一起220kV海缆敷设故障抢修案例分析

李越 汪永俭

【摘 要】通过对一起发生在浅滩登陆段220kV高压海缆敷设过程中受外力破坏的海缆故障抢修案例的分析，介绍了海缆故障点定位以及海缆接头制作过程，提出了针对浅滩登陆段海缆敷设的整改意见，为浅滩登陆段海缆敷设和故障处理提供了一个可行的案例，对避免以后类似事故的发生有一定的借鉴意义。

【关键词】220kV海缆；海缆故障；海缆敷设；中间接头

中图分类号： TM755 文献标识码： A 文章编号： 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

随着陆上风电市场逐渐饱和，风机制造商以及投资者纷纷把目光从陆上转移到海上，使得海上风力发电得到了迅猛发展。其中，海缆作为连接海上风电场和陆上集控中心的“纽带”，承担着整个风电场的电力传输和通信任务，一旦发生故障，将直接造成通信中断和电能浪费。因此，防止海缆故障的发生及故障发生后的快速抢修具有十分重要的意义[1]。

下面就一起220kV高压海缆在敷设过程中发生的海缆损伤事故，对海缆故障点检测定位技术以及接头工艺做一些介绍，并对浅滩登陆段的海缆敷设工艺提出了相应的整改建议。

1 海缆故障检测定位

1.1 海纜故障经过

2018年7月30日下午15时，某海上风电项目准备进行主海缆核相以及线路参数试验，核相前用万用表对A相线芯进行对地测量时，发现该线芯对地导通。现场人员立即对海上升压站主海缆进行绝缘处理，并用2500V绝缘电阻测试仪对A相进行测试，测试部位为陆上集控中心海缆终端导体处对地排，测试结果显示无电压，绝缘电阻为零。海上升压站人员立刻对导体端部进行酒精擦拭，其后2500V绝缘电阻测试仪的测试结果仍无电压，绝缘电阻为零。次日下午17时，工作人员结束海缆A相接头出仓工作，再次对主海缆进行测试，结果仍无电压升起，绝缘电阻为零。

海缆故障按照故障性质通常可分为断路故障、低阻故障和高阻故障。其中，低阻故障指的是故障点的绝缘电阻下降至海缆的特性电阻甚至下降至零的故障，也称为短路故障[2]。本次海缆故障绝缘电阻测试结果为零，可初步判定为短路低阻故障，故障点的具体位置则需要进一步检测。

1.2 海缆故障点定位

海缆故障发生后，故障点的定位是实现快速抢修的关键。海缆故障点的定位主要有阻抗法和行波法两类。阻抗法通过测量故障点到测量端的阻抗，求解方程得到故障点距离，如电桥法等；行波法则基于电缆中的行波进行故障探测，具体又分为低压脉冲反射法、高压脉冲电流/电压法、二次脉冲法等，其中常用的低压脉冲法主要适用于海缆的短路、断路以及低阻故障的检测[3，4]。

本次故障点检测使用的是德国赛巴Teleflex VX脉冲反射测距仪，结果显示在距陆上终端2.66km处存在故障点，如图1所示；接着现场人员使用型号为5_GZD-2010的海缆故障定位智能电桥对A相进行复核，仪器显示海缆在2653m处有故障点，测试结果如图2所示。

故障点距离粗略确定后，需根据海缆的实际路由来确定故障点的具体位置，即精确定位。常用的方法包括对电缆施加高压脉冲信号的声测法以及跨步电压法等。其中跨步电压法常用于各种电缆对地短路的故障点精确定位，其通过在电缆中加入特殊信号，当电缆对地短路时将在故障点周围产生强弱变化的有向电场，从而使得测试仪在故障点前后测试指针反向，从而确定故障点的位置。

海缆一般敷设在海床下深约1～3米的位置，而且由于海水冲刷以及涨落潮造成的泥沙淤积，海缆容易偏离原敷设路径，无法直接确定其位置。考虑到故障点离岸较近，且登陆段多为滩涂区域，选择让水陆挖机以海缆过堤处为起点，沿海缆登陆段挖掘，分段依次将海缆从海床下捞出来，并保证海缆露出泥面。接着对吊出泥面的海缆进行清洗，并目测海缆是否有机械损伤；若无机械损伤，接着用跨步电压法，对滩涂上的海缆进行检测以确定故障点位置。

在对海缆进行目测检查时，发现一疑似故障点处铠装钢丝断裂，内部PE填充层破坏严重，如图3所示。根据该疑似点离岸位置，可初步判断该故障点即为检测出的故障点。接着，继续对海缆向海侧冲洗60米、向陆地侧冲洗170米进行排查，排查结果显示并无其他明显故障点存在。其后，对海缆进行断缆工作，切除海缆故障段，并对两段海缆分别进行绝缘电阻测试。测试结果显示，三相绝缘电阻值平衡，陆地侧以及向海侧均不存在不平衡相，且均不存在导通现象，从而确认两侧无其他故障点，至此海缆故障点定位清查工作结束。

2 海缆故障原因分析

海缆故障点确定后，进一步分析故障点处受损情况，海缆内外部破损如图4、图5所示，最外层PP外被层破损脱落，镀锌钢丝错位并部分断裂，内部包带及PE填充层断裂，裂口长度约12cm，深度约2.5cm；其中一相外部PE护套破裂，内部合金铅套、绝缘层均已破损，并露出内部导体。

