海上风电场35 kV海底电缆敷设施工技术

焦永飞，孟 金，潘良伟，张 强，库 猛

(1. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2. 浙江华东工程咨询有限公司，浙江 杭州 311122； 3. 浙江大学海洋学院，浙江 舟山 316021)

我国海岸线绵长，海域面积广阔，海上可利用的风能资源非常丰富[1]。随着海上风力发电技术的日益成熟，海上风电开发方兴未艾，预计2030年中国风电累计装机容量达到8.24亿kW左右[2]。海上风电场建设逐渐向远海域发展，风电场中各个风力发电机组所发的电力，需要经过35 kV海缆统一汇集到海上升压站平台，将电压提升至220 kV后，再送往陆上集控中心，并入当地电网[3-4]。因此，海底电缆是海上风电场建设的关键组成部分，是电能输送的重要通道，研究海底电缆敷设施工技术具有重要的工程意义[4-6]。

海底电缆的敷设方式有抛放和深埋2种，抛放指海缆受自重沉入海底，该方法工艺简便，但是在海水深度较浅的海域，海缆很容易受到人类活动的影响而发生损毁[7]。海缆深埋方法是通过埋设设备将海缆埋置于海床土体内，这样可避免海底电缆受到外部环境的影响，有效保护海缆[8-9]。目前，对于海水深度较浅的区域一般采用埋设的方式敷设电缆，深水海域可采用抛放方式。

为解决海缆埋设施工敷设过程中面临的海缆扭曲打弯及转弯过急损坏海缆等问题，本文以大连市某海上风电场Ⅳ1项目为研究背景，开展海上风电场35 kV海底电缆敷设施工技术研究，研究海缆从海上升压站至海上风电机平台的埋设敷设关键施工技术、工艺特点以及工序流程，相关技术可为海底电缆敷设施工提供参考。

1 海缆敷设设备

大连市某海上风电Ⅳ1场址中心离岸距约35.2 km，水深约26～34 m，场区面积约为55.8 km2，风电机组的装机规模约为350 MW。海缆敷设工作范围是风电场全部35 kV海缆的施工，35 kV海缆总长112 km，主要工作包括：海缆厂家接缆、海缆运输、现场敷设施工、登陆风机及海上升压站、锚固施工、海缆耐压试验、配合厂家完成施工过程及竣工时光纤测试工作。场区离岸距离较近，采用埋设方式对海缆进行敷设，以保证海缆的稳定性和安全性。海上风电场布置与位置示意图，如图1所示。

图1 风场场址位置示意图

海缆敷设工程中关键的设备为海缆施工船舶以及海底埋设犁。海缆施工船舶发挥着海缆的运输，储缆池、过缆桥架等设备的装载以及布缆的作用。埋设犁通过受到海缆施工船舶的牵引，开挖海床土体，并将电缆放置于海底沟槽内。

1.1 海缆施工船舶

风电场区的海缆敷设船舶以京润206号工程船为主，如图2所示。京润206船长69 m，船宽19.51 m，型深4.27 m，载重量约3 000 t，可装载较大数量、不同规格的海缆，减少往返调遣的时间，确保施工进度。京润206适用于75～500 mm直径的电缆铺设，用于铺设35 kV的海底电缆较为合适。铺缆船配备潜水探查、摄像设备，可每10 m进行准确打点定位，误差控制在1 m以内，铺设精度可控制在5 m以内。

船舶牵引电缆敷设时，当船速过快或速度不均时，容易造成整根电缆的张力都集中在牵引头上，尤其在电缆长、路径转弯多、环境复杂时电缆越拉越重，易出现端头破损，沿线电缆外皮挂裂等损伤。而京润206号保证船舶能够在匀速、低速工况下安全施工，能够满足35 kV海缆的敷设要求。

图2 京润206铺缆船图

1.2 埋设犁

电缆敷设采用的埋设犁如图3所示，埋设犁铺缆速度0.5～10 m/s，破土强度可达到130 kPa以上，作业水深可达50 m，最大埋设深度4.5 m，适用于75～500 mm直径的海缆。埋设犁装有声呐、牵引力传感器、犁刀倾角仪器、整体倾角仪、导缆笼等电子和机械辅助，通过这些设备可以实时监测埋设犁姿态、牵引力、电缆埋深等。

图3 埋设犁现场示意图

2 海底电缆敷设施工关键技术

海缆敷设主要包含前期准备工作、海缆路由正常敷设以及海缆终端登陆施工三个主要步骤。施工工序流程图如图4所示。

2.1 海缆敷设前期准备工作

海缆敷设施工前期准备主要包括：施工路由控制点复核、清障扫海以及现场海试。施工路由控制点复核要求对工程中所有的控制点进行复测核对。清障扫海时，以设计路由为扫海中线，扫海重点是海缆路由两

图4 施工工序流程图

侧10 m范围。路由区域扫海采用专用扫海锚，在海缆施工路由上反复拖带，以清除海底障碍物，扫海现场图，如图5所示。此外，在京润206铺缆船装缆后，对铺缆工作相关的施工设备进行试验，确保设备正常运行。

