35 kV海纜施工優化與創新探索

【關鍵詞】35 kV海纜；海上風電；施工優化；技術創新

引言

近年來，全球海上風電產業蓬勃發展，我國海上風電裝機容量已躍居世界第一。海上風電已成為推動能源綠色低碳轉型的重要力量，海上風電機組日益向大容量、遠距離方向發展，對風電場內集電與送出系統提出了更高要求。35 kV海纜作為連接風電機組與升壓站的重要紐帶，其施工質量的優劣影響著風電場的發電效率與運維成本。但海纜鋪設建設面臨著海況復雜多變、作業工況惡劣等諸多不利因素，施工效率低、故障率高等問題日益凸顯，傳統的施工模式和方法已難以適應產業高質量發展的需求。

一、35 kV海底電纜施工優化與創新的重要意義

（一）提升海上電力傳輸系統的可靠性與穩定性

35 kV海底電纜是海上風電場電力收集與傳輸的重要載體。電纜施工質量的優劣，關系到風電場電力傳輸的穩定性與可靠性，海纜鋪設施工不當易引發電纜故障，導致發電機組無法并網或電力傳輸中斷，造成巨大的經濟損失。海纜維修更換受海況條件制約，搶修周期長、成本高昂。提升海纜施工水平，是確保海上風電安全穩定運行的關鍵所在，通過施工工藝優化創新，精準把控鋪設過程中的每個細節，提高電纜防護等級，能降低海纜故障率，維護電力傳輸系統高效穩定運轉，為風電場發電保駕護航[1]。

（二）降低海纜工程建設與維護成本

海纜工程建設是海上風電開發的重要組成部分，工程造價在整個風電場投資中占比可觀。鋪設完成后的海纜運維成本也十分可觀，而提升海纜施工水平，能有效降低工程建設和運維成本。施工優化能縮短施工工期、減少材料損耗，節約工程投入。高質量的施工有助于降低海纜故障率，避免高昂的運維與更換費用，尤其是海纜施工領域的技術創新，能顯著提升海纜防護能力與使用壽命，在降本增效中發揮重要作用。可以說，施工優化創新是降低海纜全生命周期成本的關鍵舉措，對于提升海上風電項目的經濟性、推動風電平價上網具有重要意義。

（三）促進海洋可再生能源開發與利用

海上風電是我國實施海洋強國戰略、建設海洋能源強國的重要抓手，海底電纜建設是推動海上風電規模化開發的關鍵一環。我國正大力推進以海上風電為代表的海洋可再生能源開發，而電纜施工水平的高低，在很大程度上制約著海上風電開發的步伐。高質高效的海纜施工能加快風電項目建設進度，推動大容量風電基地建成投產。電纜施工水平的提升，能為更大規模、更遠距離海上風電開發奠定技術基礎，助力我國海上風電由近海向深遠海拓展。海纜施工領域的優化創新，是破解制約我國海上風電發展的“卡脖子”難題的關鍵所在，對于加快建設海洋能源強國具有重大戰略意義。

二、35 kV海纜施工面臨的主要挑戰

（一）復雜海底環境條件下的施工技術難題

由于海上風電場多建設于水深大、水流急、地質條件復雜的海域，海纜鋪設施工面臨諸多技術難題。一是精確的路由測量與布設，海床地形復雜多變，存在沙波、溝槽、暗礁等障礙，給海纜路由規劃和布放帶來挑戰。二是對復雜地質條件的適應性差，當前海纜鋪設設備大多針對軟土、沙土等單一地質設計，在巖石、礫石海床上施工困難重重，埋設精度難以保證。三是纜體防護困難，受海底地形起伏、水下障礙物等影響，海纜防護措施如埋設、拋石壓護等難以到位，海纜長期裸露于海床，極易遭受損傷。復雜海洋環境對海纜施工技術提出了更高要求，亟需在精確測量、設備適應性、防護措施等方面尋求突破。

（二）海纜敷設與保護工藝的局限性

目前海纜鋪設施工主要采用水下拖曳、水下機器人輔助等方式，施工效率和埋設質量有待提升。傳統的海纜防護措施大多采用鋪設沙袋、安裝混凝土壓塊等人工作業方式，耗時費力且防護性能有限，尤其當海纜需穿越礁石區、水下管線密集區等復雜路段時，現有敷設保護工藝難以勝任。隨著海上風電向大容量、遠距離方向發展，以及高電壓等級海纜的廣泛應用，現有施工工藝局限性日益凸顯，亟需開發高效、精準、可靠的海纜鋪設設備和防護材料，從而破解制約海纜施工水平提升的瓶頸。工藝流程優化、多種施工方式協同應用等，也是提升海纜施工綜合效能的重要路徑[2]。

