孫煥鋒，雷 傳，沙欣宇，葛 暢

(1.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.浙江華東工程咨詢(xún)有限公司，浙江 杭州 311122；3.浙江大學(xué)海洋學(xué)院，浙江 舟山 316021)

隨著世界各國(guó)的能源短缺，清潔能源日益受到各國(guó)政府的重視，其中海上風(fēng)能資源逐漸走入人們的視野。我國(guó)海上風(fēng)能資源豐富，因此海上風(fēng)電項(xiàng)目在我國(guó)能夠大力發(fā)展，我國(guó)沿海各省正大力開(kāi)展海上風(fēng)電工程建設(shè)[1-3]。海上風(fēng)電場(chǎng)一般由海上風(fēng)機(jī)、海上升壓站、海底纜線等部分組成，其中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所發(fā)的電力，需要通過(guò)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(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)[4-5]。

220 kV海纜路由較長(zhǎng)，此種規(guī)格海纜單根載重達(dá)5 323 t，且采用大直徑大長(zhǎng)度220 kV三芯光電復(fù)合海纜，對(duì)海纜過(guò)駁、登陸及敷設(shè)過(guò)程中自身的彎曲半徑、側(cè)壓力、牽引力和海纜應(yīng)力退扭控制要求較高。

目前，許多學(xué)者對(duì)海底電纜的保護(hù)系統(tǒng)[6-8]、監(jiān)測(cè)技術(shù)[9]及登陸技術(shù)[10]等開(kāi)展了相關(guān)的研究，但是，對(duì)海上風(fēng)電220 kV海底光電復(fù)合電纜敷設(shè)施工技術(shù)還有待進(jìn)一步的研究。結(jié)合江蘇啟東海上風(fēng)電工程，對(duì)大直徑大長(zhǎng)度220 kV海底電纜敷設(shè)施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，為類(lèi)似工程提供參考。

1 工程概況

江蘇啟東H2號(hào)海上風(fēng)電場(chǎng)工程位于江蘇啟東近海海域,場(chǎng)區(qū)中心離岸距離約40 km，規(guī)劃裝機(jī)容量250 MW。本工程設(shè)有陸上集控中心和220 kV海上升壓站。海上風(fēng)機(jī)所發(fā)電能經(jīng)升壓站升壓后，擬通過(guò)220 kV海底光電復(fù)合電纜接入陸上集控中心；經(jīng)綜合規(guī)劃、開(kāi)發(fā)時(shí)序等因素綜合考慮，陸上集控中心為啟東H1～H3號(hào)項(xiàng)目合建；陸上集控中心電氣及土建設(shè)計(jì)均按800 MW總?cè)萘靠紤](見(jiàn)圖1)。

圖1 H2號(hào)220 kV海纜路由示意

1.1 220 kV海纜設(shè)計(jì)參數(shù)

本工程范圍內(nèi) H2#項(xiàng)目的海底電纜為220 kV海上升壓站至陸上集控中心內(nèi)的1回3×630 127/220 kV海底光電復(fù)合纜三芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜(海底電纜型號(hào)為HYJQF41-F 3×630 mm2+SM3×36C)，海纜長(zhǎng)度為46.29 km，主要的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 220 kV海纜主要技術(shù)參數(shù)

1.2 工程水文地質(zhì)

本工程位于啟東海域，場(chǎng)區(qū)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(chǎng)區(qū)內(nèi)地基土表層以粉砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)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(shè)施工流程

本工程有兩條海纜，分別長(zhǎng)15.176 km和31.13 km。

15.176 km海纜敷設(shè)施工采用無(wú)動(dòng)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(shè)計(jì)路由上預(yù)鋪設(shè)主牽引鋼絲繩控制施工船勻速敷埋施工。31.13 km海纜敷設(shè)施工采用 DP 船“東方海工01”作為主施工船。施工流程見(jiàn)圖2?！皷|方海工01”在風(fēng)況6級(jí)及以下可采用DP敷設(shè)方式，定位精度較高、施工效率較快。

圖2 海纜敷設(shè)施工流程

3 施工方案

3.1 散裝過(guò)纜

15.176 km海纜載重達(dá)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(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)且接纜船也為海纜敷設(shè)施工船。過(guò)駁時(shí)采用平面退扭方式，大大減少電纜殘余扭力，提高施工質(zhì)量。31.13 km海纜載重達(dá)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(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，滿(mǎn)足裝載、彎曲半徑、側(cè)壓力等要求。

