李越 汪永儉

【摘 要】通過(guò)對(duì)一起發(fā)生在淺灘登陸段220kV高壓海纜敷設(shè)過(guò)程中受外力破壞的海纜故障搶修案例的分析，介紹了海纜故障點(diǎn)定位以及海纜接頭制作過(guò)程，提出了針對(duì)淺灘登陸段海纜敷設(shè)的整改意見(jiàn)，為淺灘登陸段海纜敷設(shè)和故障處理提供了一個(gè)可行的案例，對(duì)避免以后類(lèi)似事故的發(fā)生有一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】220kV海纜；海纜故障；海纜敷設(shè)；中間接頭

中圖分類(lèi)號(hào)： TM755 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）27-0043-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.27.019

【Abstract】This paper describes a recent fault caused by the installation of a 200kV submarine cable，and introduces the detection and positioning of submarine cable break point and the process of making the submarine cable joints.It also recommends some measures for installation of submarine cable at shallows，which provides a feasible case for the same occasions.It is of great importance to prevent the occurrence of similar accidents.

【Key words】220kV submarine cable；Submarine cable fault；Cable laying；Intermediate joint

0 引言

隨著陸上風(fēng)電市場(chǎng)逐漸飽和，風(fēng)機(jī)制造商以及投資者紛紛把目光從陸上轉(zhuǎn)移到海上，使得海上風(fēng)力發(fā)電得到了迅猛發(fā)展。其中，海纜作為連接海上風(fēng)電場(chǎng)和陸上集控中心的“紐帶”，承擔(dān)著整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的電力傳輸和通信任務(wù)，一旦發(fā)生故障，將直接造成通信中斷和電能浪費(fèi)。因此，防止海纜故障的發(fā)生及故障發(fā)生后的快速搶修具有十分重要的意義[1]。

下面就一起220kV高壓海纜在敷設(shè)過(guò)程中發(fā)生的海纜損傷事故，對(duì)海纜故障點(diǎn)檢測(cè)定位技術(shù)以及接頭工藝做一些介紹，并對(duì)淺灘登陸段的海纜敷設(shè)工藝提出了相應(yīng)的整改建議。

1 海纜故障檢測(cè)定位

1.1 海纜故障經(jīng)過(guò)

2018年7月30日下午15時(shí)，某海上風(fēng)電項(xiàng)目準(zhǔn)備進(jìn)行主海纜核相以及線(xiàn)路參數(shù)試驗(yàn)，核相前用萬(wàn)用表對(duì)A相線(xiàn)芯進(jìn)行對(duì)地測(cè)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)該線(xiàn)芯對(duì)地導(dǎo)通?，F(xiàn)場(chǎng)人員立即對(duì)海上升壓站主海纜進(jìn)行絕緣處理，并用2500V絕緣電阻測(cè)試儀對(duì)A相進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試部位為陸上集控中心海纜終端導(dǎo)體處對(duì)地排，測(cè)試結(jié)果顯示無(wú)電壓，絕緣電阻為零。海上升壓站人員立刻對(duì)導(dǎo)體端部進(jìn)行酒精擦拭，其后2500V絕緣電阻測(cè)試儀的測(cè)試結(jié)果仍無(wú)電壓，絕緣電阻為零。次日下午17時(shí)，工作人員結(jié)束海纜A相接頭出倉(cāng)工作，再次對(duì)主海纜進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果仍無(wú)電壓升起，絕緣電阻為零。

海纜故障按照故障性質(zhì)通?？煞譃閿嗦饭收?、低阻故障和高阻故障。其中，低阻故障指的是故障點(diǎn)的絕緣電阻下降至海纜的特性電阻甚至下降至零的故障，也稱(chēng)為短路故障[2]。本次海纜故障絕緣電阻測(cè)試結(jié)果為零，可初步判定為短路低阻故障，故障點(diǎn)的具體位置則需要進(jìn)一步檢測(cè)。

