輸電線路海底電纜保護方式

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摘要：輸電線路海底電纜在運行過程中常發生破壞造成相關島嶼停電，當地居民生活極易受到影響。該文對輸電線路海底電纜的破壞型式進行討論，分析各種可能出現的不利因素，同時根據已有工程實際情況提出海纜保護型式，為后續工程建設提供參考。

關鍵詞：海纜外傷因素；海纜保護型式；埋設保護深度

為控制二氧化碳的排放，清潔能源將引來大規模的開發及消納，特別是海上風電資源的開發將引來爆發階段。海上風機產生的風電將通過海底電纜傳輸到內陸，而海底電纜（簡稱“海纜”）經常受到各種破壞。國際大電網電纜研究委員會曾經統計過近30年海纜故障次數，發現引起海纜故障的原因可能是人為因素、海纜自身內部故障、自然因素和未知原因。本文將對各因素進行討論分析，同時結合工程實際情況提出海纜保護型式。

1海纜損壞因素分析

海底電纜一般敷設在環境極其復雜的海底，經常受到潮汐、沖刷等自然條件作用，也受到海底物質的摩擦、有害氣體的侵蝕等影響，人類頻繁的海上活動給海纜的運行帶來了嚴重的不穩定因素。

1.1人為因素

捕撈漁具和船錨極易造成海纜的損壞。捕撈漁具大致分為拖網類和張網類：拖網類的作業方式貫入海底較淺，容易對淺埋及裸露的海纜造成損壞；張網類的作業方式又分為船張網、大捕網、翻扛張網及帆張網，其中翻扛張網和帆張網刺入海床深度最大可達2m以上，對海底電纜危害非常大。相對于捕撈漁具對海纜造成的損害，船錨對海纜的影響更大［1］。不同的作業船采用的錨重、錨齒長度及刺入海床深度各不相同。拖網類的船錨重約幾十公斤，錨齒長度小于70cm，刺入海床深度約100cm，這樣的船錨容易破壞敷設較淺的海纜；張網類的船錨重約350kg，刺入海床深度大于50cm，遇到大潮時，可能出現走錨現象，對淺埋的海纜影響比較大［1］。海洋航運船舶隨意拋錨也會對海纜造成威脅，主要原因在于海運船錨自身重量大，隨意拋錨若撞擊海纜，將會對海纜有很大的作用力，使海纜表面結構破壞；同時船錨在移動過程中，會拖拽海纜使海纜斷裂。海洋的工程作業也是影響海纜安全的重要因素，但其對海纜的損害僅次于捕撈漁具和船錨，類似海底采沙作業，不會直接破壞海纜，但是因為沙石的過量開采引起海纜外露或者懸空，容易留下隱患。

1.2海纜內部因素

海纜內部因素主要是海纜自身的缺陷，包括海纜設計不合理、原材料缺陷、偷工減料、加工工藝不完善等原因引起海纜的故障。隨著制造工藝的進步和先進管理制度的應用，海纜自身缺陷這個不利的影響因素逐漸得到有效的控制。

1.3自然因素

自然因素包括海底自然災害、海底生物的影響等，在已有的事故里面占比較小，本文不再詳細討論。

2海纜保護型式

海底電纜的保護需從設計、施工、運行和維護全壽命周期進行考慮，包括海纜的自身保護及外在保護。海底電纜鎧裝保護層的增厚，提高了電纜的抗磨損能力，會增加制造成本，需綜合考慮，下文著重考慮討論外在保護。基于海纜人為的損壞因素，通過綜合考慮分析及結合工程的實際應用情況，提出海纜保護的綜合措施。本文將從埋設保護、溝槽保護、穿管保護及覆蓋保護等4種保護方式進行探討。

