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(fā)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(fā)電機組所發(fā)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?shù)仉娋W(wǎng)[4-5]。

220 kV海纜路由較長，此種規(guī)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(cè)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(tǒng)[6-8]、監(jiān)測技術(shù)[9]及登陸技術(shù)[10]等開展了相關(guān)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(shù)還有待進一步的研究。結(jié)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(guān)鍵技術(shù)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(qū)中心離岸距離約40 km，規(guī)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(fā)電能經(jīng)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(jīng)綜合規(guī)劃、開發(fā)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?cè)萘靠紤](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(shù)

本工程范圍內(nèi) H2#項目的海底電纜為220 kV海上升壓站至陸上集控中心內(nèi)的1回3×630 127/220 kV海底光電復合纜三芯交聯(lián)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(shù)參數(shù)見表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?！皷|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(zhuǎn)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(zhì)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(zhuǎn)盤，滿足裝載、彎曲半徑、側(cè)壓力等要求。

海纜裝載為盤繞方式，采用海纜轉(zhuǎn)盤自動盤纜，人員監(jiān)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(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)盤的海纜入口，船上輸纜機輸送電纜進入纜盤，海纜轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(nèi)。

圖3 海纜入盤

3.2 主牽引鋼纜敷設

依據(jù)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?shù)竭_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(huán)節(jié)均由DGPS定位，并在轉(zhuǎn)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(nèi)。

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(zhuǎn)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??；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(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(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(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(guī)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(guī)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(guān)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(jiān)測系統(tǒng)；啟動牽引卷揚機。

2)埋設調(diào)節(jié)與控制。埋設犁的埋設速度由收絞牽引鋼絲繩的速度來調(diào)節(jié)。海纜埋設速度一般控制在3～8 m/min，取決于海床底質(zhì)情況。底質(zhì)較硬時，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(guī)敷設施工

第二批31.13 km海纜由“東方海工01”進行常規(guī)敷設作業(yè)。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(guī)敷設作業(yè)。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(xù)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(xù)盒，轉(zhuǎn)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(wěn)樁平臺放置于自航駁上，自航駁靠于起重29左舷，穩(wěn)樁平臺開口處朝向起重29吊機方向，通過起重29全回轉(zhuǎn)大臂進行穩(wěn)樁平臺吊裝。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名測量人員吊至穩(wěn)樁平臺頂，搭設人行梯供測量人員進行穩(wěn)樁平臺定位(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)樁平臺吊索具掛鉤。

4 結(jié) 語

為解決海上復雜環(huán)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(zhuǎn)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(zhì)量。

主牽引鋼纜敷設時，錨艇在轉(zhuǎn)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(nèi)。

常規(guī)海纜埋設施工分為埋設犁投放以及埋設調(diào)節(jié)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。