1.2 海纜故障點(diǎn)定位

海纜故障發(fā)生后，故障點(diǎn)的定位是實(shí)現(xiàn)快速搶修的關(guān)鍵。海纜故障點(diǎn)的定位主要有阻抗法和行波法兩類(lèi)。阻抗法通過(guò)測(cè)量故障點(diǎn)到測(cè)量端的阻抗，求解方程得到故障點(diǎn)距離，如電橋法等；行波法則基于電纜中的行波進(jìn)行故障探測(cè)，具體又分為低壓脈沖反射法、高壓脈沖電流/電壓法、二次脈沖法等，其中常用的低壓脈沖法主要適用于海纜的短路、斷路以及低阻故障的檢測(cè)[3，4]。

本次故障點(diǎn)檢測(cè)使用的是德國(guó)賽巴Teleflex VX脈沖反射測(cè)距儀，結(jié)果顯示在距陸上終端2.66km處存在故障點(diǎn)，如圖1所示；接著現(xiàn)場(chǎng)人員使用型號(hào)為5_GZD-2010的海纜故障定位智能電橋?qū)相進(jìn)行復(fù)核，儀器顯示海纜在2653m處有故障點(diǎn)，測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

故障點(diǎn)距離粗略確定后，需根據(jù)海纜的實(shí)際路由來(lái)確定故障點(diǎn)的具體位置，即精確定位。常用的方法包括對(duì)電纜施加高壓脈沖信號(hào)的聲測(cè)法以及跨步電壓法等。其中跨步電壓法常用于各種電纜對(duì)地短路的故障點(diǎn)精確定位，其通過(guò)在電纜中加入特殊信號(hào)，當(dāng)電纜對(duì)地短路時(shí)將在故障點(diǎn)周?chē)a(chǎn)生強(qiáng)弱變化的有向電場(chǎng)，從而使得測(cè)試儀在故障點(diǎn)前后測(cè)試指針?lè)聪?，從而確定故障點(diǎn)的位置。

海纜一般敷設(shè)在海床下深約1～3米的位置，而且由于海水沖刷以及漲落潮造成的泥沙淤積，海纜容易偏離原敷設(shè)路徑，無(wú)法直接確定其位置?？紤]到故障點(diǎn)離岸較近，且登陸段多為灘涂區(qū)域，選擇讓水陸挖機(jī)以海纜過(guò)堤處為起點(diǎn)，沿海纜登陸段挖掘，分段依次將海纜從海床下?lián)瞥鰜?lái)，并保證海纜露出泥面。接著對(duì)吊出泥面的海纜進(jìn)行清洗，并目測(cè)海纜是否有機(jī)械損傷；若無(wú)機(jī)械損傷，接著用跨步電壓法，對(duì)灘涂上的海纜進(jìn)行檢測(cè)以確定故障點(diǎn)位置。

在對(duì)海纜進(jìn)行目測(cè)檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)一疑似故障點(diǎn)處鎧裝鋼絲斷裂，內(nèi)部PE填充層破壞嚴(yán)重，如圖3所示。根據(jù)該疑似點(diǎn)離岸位置，可初步判斷該故障點(diǎn)即為檢測(cè)出的故障點(diǎn)。接著，繼續(xù)對(duì)海纜向海側(cè)沖洗60米、向陸地側(cè)沖洗170米進(jìn)行排查，排查結(jié)果顯示并無(wú)其他明顯故障點(diǎn)存在。其后，對(duì)海纜進(jìn)行斷纜工作，切除海纜故障段，并對(duì)兩段海纜分別進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示，三相絕緣電阻值平衡，陸地側(cè)以及向海側(cè)均不存在不平衡相，且均不存在導(dǎo)通現(xiàn)象，從而確認(rèn)兩側(cè)無(wú)其他故障點(diǎn)，至此海纜故障點(diǎn)定位清查工作結(jié)束。