（三）施工質量管控與安全風險防范困境

由于海上施工受海況影響大、不確定性強，加之缺乏行之有效的質量監管手段，海纜施工質量管控面臨諸多困境，傳統的質檢模式過于依賴人工抽檢，存在質檢頻次低、發現問題滯后等不足。缺乏有效的數字化管理手段，施工數據分散，質量問題難以追溯，而海況惡劣、施工船舶密集等因素，也使海上施工安全風險居高不下，海纜與海底障礙物纏繞、施工船舶碰撞等事故時有發生，嚴重威脅作業人民生命安全和施工進度，傳統的安全管理靠人工經驗判斷，預警和處置能力不足。如何實現質量安全管理手段的創新，構建數字化、精細化的質量安全防控體系，是當前海纜施工管理急需破解的難題。

三、35 kV海纜施工優化與創新的策略與方法

（一）基于多維數據的海底環境精準施工技術

針對復雜海底地形地貌給海纜鋪設帶來的挑戰，可利用水下機器人、側掃聲吶等先進探測設備，高精度采集海底地形、地質、障礙物等多維數據，構建海底環境三維可視化模型。通過對海底地形起伏、溝谷分布、海床質地等數據的精細刻畫，全面掌握海纜路由區域的地貌特征，在此基礎上，優化海纜路由方案，科學選擇纜線走向，避開海底障礙物密集區和地質條件惡劣區，最大程度降低施工難度，做到因地制宜、精準布設。利用三維可視化模型對鋪纜設備的作業參數進行仿真優化，如拋石部署位置、鋪設張力大小、埋設深度分布等，提高設備對復雜海床條件的適應性，確保施工過程的平穩可控，通過設備與環境的匹配性設計，因材施工，在不同區段采取差異化的鋪纜方式和防護措施，提高海纜埋設深度與防護水平[3]。

例如，某海上風電工程海纜鋪設面臨復雜水文地質條件，海床高差值達30米，且分布有多處沉船殘骸、礁石等障礙物。施工單位采用了多波束測深、淺地層剖面、水下機器人等設備，對全線200平方公里海域開展了高密度地形地貌調查與障礙物探測，獲取了亞米級分辨率的地形地貌數據和障礙物分布圖。在海底地形三維模型的支持下，技術人員對原設計路由進行了優化調整，繞開了2處沉船殘骸密集區和3處裸露礁石區，鋪設總里程縮短5.2公里，節約投資3 800余萬元。根據不同路段的海床條件，對水下鋪設設備的鋪放速度、導纜架傾角、埋設深度等參數進行了針對性優化，攻克了復雜地質下的鋪纜難題。通過“測繪-設計-施工”一體化，項目實現了4條35 kV海纜的精準鋪設，最大埋深達到3.2米，電纜防護水平得到大幅提升，為風電場安全穩定運行提供了堅實保障。

（二）海纜敷設與保護工藝的創新應用

針對傳統海纜施工工藝效率不高、可靠性不足等問題，大力研發新型海纜鋪設與防護設備，并優化施工工藝流程，提升海纜鋪設質量和效率。一是研制全自動化水下布放設備，集成水下定位、路由跟蹤、張力監測等功能，通過智能感知與自適應控制技術，實現設備一鍵式操控和自主作業，減少人為干預，提高施工精度和效率。二是應用新型海纜防護材料，如高強度防沖刷混凝土外護層、智能監測光纜等，增強電纜的物理屏蔽和故障診斷能力，全面提升海纜抗風險能力，延長使用壽命，外護材料的柔韌性、抗疲勞特性等也需經過精心設計，以適應海底復雜多變的應力環境。三是創新工藝流程，優化作業時序，如采用“鋪設-檢測-防護”一體化工藝，在鋪設過程中同步開展纜體狀態檢測和外護層鋪設，減少海纜裸露時間，提高防護到位率。針對特殊路段施工，如海纜登陸段，可采用定向鉆、頂管、敞開槽等多種方式結合，因地制宜制定施工方案，確保登陸段的施工安全和電纜防護等級[4]。

例如，在某海上風電項目中，施工單位采用了新研發的自航式海纜敷設船和高強度防沖刷混凝土外護層，提升了海纜鋪設質量和效率。該敷設船配備了自動巡航、路由跟蹤、張力反饋控制等系統，可實現船速和索具放纜速度的精確匹配，確保纜線始終處于設計路由上，索具張力始終在安全范圍內。采用了新型環保混凝土外護材料，通過特殊配方，使其抗壓強度達到C60，抗沖刷系數比常規材料提高1倍，大幅增強了電纜的防護能力。施工中，依托船載聲吶、磁力儀等設備，在鋪設過程中同步開展管溝開挖質量檢測，發現偏差并調整，實現了海纜鋪設與防護的一體化作業。在長達15公里的登陸路段，項目采取了定向鉆與敞開槽相結合的方案，成功攻克了塑性淤泥層頂管施工、砂石層保護套管就位等難題，確保了登陸段防護等級與外海段一致。通過裝備創新和工藝優化，項目單日敷設速度最高達到6.8公里，比常規工藝提速30%以上，整體工期縮短15天，創造了同類項目的最優紀錄。

