海上風電220 kV海底光電復合電纜敷設施工技術

孫煥鋒，雷 傳，沙欣宇，葛 暢

(1.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 311122；3.浙江大學海洋學院，浙江 舟山 316021)

隨著世界各國的能源短缺，清潔能源日益受到各國政府的重視，其中海上風能資源逐漸走入人們的視野。我國海上風能資源豐富，因此海上風電項目在我國能夠大力發展，我國沿海各省正大力開展海上風電工程建設[1-3]。海上風電場一般由海上風機、海上升壓站、海底纜線等部分組成，其中風力發電機組所發的電力，需要通過海底纜線輸送到海上升壓站，將電壓提升后送往陸上集控中心并入當地電網[4-5]。

220 kV海纜路由較長，此種規格海纜單根載重達5 323 t，且采用大直徑大長度220 kV三芯光電復合海纜，對海纜過駁、登陸及敷設過程中自身的彎曲半徑、側壓力、牽引力和海纜應力退扭控制要求較高。

目前，許多學者對海底電纜的保護系統[6-8]、監測技術[9]及登陸技術[10]等開展了相關的研究，但是，對海上風電220 kV海底光電復合電纜敷設施工技術還有待進一步的研究。結合江蘇啟東海上風電工程，對大直徑大長度220 kV海底電纜敷設施工關鍵技術進行研究，為類似工程提供參考。

1 工程概況

江蘇啟東H2號海上風電場工程位于江蘇啟東近海海域,場區中心離岸距離約40 km，規劃裝機容量250 MW。本工程設有陸上集控中心和220 kV海上升壓站。海上風機所發電能經升壓站升壓后，擬通過220 kV海底光電復合電纜接入陸上集控中心；經綜合規劃、開發時序等因素綜合考慮，陸上集控中心為啟東H1～H3號項目合建；陸上集控中心電氣及土建設計均按800 MW總容量考慮(見圖1)。

圖1 H2號220 kV海纜路由示意

1.1 220 kV海纜設計參數

本工程范圍內 H2#項目的海底電纜為220 kV海上升壓站至陸上集控中心內的1回3×630 127/220 kV海底光電復合纜三芯交聯聚乙烯絕緣電力電纜(海底電纜型號為HYJQF41-F 3×630 mm2+SM3×36C)，海纜長度為46.29 km，主要的技術參數見表1。

表1 220 kV海纜主要技術參數

1.2 工程水文地質

本工程位于啟東海域，場區中心離岸距離約32 km，海底地形變化較為平緩，屬南黃海濱海相沉積地貌單元。場區內地基土表層以粉砂、淤泥質粉質粘土為主。全年有效波高平均值為0.92 m，最大波高為5.27 m，周期平均值為3.90 s，最大值為8.70 s。

2 海纜敷設施工流程

本工程有兩條海纜，分別長15.176 km和31.13 km。

15.176 km海纜敷設施工采用無動力平底方駁“申海駁1”作為主施工船，采用的施工工藝為：在設計路由上預鋪設主牽引鋼絲繩控制施工船勻速敷埋施工。31.13 km海纜敷設施工采用 DP 船“東方海工01”作為主施工船。施工流程見圖2。“東方海工01”在風況6級及以下可采用DP敷設方式，定位精度較高、施工效率較快。

圖2 海纜敷設施工流程

3 施工方案

3.1 散裝過纜

15.176 km海纜載重達1 700 t，選擇接纜船為“申海駁1”，最大載纜量2 500 t，配備電動轉盤且接纜船也為海纜敷設施工船。過駁時采用平面退扭方式，大大減少電纜殘余扭力，提高施工質量。31.13 km海纜載重達3 500 t，選擇接纜船為“東方海工01”,最大載纜量3 500 t，同樣配備電動轉盤，滿足裝載、彎曲半徑、側壓力等要求。

海纜裝載為盤繞方式，采用海纜轉盤自動盤纜，人員監護，少量人工配合。首先，施工船靠泊海纜廠家碼頭后帶纜固定；工廠出來的海纜頭綁扎上鋼繩網套，安裝活轉頭，再與牽引鋼繩連接，將海纜頭牽引至轉盤的海纜入口，船上輸纜機輸送電纜進入纜盤，海纜轉盤轉動，自動盤放海纜(見圖3)。盤繞前海纜頭部預留5 m長度在海纜盤外，以方便海纜的測試。海纜轉盤線速度、輸纜機速度均由電腦控制，與廠家的輸纜速度同步。一般情況下，輸纜速度控制在1.5 km/h以內。

圖3 海纜入盤

3.2 主牽引鋼纜敷設

依據DGPS定位，將施工船開至始端登陸點處的路由軸線。當錨艇在對應位置拋射牽引錨后將主牽引鋼纜連接并開始敷設，直到放置于施工船上的30 t卷揚機與主牽引鋼纜連接。當到達終端登陸點附近時，將預制于該位置處的錨鋼絲與主牽引鋼纜相接。為了確保施工船能夠沿著設計路由進行施工，整個施工環節均由DGPS定位，并在轉向點位置處需將錨下至沿設計路由方向延長180 m位置處，將精度控制在±10 m范圍內。

3.3 第一批海纜登陸施工

安排人員對登陸點至施工船間進行測距、路由沿程清除塊石、廢棄纜繩等障礙物。本工程人工圍塘附近塊石較多，提前清除路由附近的全部石塊，防止牽引時海纜被磨損。務必確保土建電纜溝主體工程應完成。由于登陸點至集控中心沿程拐點較多，擬在每個電纜溝拐點處固定轉角滑輪，其余在中途每隔2 m設置平板滑輪減小摩擦配備10 t卷揚機1臺、10 t布纜機2臺、5 t絞磨機2臺、挖機2臺作為陸地拉纜設備，機位布置圖如圖4。

