輸電線路海底電纜保護方式探討

楊巡鶯 林徑

（中國電建集團福建省電力勘測設(shè)計院有限公司 福建福州 350003）

0 引言

為控制二氧化碳的排放，清潔能源將引來大規(guī)模的開發(fā)及消納，特別是海上風(fēng)電資源的開發(fā)將引來爆發(fā)階段。海上風(fēng)機產(chǎn)生的風(fēng)電將通過海底電纜傳輸?shù)絻?nèi)陸，而海底電纜（簡稱“海纜”）經(jīng)常受到各種破壞。國際大電網(wǎng)電纜研究委員會曾經(jīng)統(tǒng)計過近30 年海纜故障次數(shù)，發(fā)現(xiàn)引起海纜故障的原因可能是人為因素、海纜自身內(nèi)部故障、自然因素和未知原因。本文將對各因素進行討論分析，同時結(jié)合工程實際情況提出海纜保護型式。

1 海纜損壞因素分析

海底電纜一般敷設(shè)在環(huán)境極其復(fù)雜的海底，經(jīng)常受到潮汐、沖刷等自然條件作用，也受到海底物質(zhì)的摩擦、有害氣體的侵蝕等影響，人類頻繁的海上活動給海纜的運行帶來了嚴重的不穩(wěn)定因素。

1.1 人為因素

捕撈漁具和船錨極易造成海纜的損壞。捕撈漁具大致分為拖網(wǎng)類和張網(wǎng)類：拖網(wǎng)類的作業(yè)方式貫入海底較淺，容易對淺埋及裸露的海纜造成損壞；張網(wǎng)類的作業(yè)方式又分為船張網(wǎng)、大捕網(wǎng)、翻扛張網(wǎng)及帆張網(wǎng)，其中翻扛張網(wǎng)和帆張網(wǎng)刺入海床深度最大可達2 m 以上，對海底電纜危害非常大。相對于捕撈漁具對海纜造成的損害，船錨對海纜的影響更大［1］。不同的作業(yè)船采用的錨重、錨齒長度及刺入海床深度各不相同。拖網(wǎng)類的船錨重約幾十公斤，錨齒長度小于70 cm，刺入海床深度約100 cm，這樣的船錨容易破壞敷設(shè)較淺的海纜；張網(wǎng)類的船錨重約350 kg，刺入海床深度大于50 cm，遇到大潮時，可能出現(xiàn)走錨現(xiàn)象，對淺埋的海纜影響比較大［1］。海洋航運船舶隨意拋錨也會對海纜造成威脅，主要原因在于海運船錨自身重量大，隨意拋錨若撞擊海纜，將會對海纜有很大的作用力，使海纜表面結(jié)構(gòu)破壞；同時船錨在移動過程中，會拖拽海纜使海纜斷裂。

海洋的工程作業(yè)也是影響海纜安全的重要因素，但其對海纜的損害僅次于捕撈漁具和船錨，類似海底采沙作業(yè)，不會直接破壞海纜，但是因為沙石的過量開采引起海纜外露或者懸空，容易留下隱患。

1.2 海纜內(nèi)部因素

海纜內(nèi)部因素主要是海纜自身的缺陷，包括海纜設(shè)計不合理、原材料缺陷、偷工減料、加工工藝不完善等原因引起海纜的故障。隨著制造工藝的進步和先進管理制度的應(yīng)用，海纜自身缺陷這個不利的影響因素逐漸得到有效的控制。

1.3 自然因素

自然因素包括海底自然災(zāi)害、海底生物的影響等，在已有的事故里面占比較小，本文不再詳細討論。

2 海纜保護型式

海底電纜的保護需從設(shè)計、施工、運行和維護全壽命周期進行考慮，包括海纜的自身保護及外在保護。海底電纜鎧裝保護層的增厚，提高了電纜的抗磨損能力，會增加制造成本，需綜合考慮，下文著重考慮討論外在保護。基于海纜人為的損壞因素，通過綜合考慮分析及結(jié)合工程的實際應(yīng)用情況，提出海纜保護的綜合措施。本文將從埋設(shè)保護、溝槽保護、穿管保護及覆蓋保護等4 種保護方式進行探討。