2 海纜故障原因分析

海纜故障點(diǎn)確定后，進(jìn)一步分析故障點(diǎn)處受損情況，海纜內(nèi)外部破損如圖4、圖5所示，最外層PP外被層破損脫落，鍍鋅鋼絲錯(cuò)位并部分?jǐn)嗔?，?nèi)部包帶及PE填充層斷裂，裂口長(zhǎng)度約12cm，深度約2.5cm；其中一相外部PE護(hù)套破裂，內(nèi)部合金鉛套、絕緣層均已破損，并露出內(nèi)部導(dǎo)體。

該項(xiàng)目 220kV海纜敷設(shè)是以陸上集控中心為起始端，海上升壓站為末端進(jìn)行敷設(shè)。考慮到陸上開(kāi)關(guān)站登陸處多為淺灘，大型敷設(shè)船難以進(jìn)入，故敷設(shè)工藝選擇為距登陸處約3公里由主海纜船將海纜倒駁至次海纜船上，接著主海纜船向海上升壓站敷設(shè)，而次海纜船向陸上集控中心敷設(shè)。

由于登陸段離岸較近，位于氣水交界處，需要水陸鉤機(jī)先挖好海纜溝后再埋設(shè)鋪設(shè)在泥面上的海纜，屬于后挖溝埋設(shè)段；而且在氣水交界處水流快，漲退潮頻繁，海水不斷沖刷海纜并伴隨有泥沙沉積掩埋，容易造成海纜偏離原敷設(shè)路徑。此外，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)海纜在該段浮漂標(biāo)記設(shè)置過(guò)少，有些浮漂之間間隔過(guò)大，從而在進(jìn)行海纜挖溝或者找纜作業(yè)時(shí)不易發(fā)覺(jué)海纜，容易造成誤傷。

對(duì)比海纜破損處與挖機(jī)挖齒形狀，分析確認(rèn)此次海纜故障是由水陸挖機(jī)在挖溝或?qū)ふ冶粵_刷掩埋的海纜時(shí)，挖機(jī)鉤齒意外碰到海纜所造成的機(jī)械損傷，破損處由外向內(nèi)，造成海纜單相絕緣破損及光纖斷裂。

3 海纜維修接頭制作

海纜維修接頭作為海纜的中間接續(xù)和故障維修附件，主要功能是恢復(fù)海纜的電氣性能和機(jī)械性能，按外部結(jié)構(gòu)可分為軟性接頭和剛性接頭兩類(lèi)。軟性接頭外徑大小近似等于海纜外徑，接頭外覆有金屬鎧裝，采用柔性連接并具有足夠強(qiáng)度；而剛性修理接頭通常采用預(yù)制式結(jié)構(gòu)，外觀(guān)具有良好的機(jī)械性能和防海水腐蝕性能，并且采用高強(qiáng)度不銹鋼材料以增強(qiáng)其機(jī)械強(qiáng)度[5]。

該項(xiàng)目采用220kV三芯海底光纖復(fù)合纜，故障段切除后，選擇牽拉登陸段等長(zhǎng)度備用海纜進(jìn)行替換，以減少接頭數(shù)量?，F(xiàn)場(chǎng)采用的是改進(jìn)型陸地電纜接頭，其海纜內(nèi)部單相接頭示意圖如圖6所示。

海纜接頭和陸上電纜接頭的主要區(qū)別在于防水防腐和外部機(jī)械防護(hù)工藝。海纜接頭常年處于海水環(huán)境，不僅容易造成鎧裝以及外部護(hù)套的腐蝕，而且如果防水密封不到位，海水將直接進(jìn)入到接頭內(nèi)部造成海纜故障；此外，在埋設(shè)深度不夠的情況下還容易受到挖機(jī)、船錨等機(jī)械設(shè)備的損害，從而需要特殊防護(hù)處理[6]。

針對(duì)海纜密封防水，接頭內(nèi)部每一相接頭外部均加裝密封套件，包括壓板、錐形密封圈、端面（含O型圈）、柱形密封圈、壓板、密封套筒等，安裝完成后再將防水絕緣密封膠灌入密封筒，以確保接頭與外界環(huán)境隔絕，達(dá)到防水密封的目的，如圖7所示。