圖4 陸上段拉纜設備平面布置

啟動主施工船布纜機將海纜通過入水槽送入水中，在海纜入水段每隔1 m墊浮漂助浮；工作艇牽引海纜頭，并使海纜在海面上呈S擺放，過程中保持通訊暢通，并密切注視海纜登陸質量另有一艘工作艇監視和控制海面上海纜彎曲情況，防止海纜打圈或向遠處漂移；由于拋放海纜較長，則考慮等到下一個漲潮時段繼續作業，直至海纜拋放完畢。用鋼絲繩將海纜端頭網套與10 t卷揚機連接，待小潮汛之后完成二次登陸。登陸過程中通訊暢通、拉力同步，并密切關注海纜質量，防止磨損。海纜牽引到位后按要求保留一定余量，登陸點處采用錨固裝置固定。海上登陸完成后剩余解除浮漂，沿設計路由將海纜放在海床上，挖機進行直埋保護。

3.4 常規海纜埋設施工

拋纜完成之后，“申海駁1”在高平潮時段離開就位點，由AC2-1向KP5.15方向進行常規海纜敷設。

1)埋設犁投放。埋設犁起吊，脫離停放架；海纜裝入埋設犁腹部，關上門板并在埋設犁海纜出口處設置吊點，保證投放埋設犁時海纜的彎曲半徑；埋設犁緩緩擱置海床面；潛水員水下檢查海纜與埋設犁相對位置，并解除吊點；啟動二臺高壓海水泵；啟動埋深監測系統；啟動牽引卷揚機。

2)埋設調節與控制。埋設犁的埋設速度由收絞牽引鋼絲繩的速度來調節。海纜埋設速度一般控制在3～8 m/min，取決于海床底質情況。底質較硬時，適當降低埋設速度，控制在5 m/min，以增加埋深。本工程采用二臺高壓水泵，最大流量可以達到600 m3/h，確保施工船的牽引速度在8 m/min時，海纜的最大埋設深度可達到4 m。由于本項目H3號220 kV海纜路由與本路由間隔30 m，在施工前必須對H3的實際路由控制點在導航軟件中進行標定，敷埋過程中利用拖輪、錨艇進行糾偏，防止敷設路由向H3偏離。

3.5 第二批海纜常規敷設施工

第二批31.13 km海纜由“東方海工01”進行常規敷設作業。選擇在水流較小的時機，“東方海工01”向KP14.2方向釋放約0.6 km海纜，同步綁扎浮胎拋于海面，由大功率錨艇配合牽引海纜頭與駁船對接，期間由工作艇控制海纜彎曲半徑，防止打扭。

此后“東方海工01”從KP14.6位置向升壓站方向進行常規敷設作業。當敷設至升壓站平臺附近錨泊就位后，計算電纜自J管下口上平臺的長度，并在該處電纜位置綁一浮漂以標識，方便后續彎曲限制器和中心夾具安裝。登陸之前，同時在甲板上安裝J管中心夾具和彎曲限制器，待海纜進J管且彎曲限制器導入鎖緊后，進行海纜錨固，對管口實施防火封堵等措施。

復合海纜引上升壓站平臺，首先應釋放牽引繩，用輪胎將電纜綁扎后助浮于海面上，使電纜在海面上形成一“Ω”形。預先在電纜終端平臺上安裝好鋼絲繩，等到電纜頭從水面露出，將鋼絲繩與電纜牽引頭相連接。采用人力與機械配合使復合纜通過J型管下端口，并通過牽引設備將復合纜移至對應位置并通過，錨固裝置固定在升壓站甲板平臺。將光纜和電纜分離開來，將光纜接至光纜接續盒，轉接為無金屬光纜引至中控繼保室中的光纖配線架，并進行光纖熔接；電纜接入終端制作平臺。

穩樁平臺放置于自航駁上，自航駁靠于起重29左舷，穩樁平臺開口處朝向起重29吊機方向，通過起重29全回轉大臂進行穩樁平臺吊裝。吊裝前將一名起重指揮、7名作業人員(包含焊接人員)及2名測量人員吊至穩樁平臺頂，搭設人行梯供測量人員進行穩樁平臺定位(首根樁采用星站差分技術，后續樁采用GPS定位)，隨后施工人員利用索具鉤輔助完成穩樁平臺吊索具掛鉤。

4 結 語

為解決海上復雜環境下，大直徑大長度220 kV海底光電復合電纜過駁、登陸及敷設難度較大的問題。提出一種海底電纜敷設施工方法方法。

兩條電纜分別長15.176 km和31.13 km，15.176 km海纜敷設施工采用無動力平底方駁施工船，31.13 km海纜敷設施工采用DP船。

散裝過纜時采用最大載纜量2 500 t，配備電動轉盤的接纜船。過駁時采用平面退扭方式，大大減少電纜殘余扭力，提高施工質量。

主牽引鋼纜敷設時，錨艇在轉向點位置處需將錨下至沿設計路由方向延長180 m位置處，將精度控制在±10 m范圍內。

常規海纜埋設施工分為埋設犁投放以及埋設調節與控制，施工時海纜埋設速度一般控制在3～8 m/min，過程中利用拖輪、錨艇進行糾偏。