2.1埋設保護

埋設保護被認為是最有效的海纜保護方式，通過各種施工機械將海纜埋設至一定深度，需大于常規漁具和錨具刺入海床深度的深度，如此將會有效減少對海纜的破壞。海纜埋設保護深度需根據通航環境要求、漁具及船錨的要求、BPI指標要求共同確定，目前在設計時通通航環境要求埋設深度按3.0m考慮，漁具、船錨要求埋設深度按2.5m考慮，BPI指標要求埋設深度按2.5m考慮。實際工程中選擇哪種埋設深度是一個需要綜合考量的問題。雖然對海纜的保護水平和埋設深度不成比例關系，很明顯埋得越深保護能力越強，海纜被破壞概率越低，由海纜損壞引起的損失及搶險等費用越低。但是埋設過深，施工難度會增大、施工速度變慢，需要特殊的施工設備。若發生破壞海纜維修難度更大，工程造價顯著增加。因此，埋設深度需要根據工程實際情況、海纜路由上存在的風險等因素能源與電力40來確定一個合理的埋設深度。例如已建廈門電力進島第一通道擴建工程，該工程附近海域的航道主要是廈門島北側支航道，通航條件較差，只能通航1000t以下船只。但該海域的自然條件使得小型船舶事故多發，據廈門海事局統計，2000—2005年廈門轄區海域發生海上交通事故161起，沉船達55艘。另據廈門市關于同安灣綜合整治的文件要求，該工程附近海域的漁業養殖及捕撈作業在海纜施工前將全面停止。設計綜合考慮該工程附近海域對海纜安全存在危險的主要是廈門北部支航道，為保證海纜安全，該工程海纜埋深按航道區埋入海床下3m、其他地段1.5m～3.0m設計［2］。埋設保護方式主要受施工機械的影響，可適用于絕大部分海域，但是類似登陸段、淺灘區，施工機械難以靠近，則無法進行埋設保護，需采用別的保護方式。

2.2溝槽保護

上文提到登陸段、淺灘區，施工機械無法進場進行埋設保護，通常采用溝槽的保護方式，在登陸段、淺灘區利用機械設備將溝槽開挖好，后續即可進行海纜的埋設。

2.3穿管保護

當海纜由于路由的限制，需在近海淺灘段、漁船作業拋錨的頻發點進行施工，并且海纜埋設深度達不到設計深度要求時，即可采用套管保護的方法，可以是鋼套管、玻璃套管或者混凝土管。在近海淺灘段，常用鋼管或者鋼筋混凝土管保護海纜。一般提前挖好溝槽，將鋼管或鋼筋混凝土管放入溝槽內，然后回填原狀土，施工過程中海纜可從保護管中穿過，對捕撈漁具和漁船船錨具有較強的抵御能力。

2.4覆蓋保護

當出現海床是礁巖區段、海纜無法埋設及埋深不滿足設計要求時，則可采取覆蓋保護的方式。常用的覆蓋保護有拋石、混凝土墊和混凝土袋等保護方式。拋石保護可用船只裝載石頭到敷設的海纜上，并拋下石塊，但是不能損壞電纜。混凝土墊保護則是采用相同的混凝土塊通過鋼筋連接，形成一個大面積的保護墊。機械設備可以將其整塊吊放在海纜上面，通過外層的混凝土對海纜進行保護。混凝土墊本身體積較大，需要事先加工好，通過吊裝設備進行安裝，對施工要求較高，適用于管線交叉等特殊區域。混凝土袋（沙袋）保護方式是將混凝土或沙裝進沙袋里面堆放到海纜的上部，可以固定和保護海纜。該保護方式需要搬運至準確位置，工作量非常大，只有當埋設保護和溝槽埋設深度不夠時才采用。

3結論

通過對海纜故障的分析，有人為因素、海纜內部故障、自然因素和未知因素四類，其中人為因素對海纜的損害是造成海纜損害最主要的原因，尤其要注意避免漁業捕撈漁具、漁船船錨、航運船舶船錨和海洋工程作業對海纜的影響。海底電纜的保護需從設計、施工、運行和維護全壽命周期進行考慮，包括海纜的自身保護及外在保護。海底電纜鎧裝保護層的增厚，提高電纜的抗磨損能力，進行自身保護，但是會增加制造成本，需綜合考慮海底電纜常用的外保護措施有埋設保護、溝槽保護、穿管保護、覆蓋保護，其中埋設保護使用范圍最廣，適用于大部分海域；溝槽保護適用于登陸段、淺海區以及需要開巖作業的海域；穿管保護包括鐵護套保護、預埋鋼管保護、預埋鋼筋混凝土管保護等，常用于近海淺灘段漁業活動頻繁的情況；覆蓋保護適用于礁巖難以埋設、埋深不滿足設計要求或因管線交叉而無法埋設等情況。

參考文獻

1楊巡鶯.廈門電力進島第一通道擴建工程［R］.福州：中國電建集團福建省電力勘測設計院有限公司，2011.

2周凱敏，楊巡鶯.復雜地質條件下的海底電纜敷設和保護關鍵技術研究［R］.福州：中國電建集團福建省電力勘測設計院有限公司，2019.

作者：楊巡鶯 林徑 單位：中國電建集團福建省電力勘測設計院有限公司