海纜裝載為盤(pán)繞方式，采用海纜轉(zhuǎn)盤(pán)自動(dòng)盤(pán)纜，人員監(jiān)護(hù)，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(lái)的海纜頭綁扎上鋼繩網(wǎng)套，安裝活轉(zhuǎn)頭，再與牽引鋼繩連接，將海纜頭牽引至轉(zhuǎn)盤(pán)的海纜入口，船上輸纜機(jī)輸送電纜進(jìn)入纜盤(pán)，海纜轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，自動(dòng)盤(pán)放海纜(見(jiàn)圖3)。盤(pán)繞前海纜頭部預(yù)留5 m長(zhǎng)度在海纜盤(pán)外，以方便海纜的測(cè)試。海纜轉(zhuǎn)盤(pán)線速度、輸纜機(jī)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?xún)?nèi)。

圖3 海纜入盤(pán)

3.2 主牽引鋼纜敷設(shè)

依據(jù)DGPS定位，將施工船開(kāi)至始端登陸點(diǎn)處的路由軸線。當(dāng)錨艇在對(duì)應(yīng)位置拋射牽引錨后將主牽引鋼纜連接并開(kāi)始敷設(shè)，直到放置于施工船上的30 t卷?yè)P(yáng)機(jī)與主牽引鋼纜連接。當(dāng)?shù)竭_(dá)終端登陸點(diǎn)附近時(shí)，將預(yù)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(shè)計(jì)路由進(jìn)行施工，整個(gè)施工環(huán)節(jié)均由DGPS定位，并在轉(zhuǎn)向點(diǎn)位置處需將錨下至沿設(shè)計(jì)路由方向延長(zhǎng)180 m位置處，將精度控制在±10 m范圍內(nèi)。

3.3 第一批海纜登陸施工

安排人員對(duì)登陸點(diǎn)至施工船間進(jìn)行測(cè)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?fàn)恳龝r(shí)海纜被磨損。務(wù)必確保土建電纜溝主體工程應(yīng)完成。由于登陸點(diǎn)至集控中心沿程拐點(diǎn)較多，擬在每個(gè)電纜溝拐點(diǎn)處固定轉(zhuǎn)角滑輪，其余在中途每隔2 m設(shè)置平板滑輪減小摩擦配備10 t卷?yè)P(yáng)機(jī)1臺(tái)、10 t布纜機(jī)2臺(tái)、5 t絞磨機(jī)2臺(tái)、挖機(jī)2臺(tái)作為陸地拉纜設(shè)備，機(jī)位布置圖如圖4。

圖4 陸上段拉纜設(shè)備平面布置

啟動(dòng)主施工船布纜機(jī)將海纜通過(guò)入水槽送入水中，在海纜入水段每隔1 m墊浮漂助??；工作艇牽引海纜頭，并使海纜在海面上呈S擺放，過(guò)程中保持通訊暢通，并密切注視海纜登陸質(zhì)量另有一艘工作艇監(jiān)視和控制海面上海纜彎曲情況，防止海纜打圈或向遠(yuǎn)處漂移；由于拋放海纜較長(zhǎng)，則考慮等到下一個(gè)漲潮時(shí)段繼續(xù)作業(yè)，直至海纜拋放完畢。用鋼絲繩將海纜端頭網(wǎng)套與10 t卷?yè)P(yáng)機(jī)連接，待小潮汛之后完成二次登陸。登陸過(guò)程中通訊暢通、拉力同步，并密切關(guān)注海纜質(zhì)量，防止磨損。海纜牽引到位后按要求保留一定余量，登陸點(diǎn)處采用錨固裝置固定。海上登陸完成后剩余解除浮漂，沿設(shè)計(jì)路由將海纜放在海床上，挖機(jī)進(jìn)行直埋保護(hù)。

3.4 常規(guī)海纜埋設(shè)施工

拋纜完成之后，“申海駁1”在高平潮時(shí)段離開(kāi)就位點(diǎn)，由AC2-1向KP5.15方向進(jìn)行常規(guī)海纜敷設(shè)。

1)埋設(shè)犁投放。埋設(shè)犁起吊，脫離停放架；海纜裝入埋設(shè)犁腹部，關(guān)上門(mén)板并在埋設(shè)犁海纜出口處設(shè)置吊點(diǎn)，保證投放埋設(shè)犁時(shí)海纜的彎曲半徑；埋設(shè)犁緩緩擱置海床面；潛水員水下檢查海纜與埋設(shè)犁相對(duì)位置，并解除吊點(diǎn)；啟動(dòng)二臺(tái)高壓海水泵；啟動(dòng)埋深監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；啟動(dòng)牽引卷?yè)P(yáng)機(jī)。