该项目 220kV海缆敷设是以陆上集控中心为起始端，海上升压站为末端进行敷设。考虑到陆上开关站登陆处多为浅滩，大型敷设船难以进入，故敷设工艺选择为距登陆处约3公里由主海缆船将海缆倒驳至次海缆船上，接着主海缆船向海上升压站敷设，而次海缆船向陆上集控中心敷设。

由于登陆段离岸较近，位于气水交界处，需要水陆钩机先挖好海缆沟后再埋设铺设在泥面上的海缆，属于后挖沟埋设段；而且在气水交界处水流快，涨退潮频繁，海水不断冲刷海缆并伴随有泥沙沉积掩埋，容易造成海缆偏离原敷设路径。此外，现场发现海缆在该段浮漂标记设置过少，有些浮漂之间间隔过大，从而在进行海缆挖沟或者找缆作业时不易发觉海缆，容易造成误伤。

对比海缆破损处与挖机挖齿形状，分析确认此次海缆故障是由水陆挖机在挖沟或寻找被冲刷掩埋的海缆时，挖机钩齿意外碰到海缆所造成的机械损伤，破损处由外向内，造成海缆单相绝缘破损及光纤断裂。

3 海缆维修接头制作

海缆维修接头作为海缆的中间接续和故障维修附件，主要功能是恢复海缆的电气性能和机械性能，按外部结构可分为软性接头和刚性接头两类。软性接头外径大小近似等于海缆外径，接头外覆有金属铠装，采用柔性连接并具有足够强度；而刚性修理接头通常采用预制式结构，外观具有良好的机械性能和防海水腐蚀性能，并且采用高强度不锈钢材料以增强其机械强度[5]。

该项目采用220kV三芯海底光纤复合缆，故障段切除后，选择牵拉登陆段等长度备用海缆进行替换，以减少接头数量。现场采用的是改进型陆地电缆接头，其海缆内部单相接头示意图如图6所示。

海缆接头和陆上电缆接头的主要区别在于防水防腐和外部机械防护工艺。海缆接头常年处于海水环境，不仅容易造成铠装以及外部护套的腐蚀，而且如果防水密封不到位，海水将直接进入到接头内部造成海缆故障；此外，在埋设深度不够的情况下还容易受到挖机、船锚等机械设备的损害，从而需要特殊防护处理[6]。

针对海缆密封防水，接头内部每一相接头外部均加装密封套件，包括压板、锥形密封圈、端面（含O型圈）、柱形密封圈、压板、密封套筒等，安装完成后再将防水绝缘密封胶灌入密封筒，以确保接头与外界环境隔绝，达到防水密封的目的，如图7所示。

而对于外部防护，接头整体安装有铠装夹具，夹具采用高强度钢材，保证接头外部有足够的强度能够承受挖机、船锚等常见的机械损伤；同时表面进行海洋重防腐喷漆处理，并设计有阴极保护系统，保证接头具有良好的防腐性能；此外，在接头盒两段进一步加装弯曲限制器，如图8所示，防止海缆在敷设或者运行时过度弯曲，保证海缆的安全。接头完成后，接着对海缆进行耐压试验，试验合格后再重新挖沟敷设并做好标记。

4 海缆敷设整改建议

浅滩登陆段是海缆从海上升压站到陆上集控中心所必经的区域，該段的海缆敷设由于挖机等机械设备的使用频繁，容易发生机械损伤，从而需要不断地改进施工工艺，并合理利用有限的工作窗口，杜绝为赶工期而野蛮作业，保证海缆的安全：

1、禁止挖机等机械与海缆有直接接触。增加挖机钩齿的防护，即在挖齿前端焊上圆管进行防护，如图9所示；并严禁用挖齿直接移动海缆，在海缆起吊过程中需严格执行用吊带等软连接的方式移动海缆。

2、改进施工工艺，针对浅滩登陆段低潮无水区域采用水路挖掘机挖沟埋设，而针对低潮有水区域采用埋设犁进行海缆敷埋，减少挖机使用；

3、增加浅滩登陆段的海缆浮漂标记的绑扎数量，防止海缆被冲刷掩埋，减少海缆实际路由与敷设路由的偏离，并做好标记，方便辨识海缆位置；

4、进行海缆挖沟埋设或者根据海缆路由挖沟找缆作业，要和海缆或海缆路由保持一米以上的安全距离；当实际路由偏差较大时，相应增大安全距离，防止误碰到海缆造成损伤；

5、要杜绝赶工期野蛮式作业，相关管理人员要合理制定海缆敷设作业计划表，在有限的工作窗口期间合理安排敷设作业，并对作业人员进行培训，操作过程中加强观察。

【参考文献】

[1]王裕霜.国内外海底电缆输电工程综述[J].南方电网技术，2012，6（2）：26-30.

[2]刘征.光纤复合海底电缆故障诊断方法研究[D].北京： 华北电力大学，2015.

[3]敬强，郑新龙，李世强.海底电力电缆故障探测分析[J]. 浙江电力，2012，4：25-28.

[4]袁翔.电力电缆故障测试方法和定位研究[J].广东科技，2010，19（22）：84-87.

[5]沃泽克，应启良，徐晓峰等.海底电力电缆-设计、安装、修复和环境影响[M].机械工业出版社，2011.

[6]GB/T 32346.3-2015，额定电压220kV（Um=252kV）交联聚乙烯绝缘大长度交流海底电缆及附件 第3部分：海底电缆附件[S].