基于八字盤纜法的海上風機平臺電纜末端抽拉技術

張 頡，姜 南，張繼旭，李驍洋，李經廷

（深圳海油工程水下技術有限公司，廣東深圳 518000）

海底電纜的連接、鋪設是海上風電場建設、生產過程中關鍵步驟之一，它將風電場中各風機電力信號進行連接，為風機平臺提供生產所需動力，以滿足風機日常運營和電力外輸的需要。

對于連接海上風機平臺與平臺之間的海纜鋪設作業，海纜末端從平臺完成抽拉是其中最復雜的一項施工流程。在目前的海洋工程領域，較為常用的海纜末端抽拉技術主要是“海底拖拉法”“撐桿提拉法”和“半圓支架提拉法”[1]。

海底拖拉法主要是將末端電纜以彎段的形式鋪設在海底后，平臺直接使用絞車等抽拉工具在海底對末端進行抽拉，該方法流程簡單，不需要另外的輔助工具，操作較為簡單。但缺陷也十分明顯，使用海底拖拉法抽拉至末端平臺過程中，會產生多余的“U”型彎或“S”型彎，增大海纜與海床間的摩擦力，使得該方法對抽拉工具作業要求較高，且若海床上存在障礙物，海底電纜有出現損傷的可能性，且海纜進入平臺的角度無法進行調整，若海纜入口角度偏差較大，同樣會存在劃傷海纜的可能。若海纜存在防彎器等附件，則還會增大抽拉難度。且海底彎段抽拉時無法控制角度，海纜路由會發生較大偏差[2]。

撐桿提拉法主要是為海纜末端進入平臺時，使平臺絞車減少受力，降低抽拉難度，而使用一根撐桿將海底彎段提起。隨后在平臺進行抽拉的過程中，吊機和船舶配合將提起的彎段下放，使絞車抽拉、吊機下放、平臺抽拉三個步驟同步進行，直到將末端全部抽入平臺。由于該方案將海床上的彎段全部提起，減小了電纜與海床的摩擦力，減小了平臺絞車所需拉力，減小海纜存在劃傷的可能性。但由于其需要多方配合作業，抽拉難度較大，且作業工序較多，移船、掛鉤等工序所需時間較長導致抽拉效率低。

半圓支架提拉法是在撐桿提拉法的基礎上對其進行的改進，主要是將用于提起海纜的撐桿換為一種固定半徑的半圓支架，其固定半徑的支架可使電纜在抽拉過程中保持一定的彎曲半徑，減小電纜彎折或發生打扭的可能，同時使用該方案電纜上不需要另外安裝拖拉網套等附件。但該方法與撐桿提拉法一樣，都存在所耗時間長，作業效率較低的問題，且其因要使用大型的半圓支架，需要占用的甲板面積更大[3-4]。

由于這些方法在一些情況下或多或少存在著一定的局限性，若處于一些極端的施工環境下，一些末端抽拉方法將不再適用。本文提出了一種新的海上風機平臺電纜末端抽拉技術“八字盤纜法”，并對其施工流程、施工技術進行介紹和分析，為今后海上風機電纜末端抽拉提供經驗和技術支持。

1 八字盤纜法施工流程

八字盤纜法是基于海底拖拉法改進的一種海纜末端抽拉工藝，由于海底拖拉法易損傷電纜且不便于抽拉帶有附件的海纜。使用撐桿提拉法作業過程復雜，所要求抽拉時間較長，嚴重降低抽拉效率，同時若海底環境復雜，氣候條件較差，無法連接掛鉤，該方法將無法使用。而使用八字盤纜法可在保護海底電纜的基礎上，提升施工效率，有效降低施工成本，同時能在較差的環境下進行作業。

八字盤纜法核心思想是將末端進入平臺的海纜以八字形層層堆疊在作業船甲板，抽拉作業時末端端頭連接平臺絞車鋼絲繩，牽引鋼絲繩帶動海纜逐層下放至海床，這樣將本應存放在海底的末端海纜轉移至作業船甲板，減少了海纜與海床的摩擦面積，降低了海纜損傷風險，同時也沒有使用撐桿等額外工具，在抽拉過程中，船舶不需要再額外進行移動，操作簡單、便利，同時可以有效降低施工所需時間，提升施工效率。

施工前需要提前在船舶甲板布置設備，依次為卷纜盤、塔架、導向托輥、張緊器和兩臺絞車。

1）該工藝主要分為盤纜流程和放纜流程兩個步驟，盤纜流程主要施工步驟如下。

（1）作業船舶航行至末端指定位置后，在船舷邊固定海纜，并安裝中心夾具和限彎器等海纜附件。

（2）張緊器開始放纜，使用尼龍繩連接張緊器出口電纜（即圖1號點）配合一號絞車將電纜及附件拖行至來纜一側。

圖1 八字盤纜法分解步驟圖

（3）持續放纜，待船內端彎頭形成后，將絞車與電纜連接處轉移至船舷端彎頭和船內彎頭中心點（即圖2號點）處，標記此時張緊器出口處電纜為3號點，同時使用另一臺二號絞車拉住船內彎頭，避免海纜滑動。