图5 扫海现场图

2.2 海缆路由正常敷设

海缆起始端甩缆或导管架抽拉结束以后，根据现场地质情况投放埋设犁开始埋设作业，电缆埋深按3.0 m控制。敷设时施工船依靠水力埋设机的开沟犁挖沟后敷设，敷设过程通过船上监测仪器全程监控，控制铺埋速度，监测电缆张力和埋设深度。

2.2.1 埋设犁投放

海缆放入埋设犁内后，采用吊车将埋设犁缓缓吊入水中，搁置在海床面上，如图6所示。电缆敷设过程中，需按照相应流程进行作业：起吊埋设犁，将海缆置于埋设犁内部，随后将埋设犁放入水中，置于埋设犁的电缆的入水角度控制在45°～60°，以保证电缆弯曲半径符合要求。开启水泵，移动船舶同时放出电缆，将埋设犁缓缓放置到海床上，并启动埋深监测系统，开始牵引敷埋作业。

图6 埋设示意图

在埋设犁牵引过程中，需要注意随着水深的不断加深，根据埋设犁的姿态及倾角参数情况及时增加释放埋设犁牵引缆的长度，确保埋设犁姿态平稳，不“抬头”。

2.2.2 埋深调节与控制

海缆埋设施工，采用非自航船绞缆，方便保持匀速前进，也可以使船舶的稳定性增加，避免变速引起海缆张力增大或者由于海缆敷设余量过多而打扭。此外，海缆通过导缆笼导入水下埋设犁腹部，水下海缆受到导缆笼的保护，可保障海缆的安全。

埋设犁的埋设速度由船舶敷缆速度来决定，敷埋速度一般控制在2～4 m/min。海缆在敷设过程中，可以通过对牵引速度、水泵压力、牵引力以及埋设犁姿态的调整，来控制海缆的埋设深度。本工程“瑞安330”采用水下泵，压力均可达2 MPa以上，确保电缆的埋设深度能达到设计要求。

2.2.3 路由转弯位置处理

在电缆铺设时，铺缆船转弯过急会减小电缆的弯曲半径，缆线变形扭曲严重，引起材料损伤。路由转弯处敷设电缆时，铺缆船各锚翻锚时的锚点需要提前设定。施工船舶需要通过定位锚调整船位，沿着与拐弯点相切的圆弧切线，走多段直线进行海缆的敷设，保证海缆符合弯曲半径的要求。此外，为了进一步降低缆线在转弯区域敷设的损伤风险，施工船进入转弯区域时降低船速，并在埋设犁到达转向点前10 m左右施工船开始转向，每次2°～3°，逐步到达新的路由。

2.3 海缆终端登陆

海底电缆登陆风机平台时，需要穿过桩身下方的开孔，如图7所示。“京润206”铺设至风机，测量船舶与平台的距离、水深和平台高度以及电缆余量，计算出所需长度，确定切割位置。

登陆风机所需的海缆长度以及安装弯曲限制器的海缆长度计算后，通过布缆机，将海缆放入水中，绑扎轮胎，保证海缆漂浮于海面之上，使用锚艇辅助，使其形成“Ω”型，防止海缆扭曲变形，若海缆规格较小，相

图7 海底电缆登录风机平台

对重量较轻，也可以采用在甲板上盘大“8”字的方式放出余缆。计算好电缆登陆风机平台需要的长度之后，通过使用电砂轮将海缆切断，并做好海底电缆头的绝缘和水密保护，绑扎好海底电缆端头，随后将电缆拉入电缆保护系统，直到可见电缆端头，如图8所示。

图8 电缆拉入保护系统示意图

电缆端头与牵引头尾端连接，电缆向后拉，直到牵引头安全的固定在电缆保护系统前部，随后将牵引头和电缆保护系统以弱连接的方式进行连接，如图9所示。

图9 牵引头与电缆保护系统连接示意图

启动绞磨机拖拉海底电缆保护系统登上风机，拖拉过程中需控制拉力，使海底电缆形成悬链，并保持电缆不触碰海床，继续拉入直到电缆保护系统完全进入并固定在风机基础底部的开孔内。放松电缆，使电缆保护系统完全无张力的放置在海床上。继续向上拉，直到牵引头到达风机基础的顶部，通过锚固连接电缆，并将牵引头拆下返回敷缆船。

3 结 语

以大连市海域某海上风电场电缆敷设施工为例，对海底缆线敷设工艺及关键技术进行研究，主要工艺如下。

1)海缆埋设施工，采用非自航船绞缆，保持匀速前进，可以使船舶的稳定性增加，避免变速引起海缆张力增大或者由于海缆敷设余量过多而打扭。海缆入水的角度需要在45°～60°范围内，以此保证埋设犁入水时海缆的弯曲半径满足要求。

2)在路由转弯位置敷设电缆时，首先计算与转向点相切的大圆弧路径，随后通过定位锚使铺缆船调整位置，保证海缆埋设时的弯曲半径符合要求，避免海缆埋设过拐点时转弯过急损坏海缆。

3)海底电缆在风机平台登陆时，需根据船舶与平台的距离、水深和平台高度以及电缆余量计算出所需电缆长度，确定切割位置。随后将海缆以“Ω”型布置在海面，防止海缆扭曲打弯。