输电线路海底电缆保护方式探讨

杨巡莺 林径

（中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司 福建福州 350003）

0 引言

为控制二氧化碳的排放，清洁能源将引来大规模的开发及消纳，特别是海上风电资源的开发将引来爆发阶段。海上风机产生的风电将通过海底电缆传输到内陆，而海底电缆（简称“海缆”）经常受到各种破坏。国际大电网电缆研究委员会曾经统计过近30 年海缆故障次数，发现引起海缆故障的原因可能是人为因素、海缆自身内部故障、自然因素和未知原因。本文将对各因素进行讨论分析，同时结合工程实际情况提出海缆保护型式。

1 海缆损坏因素分析

海底电缆一般敷设在环境极其复杂的海底，经常受到潮汐、冲刷等自然条件作用，也受到海底物质的摩擦、有害气体的侵蚀等影响，人类频繁的海上活动给海缆的运行带来了严重的不稳定因素。

1.1 人为因素

捕捞渔具和船锚极易造成海缆的损坏。捕捞渔具大致分为拖网类和张网类：拖网类的作业方式贯入海底较浅，容易对浅埋及裸露的海缆造成损坏；张网类的作业方式又分为船张网、大捕网、翻扛张网及帆张网，其中翻扛张网和帆张网刺入海床深度最大可达2 m 以上，对海底电缆危害非常大。相对于捕捞渔具对海缆造成的损害，船锚对海缆的影响更大［1］。不同的作业船采用的锚重、锚齿长度及刺入海床深度各不相同。拖网类的船锚重约几十公斤，锚齿长度小于70 cm，刺入海床深度约100 cm，这样的船锚容易破坏敷设较浅的海缆；张网类的船锚重约350 kg，刺入海床深度大于50 cm，遇到大潮时，可能出现走锚现象，对浅埋的海缆影响比较大［1］。海洋航运船舶随意抛锚也会对海缆造成威胁，主要原因在于海运船锚自身重量大，随意抛锚若撞击海缆，将会对海缆有很大的作用力，使海缆表面结构破坏；同时船锚在移动过程中，会拖拽海缆使海缆断裂。

海洋的工程作业也是影响海缆安全的重要因素，但其对海缆的损害仅次于捕捞渔具和船锚，类似海底采沙作业，不会直接破坏海缆，但是因为沙石的过量开采引起海缆外露或者悬空，容易留下隐患。

1.2 海缆内部因素

海缆内部因素主要是海缆自身的缺陷，包括海缆设计不合理、原材料缺陷、偷工减料、加工工艺不完善等原因引起海缆的故障。随着制造工艺的进步和先进管理制度的应用，海缆自身缺陷这个不利的影响因素逐渐得到有效的控制。

1.3 自然因素

自然因素包括海底自然灾害、海底生物的影响等，在已有的事故里面占比较小，本文不再详细讨论。

2 海缆保护型式

海底电缆的保护需从设计、施工、运行和维护全寿命周期进行考虑，包括海缆的自身保护及外在保护。海底电缆铠装保护层的增厚，提高了电缆的抗磨损能力，会增加制造成本，需综合考虑，下文着重考虑讨论外在保护。基于海缆人为的损坏因素，通过综合考虑分析及结合工程的实际应用情况，提出海缆保护的综合措施。本文将从埋设保护、沟槽保护、穿管保护及覆盖保护等4 种保护方式进行探讨。