2.1 埋設(shè)保護

埋設(shè)保護被認為是最有效的海纜保護方式，通過各種施工機械將海纜埋設(shè)至一定深度，需大于常規(guī)漁具和錨具刺入海床深度的深度，如此將會有效減少對海纜的破壞。海纜埋設(shè)保護深度需根據(jù)通航環(huán)境要求、漁具及船錨的要求、BPI 指標(biāo)要求共同確定，目前在設(shè)計時通通航環(huán)境要求埋設(shè)深度按3.0 m考慮，漁具、船錨要求埋設(shè)深度按2.5 m 考慮，BPI 指標(biāo)要求埋設(shè)深度按2.5 m 考慮。實際工程中選擇哪種埋設(shè)深度是一個需要綜合考量的問題。雖然對海纜的保護水平和埋設(shè)深度不成比例關(guān)系，很明顯埋得越深保護能力越強，海纜被破壞概率越低，由海纜損壞引起的損失及搶險等費用越低。但是埋設(shè)過深，施工難度會增大、施工速度變慢，需要特殊的施工設(shè)備。若發(fā)生破壞海纜維修難度更大，工程造價顯著增加。因此，埋設(shè)深度需要根據(jù)工程實際情況、海纜路由上存在的風(fēng)險等因素來確定一個合理的埋設(shè)深度。例如已建廈門電力進島第一通道擴建工程，該工程附近海域的航道主要是廈門島北側(cè)支航道，通航條件較差，只能通航1 000 t 以下船只。但該海域的自然條件使得小型船舶事故多發(fā)，據(jù)廈門海事局統(tǒng)計，2000—2005 年廈門轄區(qū)海域發(fā)生海上交通事故161 起，沉船達55艘。另據(jù)廈門市關(guān)于同安灣綜合整治的文件要求，該工程附近海域的漁業(yè)養(yǎng)殖及捕撈作業(yè)在海纜施工前將全面停止。設(shè)計綜合考慮該工程附近海域?qū)＠|安全存在危險的主要是廈門北部支航道，為保證海纜安全，該工程海纜埋深按航道區(qū)埋入海床下3 m、其他地段1.5 m～3.0 m 設(shè)計［2］。

埋設(shè)保護方式主要受施工機械的影響，可適用于絕大部分海域，但是類似登陸段、淺灘區(qū)，施工機械難以靠近，則無法進行埋設(shè)保護，需采用別的保護方式。

2.2 溝槽保護

上文提到登陸段、淺灘區(qū)，施工機械無法進場進行埋設(shè)保護，通常采用溝槽的保護方式，在登陸段、淺灘區(qū)利用機械設(shè)備將溝槽開挖好，后續(xù)即可進行海纜的埋設(shè)。

2.3 穿管保護

當(dāng)海纜由于路由的限制，需在近海淺灘段、漁船作業(yè)拋錨的頻發(fā)點進行施工，并且海纜埋設(shè)深度達不到設(shè)計深度要求時，即可采用套管保護的方法，可以是鋼套管、玻璃套管或者混凝土管。在近海淺灘段，常用鋼管或者鋼筋混凝土管保護海纜。一般提前挖好溝槽，將鋼管或鋼筋混凝土管放入溝槽內(nèi)，然后回填原狀土，施工過程中海纜可從保護管中穿過，對捕撈漁具和漁船船錨具有較強的抵御能力。

2.4 覆蓋保護

當(dāng)出現(xiàn)海床是礁巖區(qū)段、海纜無法埋設(shè)及埋深不滿足設(shè)計要求時，則可采取覆蓋保護的方式。常用的覆蓋保護有拋石、混凝土墊和混凝土袋等保護方式。拋石保護可用船只裝載石頭到敷設(shè)的海纜上，并拋下石塊，但是不能損壞電纜。混凝土墊保護則是采用相同的混凝土塊通過鋼筋連接，形成一個大面積的保護墊。機械設(shè)備可以將其整塊吊放在海纜上面，通過外層的混凝土對海纜進行保護。混凝土墊本身體積較大，需要事先加工好，通過吊裝設(shè)備進行安裝，對施工要求較高，適用于管線交叉等特殊區(qū)域。混凝土袋（沙袋）保護方式是將混凝土或沙裝進沙袋里面堆放到海纜的上部，可以固定和保護海纜。該保護方式需要搬運至準(zhǔn)確位置，工作量非常大，只有當(dāng)埋設(shè)保護和溝槽埋設(shè)深度不夠時才采用。

3 結(jié)論

通過對海纜故障的分析，有人為因素、海纜內(nèi)部故障、自然因素和未知因素四類，其中人為因素對海纜的損害是造成海纜損害最主要的原因，尤其要注意避免漁業(yè)捕撈漁具、漁船船錨、航運船舶船錨和海洋工程作業(yè)對海纜的影響。

海底電纜的保護需從設(shè)計、施工、運行和維護全壽命周期進行考慮，包括海纜的自身保護及外在保護。海底電纜鎧裝保護層的增厚，提高電纜的抗磨損能力，進行自身保護，但是會增加制造成本，需綜合考慮

海底電纜常用的外保護措施有埋設(shè)保護、溝槽保護、穿管保護、覆蓋保護，其中埋設(shè)保護使用范圍最廣，適用于大部分海域；溝槽保護適用于登陸段、淺海區(qū)以及需要開巖作業(yè)的海域；穿管保護包括鐵護套保護、預(yù)埋鋼管保護、預(yù)埋鋼筋混凝土管保護等，常用于近海淺灘段漁業(yè)活動頻繁的情況；覆蓋保護適用于礁巖難以埋設(shè)、埋深不滿足設(shè)計要求或因管線交叉而無法埋設(shè)等情況。