（4）待3號點靠近船舷后，一號絞車轉移牽引點至3號點，開始牽引，至單層八字形成此時標記張緊器出口處電纜為4號點。

（5）待4號點前進至靠近船舷后，一號絞車牽引點由3號點轉移至4號點，開始牽引，至4號點電纜堆放至2號點上方，形成第二層八字。

（6）重復上述過程，不斷往上堆疊八字電纜，直至已放出所需長度末端電纜。

（7）在計算的電纜切割點切割電纜，完成末端封裝，并加裝拖拉網套，連接好平臺鋼絲繩，至此盤纜流程結束。

2）放纜流程

（1）將一號絞車連接至最上層八字中心點，二號絞車連接至船內側最上層八字彎頭處，防止海纜被全部帶出。

（2）啟動平臺絞車，帶動鋼絲繩開始抽拉，若拖拉網套摩擦力過大可使用吊機配合下放末端海纜頭部。

（3）待一號絞車連接位置接近船舷側即將下水時，停止抽拉，此時二號絞車連接點已前進至原一號絞車連接點且處于張緊狀態，解除一號絞車與海纜連接，將其轉移至二號絞車連接點后端，繼續開始抽拉。

（4）如此循環更換連接點，直至海纜限彎器段到達船舷側前，停止抽拉。

（5）使用吊機配合回頭纜將海纜附件下放至水中，平臺側同步開始抽拉，直至海纜附件到達海床，解除海纜一切連接。

（6）平臺側繼續抽拉，直至中心夾具進入護管口，抽拉完成。

2 八字盤纜法技術分析

八字盤纜法作為海底拖拉法的改進工藝，具有作業要求低，工藝簡便快捷，對海纜損傷小，占用甲板面積小，抽拉精度高等優勢。但由于電纜需要被盤彎成八字形，要求電纜最小彎曲半徑不能過高，同時盤纜過程中需要嚴格控制電纜的彎曲半徑，防止電纜損傷，如表1所示。

表1 各抽拉工藝分析對比

此外，若由于施工氣候條件差，水下能見度低，ROV與潛水員無法在水下鏈接U型彎撐桿，或由于風葉干涉等問題，作業船舶電纜鋪設進行至末端時無法調整船位使出纜側船舷對正風機，此時無法使用撐桿提拉法或半圓支架提拉法進行末端抽拉，施工船舶只能進行現場待機，而使用八字盤纜法仍然可進行抽拉作業，有效避免船舶現場待機，浪費施工時間。

由于使用此方法進行海纜抽拉作業將會使海纜在水中形成一段較長的海纜懸鏈線，若水深較深或海纜較粗導致水中電纜自重增大可能會導致已經盤好的電纜出現滑移，甚至發生損傷電纜的情況。如圖2所示，海纜上部的懸掛處至海底觸泥點水平距離Layback為影響懸鏈線形式的關鍵參數，根據下列方程可知，Layback越大，則海纜懸鏈線越長，因此，為避免海纜所受拉力過大或發生海纜彎曲程度過大的情況，應時刻觀察Layback值。在施工過程中，若發現海纜出現滑移或打扭的情況，應立即停止作業，隨后采取優化海纜Layback值的方法對海纜懸鏈線進行處理[5-6]。

圖2 海纜懸鏈線示意

式中：

3 八字盤纜法應用案例

某風電項目在風機間海底電纜鋪設任務中派出A、B兩船分別使用撐桿提拉法和八字盤纜法進行3組長度相近電纜的末端抽拉作業，其作業效率如表2所示。

由表2可知，使用八字盤纜法進行末端抽拉可節省約12%抽拉時間，其準備時間短，抽拉效率高，由于使用撐桿提拉法船舶需要在抽拉前將U型彎預先鋪設在海底，其移船和放纜所需較長時間，且需要嚴格控制電纜總長度和水下U型彎長度，以便控制海纜路由，在末端抽拉過程中，船舶、吊機需要同時配合平臺抽拉，提升了抽拉難度。若在較為惡劣天氣，撐桿提拉法無法在水下連接索具設備，而八字盤纜法可照常進行末端抽拉作業，無需現場待機等待天氣窗口。

4 結語

通過提出一種新的海上風機平臺電纜末端抽拉技術“八字盤纜法”，有效解決了一般施工方法作業效率低、設備要求高和較惡劣天氣條件下無法進行作業的問題。通過與其他幾種作業方式進行技術對比，得出該方法作業要求低，工藝簡便快捷，對海纜損傷小，占用甲板面積小，抽拉精度高的優勢，也提出使用該方法對施工過程中需時刻控制電纜彎曲半徑和海纜上部的懸掛處至海底觸泥點水平距離Layback的注意事項，最后通過實際施工的效率對比，顯示該方法能大幅提升作業效率，為今后海上風機電纜末端抽拉提供一種新的思路和技術支持。