海上油田群海底電纜的敷設施工、試驗及維修

余 穎，王新剛

(1.中國石油集團海洋工程有限公司，北京 100028;2.防災科技學院，河北 三河 065201)

海洋平臺

海上油田群海底電纜的敷設施工、試驗及維修

余 穎1，王新剛2

(1.中國石油集團海洋工程有限公司，北京 100028;2.防災科技學院，河北 三河 065201)

海底電纜作為海上油田群電力傳輸的重要手段，是輸送海上各類平臺(采油、鉆井)的采油、鉆井、外輸、動力等系統的主要載體。海底電纜工程作為海上石油平臺工程技術的重要分支，其敷設、試驗、維修的專業難度大，復雜程度極高。文章系統的介紹海底電纜的敷設工程及試驗各個階段，并簡述海纜故障的檢測及維修的方法。

海底電纜；敷設；試驗；維修

海底電纜特指在海底采用特殊工藝敷設的電力系統所用的電纜。其既能將陸地或海上油田群電網的電力準確有效地輸送給海上各個生產和井口平臺，又能實現海上平臺之間的電力補給。海底電纜供電性能穩定，使用壽命長，是提升海上油氣田生產效率的有效手段。因此作為海上電力傳輸主要工具之一，海底電纜的安全性和重要性受到了廣泛的關注。

由于海底電纜的敷設工程具有復雜界面多、施工工程量大、實施難度大、造價高等特點，因此系統了解其敷設過程非常必要[1]。在海床敷設好電纜后，必須按照海纜路由的地質構造等情況，對海纜實施保護措施。在對海纜敷設、海纜保護及電纜終端頭制作完成步驟前后，還需在各階段分別進行海纜的出廠試驗、交接試驗、完工試驗，獲得海纜的各項性能指標的檢驗數據，判別海纜在整個施工前后是否受到損傷。由于海底電纜線路位于海底，隱蔽性較強，一旦海纜發生短路、破損等故障，石油平臺將面臨大面積停電的風險，正常生產和井口平臺上工作人員的生活將受到嚴重的影響，最終導致重大的經濟損失。因此，快速準確的確定故障點，對受損線路及時修復就顯得尤為重要。

1 海底電纜的敷設

敷設海底電纜的工作主要包括確定敷設路由方案與敷設施工2部分。

1.1 路由和登陸點的勘查和確定

海底電纜路由和登陸點的勘察及確定是整個海底電纜敷設工程設計及具體實施的基礎。合理選擇海底電纜路由及登陸點是整個敷設工程安全、穩定和可靠的關鍵因素。路由和登陸點勘察及確定原則應滿足海纜不易受到損傷、可實施可靠防護、敷設作業方便。海底電纜的路由調查、勘測要遵守《敷設海底電纜管道管理規定實施辦法》(國家海洋局令第3號)的相關規定，方案的確定要經過國家海洋局批準方可執行。

海纜適宜敷設在河床穩定、流速較緩、岸邊不易被沖刷、海底無石山或沉船等障礙、少有沉錨和拖網漁船活動的水域[2]。當確實難于避讓正常航道或可能開挖航道、海產養殖、漁業捕撈頻繁等區域時，力求穿越該區域的路徑最短，海底電纜應埋至安全深度以下，防止航線船舶或漁船拋錨、拖網漁具等直接損傷海底電纜。

根據GB 50217《電力工程電纜設計規范》和《海上固定平臺安全規則》要求，海纜嚴禁交叉、重疊。路由要最大限度避免海管和海纜間的交叉跨越，在不可避免的情況下，應保持足夠的安全距離并有防護措施，確保原管道或海纜不受損壞。除此之外，并行的海纜間的間距不宜小于最高水位水深的2倍，海管和海纜間的安全間距不小于50 m，如受條件所限至少15 m[2]。根據多個項目的實施情況來看，海管和海纜的間距必須考慮施工機具的施工精度及安裝需求，還要考慮后期更換或者維修檢測的需要。

登陸點的選擇主要由電纜在海底敷設的路由軌跡、已存在海底的設施和海上固定設施位置、相關船只的?？恳笠约巴２醋鳂I區域、平臺上部電纜接線箱體的位置、導管架的構造和海纜J型保護管定位等幾方面因素共同確定[3]。

海底電纜路由和登陸點的勘察由國家海洋局批準的專業勘察單位對陸岸灘或海上平臺所處地理位置的具體情況，進行詳細的前期實地勘察，摸清航運、漁業、海產養殖、軍事、通信等在該區域的分布情況，收集相關方面的詳細資料，用以進行分析比較及科學論證，初步確定出路由和登陸點方案[4]；隨后采用先進設備和技術手段，對將要敷設海纜的區域進行具體勘測，以確保登陸點及路由方案的安全性、穩定性和可靠性，最終確定既合理又經濟的路由及登陸點方案，申報國家海洋局獲得批準方可執行。