（三）數字化質量管控與風險預警系統構建

面向海纜工程建設全過程，融合物聯網、大數據、云計算、人工智能等新一代信息技術，構建數字化質量管控和安全風險預警體系，實現質量安全的精細化管理。在此過程中，通過在海纜和鋪設設備上植入各類傳感器，對電纜溫度、應變等狀態參數以及設備位移、速度等作業參數進行全天候采集和無線回傳，結合視頻監控數據等，搭建施工過程智能化監測系統。通過邊緣計算和智能分析算法，對質量缺陷的發生概率、程度進行實時評估，做到質量問題的早發現、早預警、早處置，引入質量安全大數據分析模型，基于施工參數閾值判斷質量缺陷，對各工序質量進行量化評估，預警質量風險，監控整改落實情況，建立質量問題溯源機制，實現數據串聯、責任到人。對施工船舶航行狀態、海況變化趨勢等進行智能分析，構建施工安全風險評估模型，提前識別和告警危險因素，確保安全施工，將各環節的安全風險分級管控，制定差異化的安全管理策略，重點區段、關鍵節點嚴防死守，其他區段做好安全提示和應急準備[5]。

例如，在某海上風電項目220 kV海纜鋪設過程中，施工單位應用了一套集物聯網、大數據、人工智能于一體的智慧海纜管理系統。在系統支持下，工程全過程質量安全管理實現了“感知化網絡化智能化”的躍升，海纜鎧裝和外護層內置光纖測溫、聲發射等傳感器，對電纜運行狀態進行24小時監測，相關數據實時回傳至岸上數據中心。系統利用邊緣計算單元，對海量監測數據進行多維關聯分析，通過與設計閾值、運行閾值的實時比對，對纜溫異常、鎧裝開裂等質量缺陷及早發現，并自動生成質量預警，指導運維人員快速處置。施工船舶配備了基于北斗高精度定位船載終端，對船位、船速、海況等信息進行全天候上報。云端風險評估引擎通過對歷史數據學習形成安全風險知識圖譜，對當前作業面臨的觸礁、錨損等風險進行智能預判，結合海況趨勢預報，提前5小時甚至更長時間發出安全預警，為現場安全防范決策提供了數字化助手。在本系統加持下，人-船-纜的全時共聯、業-財-安的“數-實”交互得以實現，工程質量安全數字化管控水平實現了跨越式提升，海纜鋪設一次驗收合格率從92%提升至98%以上，質量缺陷發現率從0.2條/公里降至0.05條/公里；有效預警和規避了多起海況惡化、船舶失控、海纜外力破壞等安全風險，為工程如期優質履約奠定了堅實基礎。

結語

35 kV海纜工程建設是一項復雜的系統工程，對施工技術與管理水平提出了更高要求。面對新時期的海上風電產業高質量發展需求，必須以創新引領海纜施工領域變革。通過加強頂層設計，強化多元主體協同，加大資金投入和人才培養，全面提升海纜建設的技術裝備、施工工藝、管理模式等，破解制約產業發展的關鍵技術瓶頸。要大力推動數字化、智能化技術與海纜全生命周期管理深度融合，推動形成一批先進適用的海纜建設新技術、新工藝、新裝備，為更大規模開發利用海洋能源提供有力支撐。加強研發創新平臺建設，完善海纜建設標準規范體系，營造開放協同、鼓勵創新的良好發展生態，不斷提升海纜工程的建設水平和綜合效益，為我國加快建設海洋強國、能源強國，實現碳達峰碳中和目標貢獻更大力量。

參考文獻：

[1] 黃濤，鄭智慧，雷志城，等.海上風電35 kV集電系統中性點不同接地方式下過電壓分析[J].電瓷避雷器，2023（01）：2130.

[2] 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江華東工程咨詢有限公司.一種用于35 kV海纜登陸風機的牽引裝置：CN202122417732.9[P].20250509.

[3] 蘇保中.海底電纜故障預警失效原因分析與展望[J].船電技術，2025，45（01）：6265.

[4] 李昊，朱偉華.淺談原油管道旁的220 kV海底電纜保護性敷設施工技術[J].中國設備工程，2021（18）：174175.

[5] 李潤源.400 MW海上風電場海上升壓站的電氣設計研究[D].上海：上海交通大學，2019.