輸電線路海底電纜敷設方式探討

楊巡鶯 林徑

（中國電建集團福建省電力勘測設計院有限公司 福建福州 350003）

0 引言

隨著國家加快海上能源體系建設，近海島嶼的開發、海上風電場陸續投產建成，輸電線路海底電纜作為跨海送電的主要技術手段將海上風電資源源源不斷的傳輸到陸地。我國從20 世紀60 年代就開始了海底電纜的敷設施工，電壓等級集中在35 kV，高電壓、大容量的海底電纜屈指可數，主要集中在福建及廣東地區。隨著海洋風資源的持續開發，多個千萬千瓦海上風電基地的規劃及建設，輸電線路海纜將會大量應用。本文基于廈門電力過島第一通道擴建工程對海底電纜敷設方式進行探討，為今后國內類似工程的建設提供參考。

1 輸電線路海底電纜敷設方式

根據不同的海域情況、施工工期及海纜型式等因素，海纜敷設方式可大致分為三類：直接拋放、先敷后埋和邊敷邊埋。直接拋放主要是依靠海纜的自身重量快速沉入大海底部，施工便捷，但是容易被船錨破壞，安全性差，一般推薦在深水區域采用。先敷后埋和邊敷邊埋都是深埋的方式，依靠機械設備將海纜埋設在海底，可以有效地避免外力的破壞［1］。邊敷邊埋綜合了直接拋放和先敷后埋的敷設特點，在海纜施工船上將海纜裝入埋設機，一起放至海床上，開啟埋設機，埋設機隨施工船前進的同時，沖開海床面，將海纜置入溝槽中［1］。依托廈門電力進島第一通道擴建工程（以下簡稱本工程）敷設方式，綜合考慮施工工期、地形地貌以及氣候環境等影響因素，采用慢速絞錨牽引式邊敷邊埋工藝，施工船采用六錨定位，海纜轉盤退扭，HL9 型高壓射水埋設機邊敷邊埋是最經濟和安全的，下文將注重對邊敷邊埋敷設方式進行探討。

2 工程應用

2.1 工程概況

本工程為220 kV 單回路線路，送電方式為架空、海纜、陸纜三種混合方式，起自廈門集美英春220 kV 變電所，終止于廈門島內圍里220 kV 變電所，線路全長20.51 km，其中海纜段，起自集美電纜終端站，終止于廈門島內新環島路電纜終端站，該段線路長度3.620 km［1］。

2.2 敷設步驟

本工程海纜敷設步驟為：①接收、運輸海纜；②路由掃海調查、清理；③登陸點調查；④始端登陸；⑤路由海纜敷設；⑥終端登陸；⑦海纜保護、沖埋；⑧登陸點兩端海纜接頭、配件安裝及其他土建工程等。其中路由海纜敷設是最重要的步驟，主要的操作流程為：①施工船就位；②纜盤內海纜旋轉退扭；③海纜放入甲板入水槽；④海纜系上浮胎；⑤始瑞登陸；⑥海纜放入埋設機腹部，投放埋設機至海床面；⑦牽引施工船敷埋海纜；⑧提起放埋設機；⑨海纜從埋設機腹部導出；⑩海纜系上浮胎；1○終端登陸。下文將介紹邊敷邊埋過程中使用的主要機械設備、敷設過程控制等內容。

2.3 敷設設備

本工程海纜敷埋施工船為無動力平底方駁3 000 t，該船船身總長約為60 m，船身總寬約為22 m［3］。海纜敷埋船為本身無動力推動的船舶，主要依靠船上38 t 卷揚機工作，卷揚機收絞牽引鋼纜控制施工船行進方向，牽引鋼纜則是需要提前敷設在海纜路由線上；施工船牽引海面下的埋設機進行海纜敷設，施工船上的主要設備包括布纜機、起重扒桿、埋設機等［3］。本工程所使用的布纜機為履帶式海纜輸送設備，設計最大牽引力7 t，在保證不超過電纜最大允許側壓力及徑向拉力的前提下，根據需要可進行調節牽引力，如圖1 所示；起重扒桿額定起重60 t，最大吊距11 m，扒桿上安裝若干個滑車組，用于埋設機的投放與回收，如圖2 所示；牽引式HL9 型高壓水力射水埋設機由2 臺安裝在甲板的機動水泵經高壓皮籠對埋設機進行供水沖泥，機動水泵型號：TSW150×9，功率200 kW，轉速1 500 r/min，流量150 m3/h，揚程270 m，主機縱向與側向迎水面小于6 m2、跨幅大于5 m、重心低于0.8 m，自然擺放在水底，在6-7 節水流中能保持良好姿態，作業時抗流性能好，埋設深度可在0 m～3.5 m 之間變化，施工船上38 t 牽引卷揚機的絞纜線速度決定了海纜敷埋速度，同時由卷揚機上的變頻器來調控海纜敷埋的速度，海纜敷埋速度控制在0 m/min～8 m/min的速度范圍內變化，如圖3 所示；過纜橋形似回轉的起重機，拔桿部分是根據適應被敷海纜最大直徑來確定容許曲率半徑，形似“S”型的導纜架。過纜橋由導纜架和回轉機架組成，是電纜從轉盤到布纜機之間的導向機構，它有兩個作用：一是過程中使海纜始終保持容許的彎曲半徑輸送；二是通過導纜架的回轉擺動和變幅來調節海纜在輸送過程中所受的張力，如圖4 所示［2］。