1.2 敷設施工工藝

敷設施工工藝包括：施工前的準備、敷設施工、海纜保護、錨固及端頭安裝等工序。

1)施工準備。施工準備包括陸地準備和海上實施準備。陸地準備包括技術文件準備、施工手續辦理、現場布置準備。工程開工前，施工單位組織施工圖紙會審并編制詳細的施工組織設計及施工應急預案等技術方案，并報監理單位、建設單位審核后執行。工程前期，施工單位協助建設方辦理海纜的施工專項許可證書，在海事局辦理海域使用證書、施工許可證書等相關施工手續，確保海纜工程合法、有效；還需要得到施工區域港務、航道、漁政等相關部門的配合；隨后進行現場鋪纜船、輔助船、鋪纜設備、施工機具、材料、人力及海纜裝運。

海上實施準備是指敷設線路所經海域的地質勘察、海床障礙物的清理。

2)敷設施工。敷設施工的主要流程包括：接纜、試航、掃海、始端拋錨就位、始端電纜固定、沖埋鋪纜、終端拋錨就位、終始端電纜固定。接纜采用海底電纜敷設船在指定的碼頭接纜；試航、掃海作業確保施工安全可靠；敷設船靠登陸點始端拋錨就位，將海底電纜始端從鋪纜船放出，經保護管固定在起始端的平臺或陸岸；沖埋鋪纜是將海底電纜按照固定路由方案安全、準確的邊挖溝邊敷設，敷設過程中通過DGPS全球定位系統和潛水員隨時檢查電纜著底和入溝的情況；敷設結束階段確定電纜的終端位置，切斷并進行防水處理，將海底電纜終端經保護管固定在終端的平臺或陸岸[5-6]。

施工方案要合理全面，著重考慮如何控制電纜的入水角、埋設深度、路由軌跡、海纜可允許的彎曲半徑和所能承受的拉力以及各種緊急情況下的應急措施，另外還要考慮敷設海纜海區的地質和海況對海纜敷設的影響，施工船舶的選用必須滿足作業要求等[7]。

3)海纜保護。海底電纜保護常見措施有：近岸段淺水區采用水泥沙漿袋埋設保護；航道和漁業活動頻繁水域，水深20 m以內采用高壓水槍或機械開槽爆破等方法進行深埋保護；水深超過20 m采用水力機械式沖埋保護；管道和電纜交叉跨越須采用覆蓋保護，覆蓋裝置可采用保護套管、電纜蓋板等；海纜懸空部分采用拋石堆積保護[8]。

4)錨固和端頭安裝。海纜錨固是把海纜固定在焊接于平臺甲板或陸岸的錨固裝置內。海纜端頭安裝就是專業人員在高壓室內制作海纜接頭并安裝至海纜接電箱內。

2 海底電纜試驗

海纜在出廠至施工、完工各個階段均需要經過海纜試驗，主要包括出廠試驗、交接試驗和完工試驗。各海底電纜生產廠家和用戶現行的試驗指導依據主要是以下幾個標準：CIGRE-Electra-171《海底電纜機械試驗標準》、CIGRE-Electra-189《36-170 kV高壓XLPE海底電纜電氣試驗標準》、IEC60502《擠壓絕緣電力電纜及其附件試驗》、JB/T 11167.2《額定電壓10 kV至110 kV交聯聚乙烯絕緣大長度交流海底電纜及附件》、DL/T 1279《110 kV及以下海底電力電纜線路驗收規范》[9]。

2.1 出廠試驗

出廠前，通常由買方、廠家及第三方按照生產合同及相關技術協議、設計聯絡紀要等文件組織驗收，針對海底電纜及附件的技術參數、性能、結構、試驗等方面的技術及相關工作進行驗證。

出廠試驗即按照CIGRE-Electra-171、IEC 60502和JB/T 11167.2規定對成品電纜進行試驗，包括機械試驗及透水試驗、導體電阻試驗、絕緣試驗、交流耐壓試驗、直流耐壓試驗、光纜衰減試驗，其中機械試驗和透水試驗應由業主指定的第三方檢驗機構提供檢測報告，如果能提供結構類型及電氣參數、使用條件高的型式試驗報告，可不做這2項試驗。

2.2 交接試驗

海纜到貨后和海纜敷設前，由廠家現場進行驗收及交接試驗?，F場驗收需對海纜廠家提供的，經國家認可機構出具的型式試驗報告、產品出廠合格證原件進行資料檢查；對海纜及附件的包裝完整性進行檢查；對海底電纜的鎧裝、鎧裝護層、端頭進行實物檢查。海纜的交接試驗主要包括導體電阻試驗、絕緣試驗、光纜衰減試驗。

2.3 完工試驗

海底電纜的完工驗收應在申報資料、批復手續合法齊全的條件下，分別對海域段、登陸段、海底電纜保護、終端電氣設備進行驗收。完工試驗通過檢驗各項電氣性能指標，確認在施工過程中線路是否受到損傷，以保證海纜運行的安全性和穩定性。電氣試驗主要涉及耐壓測試、絕緣試驗、電容、導體電阻、鉛套電阻測試、局部放電測試試驗、電纜的泄漏電流測試等。絕緣試驗必須在耐壓試驗前后各做1次，且都滿足要求。