2.1 埋设保护

埋设保护被认为是最有效的海缆保护方式，通过各种施工机械将海缆埋设至一定深度，需大于常规渔具和锚具刺入海床深度的深度，如此将会有效减少对海缆的破坏。海缆埋设保护深度需根据通航环境要求、渔具及船锚的要求、BPI 指标要求共同确定，目前在设计时通通航环境要求埋设深度按3.0 m考虑，渔具、船锚要求埋设深度按2.5 m 考虑，BPI 指标要求埋设深度按2.5 m 考虑。实际工程中选择哪种埋设深度是一个需要综合考量的问题。虽然对海缆的保护水平和埋设深度不成比例关系，很明显埋得越深保护能力越强，海缆被破坏概率越低，由海缆损坏引起的损失及抢险等费用越低。但是埋设过深，施工难度会增大、施工速度变慢，需要特殊的施工设备。若发生破坏海缆维修难度更大，工程造价显著增加。因此，埋设深度需要根据工程实际情况、海缆路由上存在的风险等因素来确定一个合理的埋设深度。例如已建厦门电力进岛第一通道扩建工程，该工程附近海域的航道主要是厦门岛北侧支航道，通航条件较差，只能通航1 000 t 以下船只。但该海域的自然条件使得小型船舶事故多发，据厦门海事局统计，2000—2005 年厦门辖区海域发生海上交通事故161 起，沉船达55艘。另据厦门市关于同安湾综合整治的文件要求，该工程附近海域的渔业养殖及捕捞作业在海缆施工前将全面停止。设计综合考虑该工程附近海域对海缆安全存在危险的主要是厦门北部支航道，为保证海缆安全，该工程海缆埋深按航道区埋入海床下3 m、其他地段1.5 m～3.0 m 设计［2］。

埋设保护方式主要受施工机械的影响，可适用于绝大部分海域，但是类似登陆段、浅滩区，施工机械难以靠近，则无法进行埋设保护，需采用别的保护方式。

2.2 沟槽保护

上文提到登陆段、浅滩区，施工机械无法进场进行埋设保护，通常采用沟槽的保护方式，在登陆段、浅滩区利用机械设备将沟槽开挖好，后续即可进行海缆的埋设。

2.3 穿管保护

当海缆由于路由的限制，需在近海浅滩段、渔船作业抛锚的频发点进行施工，并且海缆埋设深度达不到设计深度要求时，即可采用套管保护的方法，可以是钢套管、玻璃套管或者混凝土管。在近海浅滩段，常用钢管或者钢筋混凝土管保护海缆。一般提前挖好沟槽，将钢管或钢筋混凝土管放入沟槽内，然后回填原状土，施工过程中海缆可从保护管中穿过，对捕捞渔具和渔船船锚具有较强的抵御能力。

2.4 覆盖保护

当出现海床是礁岩区段、海缆无法埋设及埋深不满足设计要求时，则可采取覆盖保护的方式。常用的覆盖保护有抛石、混凝土垫和混凝土袋等保护方式。抛石保护可用船只装载石头到敷设的海缆上，并抛下石块，但是不能损坏电缆。混凝土垫保护则是采用相同的混凝土块通过钢筋连接，形成一个大面积的保护垫。机械设备可以将其整块吊放在海缆上面，通过外层的混凝土对海缆进行保护。混凝土垫本身体积较大，需要事先加工好，通过吊装设备进行安装，对施工要求较高，适用于管线交叉等特殊区域。混凝土袋（沙袋）保护方式是将混凝土或沙装进沙袋里面堆放到海缆的上部，可以固定和保护海缆。该保护方式需要搬运至准确位置，工作量非常大，只有当埋设保护和沟槽埋设深度不够时才采用。

3 结论

通过对海缆故障的分析，有人为因素、海缆内部故障、自然因素和未知因素四类，其中人为因素对海缆的损害是造成海缆损害最主要的原因，尤其要注意避免渔业捕捞渔具、渔船船锚、航运船舶船锚和海洋工程作业对海缆的影响。

海底电缆的保护需从设计、施工、运行和维护全寿命周期进行考虑，包括海缆的自身保护及外在保护。海底电缆铠装保护层的增厚，提高电缆的抗磨损能力，进行自身保护，但是会增加制造成本，需综合考虑

海底电缆常用的外保护措施有埋设保护、沟槽保护、穿管保护、覆盖保护，其中埋设保护使用范围最广，适用于大部分海域；沟槽保护适用于登陆段、浅海区以及需要开岩作业的海域；穿管保护包括铁护套保护、预埋钢管保护、预埋钢筋混凝土管保护等，常用于近海浅滩段渔业活动频繁的情况；覆盖保护适用于礁岩难以埋设、埋深不满足设计要求或因管线交叉而无法埋设等情况。