圖1 布纜機

圖2 起重扒桿

圖3 HL9 型高壓水力射水埋設機

圖4 海纜施工轉盤與過纜橋

2.4 敷設過程控制

海纜敷埋過程中需對所處海域進行封航，不能因外部因素造成施工中斷。海纜敷埋施工時，埋設機需要進行實時調節和控制，通過調節牽引的速率、水泵的壓力、牽引力的大小以及埋設機狀態等方式來控制海纜敷設的深度，如圖5 所示。本工程依靠卷揚機的絞纜線速度決定，并由卷揚機上的變頻器來調控，敷埋速度控制在1 m/min～8 m/min。

圖5 海纜敷設示意圖

埋設機上安裝各種傳感器，通過傳感器可測知埋設機左右擺動、前后傾斜情況，犁刀的操作深度及水平轉向情況，可以進行實時調控［4］。根據設計的要求，海纜在敷埋過程中張力需控制在一定的范圍內，允許張力可通過布纜機控制［4］。

海纜敷設時，船只在海上時間長，施工船容易受到風浪、潮汐的影響，導致偏離設計方案，因此需要隨時對敷設路徑進行糾偏處理。本工程海里電纜敷設采用慢速絞錨敷埋的方法，在施工船前設置鋼纜繩牽引，后側的埋設機（自重約40 t）相當于穩船錨，施工船采用六錨定位，通過錨鋼絲繩調整船位航向，通過錨艇翻錨來解決海纜偏移問題［1-2］。

由于施工船建基3001 本身無動力推動，依靠牽引鋼纜沿設計路徑方向施工。本次敷設由于工程線路中間有幾處轉向點，主牽引鋼纜敷設可采用如下施工方法：根據設計提供的坐標，根據DGPS 復核定位始端登陸點的路由軸線，施工船在路由軸線附近就位，在海纜設計路由上依靠錨艇拋設牽引錨，將主牽引鋼纜與牽引錨連接，牽引鋼纜直至鋼纜與施工船上38 t卷揚機連接［5］。施工過程中，依靠錨艇水下敷設主牽引錨，在靠近終端登陸點附近設置地錨，將主牽引鋼纜與地錨連接牢固［5］。本次敷設的主牽引鋼纜單根長度最長為4 km，敷設過程中依靠DGPS 來定位，在轉向點位置，通過錨艇拋設轉向錨并與主牽引鋼纜相連，確保施工船沿設計路由進行施工［5］。拋牽引錨時采用DGPS 定位系統，精度控制在（±5 m）范圍內。

深水區施工，要依靠海底的埋設機進行。首先要將埋設機投入到海床上，可以將海纜裝入埋設機后再投放至海床，也可以將埋設機及海纜分別投放至海床后再把海纜裝入埋設機。

根據廈門海纜項目實際情況，落潮時集美側露出灘地，清淤后登陸端溝槽水深也較淺，船舶甚至可能擱淺在路由上，甲板到海床面的高差較小，約為4.5 m～7.0 m。鑒于高差較小，投放埋設機時，先在甲板上將海纜裝進施工機械腹部，再進行埋設機投放，進而牽引施工船敷埋海纜。將海纜放入水槽，在埋設機腹部裝入海纜，關上門板，采用扒桿吊機將埋設機緩緩吊入水中，擱放在海床上。

3 結論

通過對“廈門電力進島第一通道擴建工程”高電壓、大容量的海纜敷設過程操作步驟的探討，對海纜邊敷邊埋工藝有了進一步了解，包含不同機械設備的挑選、設置，傳感器的布設，海纜路徑的糾偏等內容，為后續工程應用提供借鑒。