3 海底電纜維修

海底電纜的故障診斷和維修一直是海洋工程中的難點之一，相對于陸上電纜來說，海底電纜故障診斷和維修復雜度較高，受天氣影響較大，時間要求較緊，施工風險較大，維修成本也是陸上電纜的幾十倍，有時甚至幾百倍。自2011年至今，根據不完全數據統計，海纜損壞事故的直接維修費用已超過4億元。

節省維修費用需要及時準確的分析海底故障并制定合理的維修方案。造成海底電纜故障的原因主要有船舶和漁具對海纜的外力破壞、海纜鎧裝的腐蝕、渦致振動造成的海纜鉛護套的疲勞損傷、其它施工及打撈對海纜的破壞、海浪沖刷對海纜的磨損、絕緣等級降低和接頭銹蝕等[10]。海纜發生故障后，需有專業人員迅速分析故障原因并進行維修方案的確定，故障的診斷和維修主要包括原始資料的調查、故障的定位、故障的修復、測試及入海、資料的整理和歸檔。

3.1 收集原始資料

海底電纜發生故障，必須全面了解和詳細收集海底電纜的路由及施工和檢測資料，對海纜的走向、水底富余量、長度等資料進行整理，作為故障測量和定位的基礎數據。由于海底電纜敷設結束后，其位置在海床中不是完全穩定的，會受到沙坡移動及沉積物漂移等影響而發生位移，并且敷設時間越長，相對位移會越大，因此，海纜的實際路由和故障的定位不能僅依靠原始資料數據進行判斷。

3.2 故障的定位

故障定位首先采用萬用表、兆歐表等檢測故障電纜的相間電阻、對地絕緣電阻等，用這種方法，初步判斷出故障的性質；然后根據故障類型，采用合適的測量方法，常用光時域反射儀(OTDR)測試法進行海底光纜故障點測量，初步測出故障段距平臺或陸岸的相對距離；隨后維修船前往海纜故障預測點拋錨就位，沿著電纜走向在此位置前后仔細探測定點，直到找出較準確的故障段位置。根據故障點信息，計算維修故障段需要的海纜長度；訂購維修所需的海纜，注意需要預留一定的余量。故障定位的操作過程必須指派較有經驗的人員完成。

3.3 故障的修復

海底電纜故障的修復主要包含以下步驟：①用水力挖溝機清理海床覆蓋泥沙；②用維修船浮吊將海纜逐段吊出水面，尋找破損點；③發現破損點后，將故障段的海纜吊裝并固定到作業船甲板；④在切除故障點和進水部分后，對海纜進行導體直流電阻測量、絕緣測量、鉛護套直流電阻均勻性測試和耐壓試驗，確定切割后的海纜無故障；⑤將試驗合格后的海纜兩側端頭和備用海纜兩側端頭依次固定在工作架上，采用專用海纜接頭進行修復連接；⑥海纜接頭制作完畢后，對整根海纜進行導體直流電阻測量、絕緣測量、鉛護套直流電阻均勻性測試和耐壓試驗，測試結果良好后，下放海纜入水；⑦需對維修段的海纜進行保護或沖埋。

專用海纜接頭必須有相關資質和認證的廠商提供，整個接頭連接及修復過程需專業人員進行施工作業。

3.4 資料的整理和歸檔

海纜故障修復后，施工維修單位需向業主提交相關的故障分析及維修報告，并提交竣工圖。業主需將海纜的最新路由資料和施工及檢測報告通報相關政府單位，便于進行海圖資料的更新，并及時對資料進行整理及歸檔。

4 結束語

海底電纜是整個海上油田群電網輸送電能的主要載體，海底電纜由于所處的海洋環境，使其敷設、檢測、維修均具有復雜界面多、施工工程量大、實施難度大、造價高、專業性極強的特點，系統了解其過程非常必要。本文有助于設計及施工人員全面了解和認識海底電纜施工敷設、試驗及故障維修的整體流程。

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[2]中國電力工程顧問集團西南電力設計院. 電力工程電纜設計規范：GB 50217—2007[S]. 北京：中國計劃出版社,2007.

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[10] 王昆，李敏雪，生宏，等. 海底電纜的故障檢測及修復工藝方法[J].電氣傳動自動化, 2012, 34(5):58-62.

As an important means of power transmission in offshore oil field group,submarine cable is the main carrier to transport all kinds of oil production,drilling,crude oil transportation,power and other systems between oil production platform and drilling platform.Submarine cable engineering is an important branch of offshore oil platform engineering technology,for its cable laying,testing and maintaining are recognized as a large-scale project with high professional degreee of its difficulty and complexity.In this paper,the submarine cable laying,test stages and some methods for detecting and maintaining the cable fault are introduced systematically.

submarine cable;laying;testing;maintenance

余穎(1972-)，女，四川渠縣人，高級工程師，碩士，主要從事海洋工程電氣設計工作。

P75

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.03.017

2016-12-26