2)埋設(shè)調(diào)節(jié)與控制。埋設(shè)犁的埋設(shè)速度由收絞牽引鋼絲繩的速度來(lái)調(diào)節(jié)。海纜埋設(shè)速度一般控制在3～8 m/min，取決于海床底質(zhì)情況。底質(zhì)較硬時(shí)，適當(dāng)降低埋設(shè)速度，控制在5 m/min，以增加埋深。本工程采用二臺(tái)高壓水泵，最大流量可以達(dá)到600 m3/h，確保施工船的牽引速度在8 m/min時(shí)，海纜的最大埋設(shè)深度可達(dá)到4 m。由于本項(xiàng)目H3號(hào)220 kV海纜路由與本路由間隔30 m，在施工前必須對(duì)H3的實(shí)際路由控制點(diǎn)在導(dǎo)航軟件中進(jìn)行標(biāo)定，敷埋過(guò)程中利用拖輪、錨艇進(jìn)行糾偏，防止敷設(shè)路由向H3偏離。

3.5 第二批海纜常規(guī)敷設(shè)施工

第二批31.13 km海纜由“東方海工01”進(jìn)行常規(guī)敷設(shè)作業(yè)。選擇在水流較小的時(shí)機(jī)，“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(duì)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(jìn)行常規(guī)敷設(shè)作業(yè)。當(dāng)敷設(shè)至升壓站平臺(tái)附近錨泊就位后，計(jì)算電纜自J管下口上平臺(tái)的長(zhǎng)度，并在該處電纜位置綁一浮漂以標(biāo)識(shí)，方便后續(xù)彎曲限制器和中心夾具安裝。登陸之前，同時(shí)在甲板上安裝J管中心夾具和彎曲限制器，待海纜進(jìn)J管且彎曲限制器導(dǎo)入鎖緊后，進(jìn)行海纜錨固，對(duì)管口實(shí)施防火封堵等措施。

復(fù)合海纜引上升壓站平臺(tái)，首先應(yīng)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(yù)先在電纜終端平臺(tái)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(jī)械配合使復(fù)合纜通過(guò)J型管下端口，并通過(guò)牽引設(shè)備將復(fù)合纜移至對(duì)應(yīng)位置并通過(guò)，錨固裝置固定在升壓站甲板平臺(tái)。將光纜和電纜分離開(kāi)來(lái)，將光纜接至光纜接續(xù)盒，轉(zhuǎn)接為無(wú)金屬光纜引至中控繼保室中的光纖配線架，并進(jìn)行光纖熔接；電纜接入終端制作平臺(tái)。

穩(wěn)樁平臺(tái)放置于自航駁上，自航駁靠于起重29左舷，穩(wěn)樁平臺(tái)開(kāi)口處朝向起重29吊機(jī)方向，通過(guò)起重29全回轉(zhuǎn)大臂進(jìn)行穩(wěn)樁平臺(tái)吊裝。吊裝前將一名起重指揮、7名作業(yè)人員(包含焊接人員)及2名測(cè)量人員吊至穩(wěn)樁平臺(tái)頂，搭設(shè)人行梯供測(cè)量人員進(jìn)行穩(wěn)樁平臺(tái)定位(首根樁采用星站差分技術(shù)，后續(xù)樁采用GPS定位)，隨后施工人員利用索具鉤輔助完成穩(wěn)樁平臺(tái)吊索具掛鉤。

4 結(jié) 語(yǔ)

為解決海上復(fù)雜環(huán)境下，大直徑大長(zhǎng)度220 kV海底光電復(fù)合電纜過(guò)駁、登陸及敷設(shè)難度較大的問(wèn)題。提出一種海底電纜敷設(shè)施工方法方法。

兩條電纜分別長(zhǎng)15.176 km和31.13 km，15.176 km海纜敷設(shè)施工采用無(wú)動(dòng)力平底方駁施工船，31.13 km海纜敷設(shè)施工采用DP船。

散裝過(guò)纜時(shí)采用最大載纜量2 500 t，配備電動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)的接纜船。過(guò)駁時(shí)采用平面退扭方式，大大減少電纜殘余扭力，提高施工質(zhì)量。

主牽引鋼纜敷設(shè)時(shí)，錨艇在轉(zhuǎn)向點(diǎn)位置處需將錨下至沿設(shè)計(jì)路由方向延長(zhǎng)180 m位置處，將精度控制在±10 m范圍內(nèi)。

常規(guī)海纜埋設(shè)施工分為埋設(shè)犁投放以及埋設(shè)調(diào)節(jié)與控制，施工時(shí)海纜埋設(shè)速度一般控制在3～8 m/min，過(guò)程中利用拖輪、錨艇進(jìn)行糾偏。