电缆在我们的生活中随处可见，如高架电缆、通信电缆以及家用电线电缆，似乎和高、精、尖技术联系不上。但是我们面临的实际情况，根据能源局发布的《风电发展“十三五”规划》，到2020年海上风电并网装机容量将达到500万千瓦以上。如此大的海上风电发电量，海上风电场规模不断扩大且逐渐远离陆地，发电和输电用的电缆成为技术关键，即发电用耐扭曲软电缆和输电用海底电缆。在2009年之前，国内没有220 kV海缆生产能力，耐扭曲软电缆主要还是靠进口为主。在此情况下，上海电缆研究所承担了项目《海上风电用高端电缆关键技术及应用》，最终荣获2018年中国机械工业科学技术奖一等奖及2019年上海科学技术进步二等奖。
解决海上风电高端电缆关键技术并实现国产化势在必行
发改委和海洋局联合发布《全国海洋经济发展“十三五”规划》指出，要加强大功率海上风电设备研制，其中包括海底电缆等海上风电关键技术和配套产业，健全海上风电产业技术标准体系。对于海上风力发电用高端电缆包括耐扭曲软电缆和输电用海底电缆。海缆对于电气、机械、阻水等性能要求较高，其制造、检测技术难度很大，风能电缆需要高柔软性以耐受由于对风过程造成的扭曲，这两种电缆长期以来主要依靠进口。随着海上风电的发展，解决高端电缆关键技术并实现国产化变得势在必行。
发电用耐扭曲软电缆和输电用海底电缆的特异性
风力发电用耐扭曲软电缆需要优异的抗扭转性能，成品电缆在常温或低温（-25℃、-40℃或-55℃）的环境下，能经受正、反各四转为一次、扭转角度为360°，次数10000次的扭转性能试验，要求电缆试验结束后导体不发生断裂、护套表面不产生裂纹；同时，电缆还要有优异的弯曲性能。为了提高电缆的柔软性，导体结构是非常重要的。
输电用海底电缆的整个制造过程同一般电力电缆基本相同，但在电缆机械强度和防腐要求上有所特殊，并要求电缆长度尽量延长。
不同于传统电力系统架空线抑或陆地电缆，海缆应用场景的特殊性对产品绝缘性能、耐腐蚀能力提出了更高的要求。由于海缆敷设于水底，海底的高盐度、高腐蚀性、高敷设难度等问题对海缆的研发、制造、敷设等带来很大挑战。
海底电力电缆敷设主要包括电缆路由勘查清理、海缆敷设和冲埋保护三个阶段。电缆敷设时要通过控制敷设船的航行速度、电缆释放速度来控制电缆的入水角度以及敷设张力，避免由于弯曲半径过小或张力过大而损伤电缆。其中，在浅滩段敷设时，电缆敷设船停在距离海岸4.5km的地方，通过岸上的牵引机牵引，将放置在浮包上的电缆牵引上岸，电缆上岸后拆除浮包，使电缆下沉至海底。深海段敷设时，电缆敷设船释放出电缆，使用水下监视器、水下遥控车不断地进行监视和调整，控制敷设船的前进速度、方向和敷设电缆的速度，以绕开凹凸不平的地方和岩石避免损伤电缆。在施工的最后阶段，主要是对海底电缆进行深埋保护，减小复杂的海洋环境对海底电缆的影响，保证运行安全。在沙地及淤泥区，用高压冲水产生一条约2m深的沟槽，将电缆埋入其中，旁边的沙土将其覆盖；在珊瑚礁及粘土区，用切割机切割一条0.6~1.2m深的沟槽，把电缆埋入沟槽，自然回填形成保护；在坚硬岩石区，需在电缆上覆盖水泥盖板等硬质物体实施保护。
本项目主要技术创新
海上风电作为新能源，是《国家海洋经济发展“十三五”规划》倡导的发展方向，研发高性能的海上发电用耐扭曲软电缆和输电用海底电缆成为技术关键。上海电缆研究所有限公司自2009年开始立项，经过长期与潜在用户、设计单位、生产企业合作推动上述两种电缆的国产化工作，目前风力发电机用软电缆基本实现国产化且产品制造技术处于世界领先水平，220千伏海缆则填补了国内空白并在生产制造上与国外一流企业处于同等水平，奠定了中国海上风电发展的基础，市场前景极为可观，两项技术成果均打破了国外技术封锁与垄断。
（1）上缆所牵头制定了关于高压海缆的系列标准，包括GB/T 32346—2015，对220kV及以下海缆系统的各个方面进行了规定，包括试验方法、检验项目、验收规则以及敷设后试验以及附件产品等。 上缆所还牵头制定了对应不同风机功率的GB/T 29631—2013和GB/T 33606—2017两个标准，对风机中用的风能软电缆的产品代号、标志、 技术要求、检验规则和试验方法进行了规定。
（2）本项目专门制定了海缆的检测方法，建立了相应的检测设施，并利用上海国缆检测中心的资质建立起平台，可实现全套的型式试验、预鉴定试验、现场试验以及一些工程模拟试验，尤其是针对深水区(5MPa)的透水试验、张力及张力弯曲等关键项目的检测能力， 已处于国际领先地位。
（3）针对海上风能电缆的特殊要求建立了相应的检测设施，包括 12m高的耐扭设备，可有效地模拟风机运行、耐盐雾等设施，切实保障了海上风电用风能电缆的运行。
（4）软接头是海缆制造最为关键的技术之一，其作用是海缆的接续，以实现更大长度海缆的交付或抢修。其优势是能够在接续后保证电缆外径不便，不影响电缆的敷设。其制作包括导体分层银钎焊接、 绝缘、屏蔽以及铅套的恢复，技术难度大，是国外封锁的技术，通过 项目组的攻关，已突破该技术，目前220kV的软接头已得到工程验证，此技术填补了国内空白。
（5）在海缆本体的制造环节取得了突破，可实现全球最大截面 3000mm2的导体生产，并攻克了单丝焊接的技术，保证导体可大长度连续生产。实现了三芯220kV超高压海缆生产，为国内首创，并于 2016年首次用到海上风电项目。
（6）该项目形成并拥有三项实用新型专利和七项发明专利，发表了多篇论文，并且据此形成的理论知识体系成功编入了电线电缆手册第4 册中，同时也具有自主知识产权并出版了一套书籍。
通过案例分析本项目经济效益和社会效益分析
以福建莆田南日岛海上风电项目一期工程为例，装机容量400MW，利用100台4MW的风机发电，并建有220kV海上升压站，利用3根约12km的1600mm2的220kV海缆向岸上输电。海上风电较陆上风电相比，其年等效满发电小时数要高，一般要达到3000小时，400MW项目一年的发电量约为12亿度电。如果到2020年，以500万千瓦的装机容量来计算，年发电量将达到150亿度电。同期在环保方面，取得了良好的社会效益。
结 语
在完成该项目的过程中，上海电缆研究所联合试验机构、制造企业共同开展技术开发、产品试制、检测评估和标准制定，通过多年的攻关，打破了海上风电用高端电缆产品被外国企业垄断的局面，实现国产化，为海上风电发展起到了有力推动作用。
