130。主线芯120的第三直径D3为36～38mm，第一中心圆1111的第一直径D1为34mm；地线芯130的第四直径D4为15～17mm，第二中心圆1121的第二直径D2为13mm。
[0073] 请继续参见图1和图3所示，风能线缆100还包括护套140，护套140套设在主线芯120和地线芯130的外侧。
[0074] 护套140通过挤塑成型套设在主线芯120和地线芯130的外侧，以对主线芯120和地线芯130进行防护。
[0075] 图4为本申请实施例提供的风能线缆的制备方法的流程图。参见图4所示，本申请还提供了一种风能线缆的制备方法，用于制备上述实施例提供的风能线缆100，其中，风能线缆100的具体结构在上述实施例中进行了详细说明，此处不再一一赘述。
[0076] 风能线缆的制备方法包括：
[0077] S101、分别制备主线芯120和地线芯130；
[0078] 具体的，主线芯120的主导体121是通过多根导线绞合而成，在主导体外依次套设第一屏蔽层122、绝缘层123和第二屏蔽层124形成主线芯120，第一屏蔽层122、绝缘层123和第二屏蔽层均通过挤塑成型套设。
[0079] 地线芯130的接地导体131也是通过多根导线绞合而成，在接地导体131外套设第三屏蔽层132，第三屏蔽层132也通过挤塑成型套设。
[0080] S102、制备填充条110；
[0081] 通过挤塑成型制备马鞍形的填充条110。
[0082] S103、将填充条110、主线芯120和地线芯130进行绞合；
[0083] 将填充条110放置在中间位置，将三根主线芯120分别放置在长弧边111的位置处，将三根地线芯130分别放置在短弧边112的位置处，然后将三根主线芯120、三根地线芯130和填充条110绞合。
[0084] S104、将护套140套设在主线芯120和地线芯130的外侧。
[0085] 护套140通过挤塑成型套设在主线芯120和地线芯130的外侧，以对主线芯120和地线芯130进行防护。
[0086] 下面，对填充条110的制备方式进行具体说明。
[0087] 制备填充条110包括：将填充条坯料通过模具挤塑成型以形成填充条110。
[0088] 填充条坯料为半导电橡胶，半导电橡胶以乙丙橡胶为主基材、以超导电炭黑作为导电剂，并在其中添加增塑填充体系、防老体系、硫化体系。半导电橡胶可以平衡主线芯120的电场。
[0089] 模具中的型腔也为马鞍形，填充条坯料从模具中挤出形成填充条110。
[0090] 将填充条坯料通过模具成型以形成填充条同时包括：
[0091] 对填充条进行半硫化处理。
[0092] 从马鞍形的模具中挤出填充条110后，通过半硫化生产工艺对其进行定型。半硫化硫化过程中控制蒸汽压力0.2～0.5MPa，线速度5～15m/min，从而控制填充条110的交联度在40～60％，此时，填充条110仍具有一定的流动性。
[0093] 模具的型腔的尺寸比填充条110的外围尺寸小1mm‑3mm。
[0094] 需要说明的是，半硫化后的填充条110会膨胀，因此模具中的型腔的各弧边的中心圆的尺寸比填充条110的各弧边的中心圆的尺寸同心增大1～3mm，使得各弧边所形成的马鞍形的型腔小于填充条110的尺寸，由此，挤压出的填充条110的尺寸小于半硫化后的填充条110的尺寸，通过半硫化后填充条110的尺寸会膨胀至与设计尺寸一致。
[0095] 将填充条110、主线芯120和地线芯130进行绞合包括：使主线芯120挤压填充条110的长弧边111，使地线芯130挤压填充条110的短弧边112。
[0096] 在将三根主线芯120分别放置在长弧边111的位置处，并且将三根地线芯130分别放置在短弧边112的位置处之后，在绞合的过程中，使得使主线芯120挤压填充条110的长弧边111，使地线芯130挤压填充条110的短弧边112，由此，在填充条110与主线芯120之间、填充条110与地线芯130之间产生相互作用力，使得填充条110可以充分填充中空区域100z。
[0097] 在本实施例中，将护套140套设在主线芯120和地线芯130的外侧同时包括，对填充条110进行二次硫化处理。
[0098] 在套设护套140的同时，对马鞍形填充条110进行高温高压的二次硫化。由于经过半硫化处理的填充条110具有一定的流动性，因此，在二次硫化处理时，填充条110可以充分适配于绞合后主线芯120和地线芯130之间的中空区域100z的具体形状，使得填充条110充分填充到中空区域100z中。
[0099] 此外，填充条110充分填充到中空区域100z中，还可以避免主线芯120在二次硫化时变形。
[0100] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
