35kV海底光电复合缆的电磁环境研究.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文
摘 要
近年来，海上风电发展迅速，海洋输电工程也有向特高压发展的趋势，海底电缆的
电压等级和额定运行电流也随之增大，海底电缆电磁环境对海洋生态环境的影响日趋明
显。世界各国和海洋保护组织都十分关注海底电缆的工频电磁场问题，因此海底电缆电
磁环境问题成为制约海洋输电和海上风电发展的关键因素，研究海底电缆的电磁环境问
题对海上输电工程的建设有重要意义。
本文基于一根 10km 的 35kV 海底三芯光电复合缆，采用解析计算，COMSOL
Multiphysics 有限元仿真和实验测量三种研究手段，对海底电缆的工频电磁场进行了分
析；为了研究工频电磁场对海洋生物的影响，本文对海底电缆周边海生物的行为影响进
行了实验研究，说明了海底电缆工频电磁场对海洋生态环境有一定的影响。本文主要开
展如下几方面的研究：
（1） 根据静电屏蔽原理证明海底电缆外部工频电场为零，基于镜像法计算了海底
电缆上方的工频磁感应强度，并分析了海底电缆上方磁场的影响因素。
（2） 利用 COMSOL Multiphysics 有限元仿真软件对海底电缆内外部电磁场进行仿
真，对海底电缆的感应电压、电场强度、感应电流、损耗和磁感应强度进行了深入分析，
以得出海底电缆外部电磁场的量级及影响因素。重点对铠装的材料属性对海底电缆外部
磁场的影响进行了详细的仿真，以确定材料属性对海底电缆内外部电磁场的影响。结合
解析计算和有限元仿真，提出了海底电缆工频磁场的减弱方案。
（3） 完整设计了海底电缆电磁环境的模拟实验，从安装、运行和测量都给出相应
方案，并实施了方案。测量了模拟装置不同位置的温度变化，外部工频电场和工频磁场
值，将测量值和计算仿真值进行对比，获得相关电磁场的辐射值大小。对可实现的减弱
电磁场的方案实测，并进行了分析。
（4） 结合海洋生态学的有关知识，分别对菲律宾蛤仔、虾夷扇贝和美洲鳗鲡在海
底电缆电磁辐射环境下行为情况进行了实验。结合海洋生物实验的实验现象，对比现有
工频电磁场辐射限值进行分析，得出海底电缆电磁场的辐射限值。

关键词：海底电缆；工频电磁场；有限元仿真；海洋生态



- I -
35kV 海底光电复合缆的电磁环境研究
Research on Electromagnetic Environment of 35kV Submarine Cables

Abstract
In recent years, with the rapid development of the offshore wind, Marine transmission
engineering also has the trend to extra-high voltage. Of course, the voltage and rated operating
current of submarine cable have increased, the influence of the Marine ecological environment
caused by submarine cable electromagnetic environment has become increasingly obvious. The
world and the marine conservation organizations are very concerned about the power frequency
electromagnetic field problems of submarine cable. So, the power frequency electromagnetic
field problems becomes the key factors which restrict the development of the Marine power
transmission and the offshore wind. Research on the electromagnetic environment of submar