浅析海底电缆敷设过程与我国海缆现状

发布时间:2016/6/16 10:53:45

1.引言

随着地球陆地石化等资源的枯竭,人们的注意力逐渐由内陆转向了近海岛屿风电、海洋石油等相关海洋资源。据有关部门不完全统计,我国海岸线约1.8万公里,拥有超过5000个岛屿或海岛,这些岛屿或海岛有些有人类群体长期生活,有些适合发展近海风电,有些具有战略意义(如南沙、西沙群岛)这些岛屿与大陆的电力通信连接只有靠海底电缆、光纤电缆或光纤复合海底电缆等,除此之外,海洋石油平台也是海底电缆“使用大户”。人类第一条海底电缆敷设于1859年,距离今天已有百余年的历史,当时没有海底探测技术,没有先进的敷设技术,也没有极具技术含量的软接头产品及工艺, 1859年的敷设难度是可想而知的。现如今各项技术日新月异,电缆行业也进行着新一轮的产业升级,向着高科技领域转变,海底电缆的研发、软接头的制造、海底电缆的敷设及在线监测成为了电缆行业最具技术代表性的课题之一。

本文将从海底电缆线路清理、海底电缆敷设过程控制几个方面简单介绍了电缆海底的敷设过程。因单芯海底电缆相对于三芯海底电缆制造、敷设简单,其过程也基本相似,故本文选取XLPE绝缘单芯海底电缆为例,阐述海底电缆敷设过程中的关键控制点和基本流程及方法,包括:扫海、牵引钢缆敷设(接缆)、始端登陆敷设(放缆)、海底深水区电缆敷设、终端登陆敷设(收揽)。其中放缆和收揽基本在浅海或海滩作业,难度不大,难度最大的是海底深水区域的电缆敷设。下文中将逐一介绍。

2. 海底电缆敷设线路的清扫与路由勘察

在海底电缆开始正式敷设之前,施工队须进行海底电缆计划敷设线路的清扫,以保证敷设线路的畅通。海底地貌较陆地略微平坦,但仍然存在浅滩、礁石、沉雷、海底钻井遗留物(如钢管、钻头碎渣等)等障碍物,为确保海底电缆敷设线路不受坚硬障碍物擦伤,并及时排除潜在敷设过程和海底电缆运行中的威胁,在海缆敷设中称为的“扫海”,主要勘探电缆敷设线路中周边环境,如有必要则须清扫海床及海底电缆敷设线路,其清扫方法之一是在拖船尾部连接扫海锚,拖船带着扫海锚在电缆敷设线路上清扫,也称机械式扫海。如有必要时,可使用海底机器人协同清扫。扫海完毕后,使用路由勘察系统进行排查。

图一海缆布缆船及施工现场

3. 海底电缆的敷设过程

所有设备(施工船、布缆船、辅助船、水泵机电机组、放线盘、退扭架等)、操作人员(敷设施工队、海底电缆供方、业主)、配件与资料(检测系统、文件等)准备齐全前提下,择选天气晴朗、海风较小的日期进行施工作业。(大风天气将严重影响海缆敷设的精度)

3.1 牵引钢缆敷设。依据扫海和勘探结果,选择易于接缆处进行施工。施工可采用接力牵引,在终端登陆敷设处定置牵引锚一只,使用DGPS导航定位与牵引钢缆的连接位置,确保钢缆牵引连接的精准度。

3.2 海缆始端登陆敷设施工。为减少海缆弯曲次数,降低海缆敷设前机械损伤概率,多数施工方选择将运缆船在电缆厂制造码头直接运货至敷设地点。在浅滩或浅水区敷设时,先用运缆船将捆绑充气轮胎海缆漂浮与海水之上,通过海岸边的牵引机将电缆牵引至对岸,拆分充气轮胎,通过布缆船的控制将海缆缓慢放沉至海底。

3.3 海缆海底敷设施工。这个过程是海底电缆敷设施工最为复杂的过程,虽然海缆的敷设航道已经过扫海和路由勘探,但为防止海缆在触底时被“勘测遗漏”物损伤,布缆船的精度控制尤为重要,在布缆过程中,布缆船须控制好海缆下放速度与布缆船行驶速度之间线性关系,海缆敷设速度一般控制在3-5m/min。在布缆的同时,采用水下监视器、海底遥控机器辅助仪等高精密装备控制、矫正海缆的敷设速度、方向与位置,避免海缆敷设中发生扭曲、触接岩石等硬物,从而保证海缆外护套的完好性。海缆在敷设中直接填埋或穿过事先定置的管道中。其中穿管敷设较为复杂,要求布缆船中心线、电缆护套管中心、电缆均在一条直线。但在深水区一般采用埋设方式,即在海底使用机械方式切开一条沟槽,目前较为常用的是射水流切割海底,使用高压水流在海底切开一条深度大约为0.5-2米左右的沟槽,带电缆敷设沟槽内后,周围海底泥土回填形成天然保护,如在礁石等坚硬地带,则须在电缆上方覆盖相应流体保护。

3.4 海缆终端敷设施工。海缆经过海底敷设后上岸与终端连接,通电检测海缆导电性能。完成海缆敷设。

3.5 海缆保护、警示标志。海缆敷设区经常有船只出没,为保护海缆及防护套免于船只抛锚伤害,敷设结束后在沿途设立相应的警示标语或图示,再与相关海洋部门联系,公布海缆敷设海域坐标,以保护海缆。

图二 耐克森海缆敷设船

4. 我国海缆的现状

我国线缆行业产能在2012年超越了美国,成为世界第一线缆制造国,线缆及配套企业近万家,漂亮的账单数据下面,是我国线缆行业技术含量普遍偏低,技术力量远落后于发达国家的事实。海底电缆我国仅有几家线缆企业可以制造,但基本不提供敷设服务。而反观国外线缆企业如耐克森、ABB等巨头,均提供海底电缆设计、研发、生产、运输、敷设、维护、配套设施等整套解决方案,这正是最大差距的表现。所以,今后我国发展海缆除了注重电缆质量外,还应重视海缆产业链上下游延伸的建设和发展,为客户提供整套解决方案。

我国海底电缆市场庞大,需求量旺盛,如何在全球经济缓慢复苏,我国线缆行业缓步进入微利时代,线缆中低端领域竞争日趋激烈的大背景下,实现线缆企业产业升级,是摆在我国线缆企业面前最现实的问题之一。海底电缆(含光纤复合)将会成为我国线缆产业升级中企业新利润增长点,但海底电缆从设计研发到生产敷设,每一个环节都会影响海缆的使用性能,虽然我国目前有几家企业可以制造220kv及以下海缆,但其绝缘材料、软接头技术与工艺、敷设等均须依赖国外企业,国内虽有专业敷设施工队伍,但也基本局限于浅海区域。完善海缆产业链,加强原材料、软接头等技术研发,培养自己的敷设施工队伍是我国已有海缆生产能力企业所须解决的问题之一。

图三 世界主要海缆路径示意图

海底电缆的连续性要求其尽量减少软接头的数量,因此国内有海缆生产能力的企业一般都建于水路运输方便的地区,即生产结束后就可以上船。中国江苏省宜兴市是我国电缆之乡,有超过二百家电缆及配套企业,但值得注意的是,在宜兴地区却鲜见有海底电缆生产能力的企业,宜兴有二个内陆湖(西氿和东氿),可直通太湖,而围绕在西氿和东氿周围的则是各式新兴楼盘,笔者建议可在西氿和东氿周围规划一片海缆科技产业园,鼓励本地企业入驻该产业园。

(作者  远东电缆有限公司电器装备电缆研发部  王伊雷)

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