海缆的阻水结构与绝缘加工,是决定厂商能否进入高压海缆赛道的两道核心技术门槛。在结构与材料层面,海缆为满足阻水与机械性能,采用阻水导体并增加半导电阻水带,绝缘则以交联聚乙烯应用最广;在制造能力层面,目前国内有能力生产500kV交流海缆与柔性直流海缆的均只有东方电缆、中天科技、亨通光电三家。 中国厂商在全球海缆格局中的位置,正随高压与柔性直流技术突破而改变,但绝缘材料国产化、绝缘界面工艺等环节仍处于追赶与替代过程中。

阻水结构与绝缘材料:海缆区别于陆缆的第一道门槛

海缆的基本结构与陆缆相近,都包含导体、绝缘、导体屏蔽等部分,差异主要来自阻水性能和机械性能的要求。为此,海缆采用阻水导体,并增加半导电阻水带等结构。

绝缘材料方面,海缆主要使用低粘度绝缘油、乙丙橡胶和交联聚乙烯三种。交联聚乙烯因导热性良好、输送容量大、损耗低,成为应用最广泛的绝缘材料。从成本构成看,除铜、铝等导体材料外,绝缘材料是价值量最大的部分,占比接近原材料成本的10%。目前国内交联聚乙烯仍主要依赖进口,供应受疫情和交通影响较大;中国石化已有一条产线能够生产交联聚乙烯,未来国产化率有望逐步提升。

高压化与柔性直流:两类工艺壁垒决定厂商身位

海缆技术趋势可分短期与中长期:短期是从低压向高压升级,中长期是从交流向柔性直流转换。

高压化方面,阵列海缆从35kV向66kV升级,送出海缆从220kV向330kV乃至500kV升级。电压等级越高,绝缘材料被击穿的可能性越大,制造工艺要求也越高。500kV海缆的核心挑战在于绝缘材料的电气性能——本体挤制绝缘与工厂接头绝缘恢复是两个独立过程,热历史不同会造成交联聚乙烯晶相结构差异,进而影响工频击穿、电树枝发展等特征;加之500kV绝缘工作场强更集中,接头绝缘与本体绝缘的微小差异都可能引发劣化甚至击穿。

柔性直流方面,其技术难点集中在绝缘加工。直流海缆温升后,绝缘内最大场强可能由靠近导体屏蔽处向靠近绝缘屏蔽处迁移,因此对绝缘屏蔽和绝缘界面的完好性要求很高。批量制造中,导体屏蔽、绝缘与绝缘屏蔽的三层共挤是最关键工序,需通过3个独立挤出机完成材料熔融塑化后,推进至共挤机头,再由模具系统连续挤出;导体屏蔽与绝缘屏蔽均为半导电材料,与绝缘共挤后形成的内外两个界面,其光滑统一对电场分布和长期电气性能稳定性至关重要。

中国厂商的位置:少数企业具备高压与柔直生产能力

从制造能力看,目前有能力生产500kV海缆的企业只有东方电缆、中天科技和亨通光电三家;有能力生产柔性直流海缆的同样只有这三家。其中,中天科技在柔性直流领域优势较为突出,大部分柔性直流海缆项目在其手中,400kV柔性直流海缆订单目前只有中天一家具备。同时,技术优势最终仍要结合属地资源,例如阳江500kV柔性直流海缆项目,中天虽能获得部分订单,但整体格局仍受属地因素影响;在本土企业技术相对薄弱的区域,头部厂商的竞争优势则更为明显。

常见问题

海缆为什么必须采用阻水结构?

海缆长期敷设于水下,需同时满足阻水性能与机械性能要求,因此在结构上与陆缆形成差异,采用阻水导体并增加半导电阻水带等设计,以保障运行可靠性。

交联聚乙烯为什么成为海缆主流绝缘材料?

交联聚乙烯导热性良好,输送容量大、损耗低,且制造工艺相对简单、运行维护费用低、弯曲半径小、质量轻,可生产与敷设的长度更长,电气和机械性能优于充油电缆,因此应用最广泛。

国内厂商在柔性直流海缆上的主要难点是什么?

难点集中在绝缘加工环节,尤其是导体屏蔽、绝缘与绝缘屏蔽的三层共挤工序,以及共挤后内外两个绝缘界面的光滑统一,这直接关系直流海缆电场分布与长期电气性能稳定性。