而對(duì)于外部防護(hù)，接頭整體安裝有鎧裝夾具，夾具采用高強(qiáng)度鋼材，保證接頭外部有足夠的強(qiáng)度能夠承受挖機(jī)、船錨等常見(jiàn)的機(jī)械損傷；同時(shí)表面進(jìn)行海洋重防腐噴漆處理，并設(shè)計(jì)有陰極保護(hù)系統(tǒng)，保證接頭具有良好的防腐性能；此外，在接頭盒兩段進(jìn)一步加裝彎曲限制器，如圖8所示，防止海纜在敷設(shè)或者運(yùn)行時(shí)過(guò)度彎曲，保證海纜的安全。接頭完成后，接著對(duì)海纜進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后再重新挖溝敷設(shè)并做好標(biāo)記。

4 海纜敷設(shè)整改建議

淺灘登陸段是海纜從海上升壓站到陸上集控中心所必經(jīng)的區(qū)域，該段的海纜敷設(shè)由于挖機(jī)等機(jī)械設(shè)備的使用頻繁，容易發(fā)生機(jī)械損傷，從而需要不斷地改進(jìn)施工工藝，并合理利用有限的工作窗口，杜絕為趕工期而野蠻作業(yè)，保證海纜的安全：

1、禁止挖機(jī)等機(jī)械與海纜有直接接觸。增加挖機(jī)鉤齒的防護(hù)，即在挖齒前端焊上圓管進(jìn)行防護(hù)，如圖9所示；并嚴(yán)禁用挖齒直接移動(dòng)海纜，在海纜起吊過(guò)程中需嚴(yán)格執(zhí)行用吊帶等軟連接的方式移動(dòng)海纜。

2、改進(jìn)施工工藝，針對(duì)淺灘登陸段低潮無(wú)水區(qū)域采用水路挖掘機(jī)挖溝埋設(shè)，而針對(duì)低潮有水區(qū)域采用埋設(shè)犁進(jìn)行海纜敷埋，減少挖機(jī)使用；

3、增加淺灘登陸段的海纜浮漂標(biāo)記的綁扎數(shù)量，防止海纜被沖刷掩埋，減少海纜實(shí)際路由與敷設(shè)路由的偏離，并做好標(biāo)記，方便辨識(shí)海纜位置；

4、進(jìn)行海纜挖溝埋設(shè)或者根據(jù)海纜路由挖溝找纜作業(yè)，要和海纜或海纜路由保持一米以上的安全距離；當(dāng)實(shí)際路由偏差較大時(shí)，相應(yīng)增大安全距離，防止誤碰到海纜造成損傷；

5、要杜絕趕工期野蠻式作業(yè)，相關(guān)管理人員要合理制定海纜敷設(shè)作業(yè)計(jì)劃表，在有限的工作窗口期間合理安排敷設(shè)作業(yè)，并對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行培訓(xùn)，操作過(guò)程中加強(qiáng)觀(guān)察。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王裕霜.國(guó)內(nèi)外海底電纜輸電工程綜述[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2012，6（2）：26-30.

[2]劉征.光纖復(fù)合海底電纜故障診斷方法研究[D].北京： 華北電力大學(xué)，2015.

[3]敬強(qiáng)，鄭新龍，李世強(qiáng).海底電力電纜故障探測(cè)分析[J]. 浙江電力，2012，4：25-28.

[4]袁翔.電力電纜故障測(cè)試方法和定位研究[J].廣東科技，2010，19（22）：84-87.

[5]沃澤克，應(yīng)啟良，徐曉峰等.海底電力電纜-設(shè)計(jì)、安裝、修復(fù)和環(huán)境影響[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[6]GB/T 32346.3-2015，額定電壓220kV（Um=252kV）交聯(lián)聚乙烯絕緣大長(zhǎng)度交流海底電纜及附件 第3部分：海底電纜附件[S].