摘要：近些年来，海上风电行业的发展极为迅速，而海缆作为海上风电发展的重要组成部分，海缆运营的可靠与否直接影响到海上风电事业的发展，因此，应重视海上风电海缆保护工作，以下主要针对海缆保护管冲刷设计以及施工等相关内容进行分析。
关键词：海上风电海缆；海缆保护管冲刷；设计；施工
前言：
随着我国社会经济的迅猛发展，海上风电行业也得到迅速扩大，在国民经济发展中起着至关重要的作用，风能发电是一种可再生资源，同时也是一种环保能源，目前已经逐渐得到全世界范围的使用和认可。但是就当前海上风电建造情况来看仍然存在诸多问题，电缆保护管的存在一定程度上改变了海底漩涡的速度和流向，进而影响整个项目的安全稳定运营。因此，笔者主要对海上风电海缆及海缆保护管冲刷设计及施工进行相关探究，仅供参考。
1海上风电海缆的敷设方式
海上风电海缆的敷设方式有以下几种[1]。第一种是水下段敷设，具调查数据显示我国海域范围内全新统海相沉积发育，且分布的范围也十分广阔，海域的主要构造是以淤泥或者是淤泥质土等物质构成，其中电缆可采用直接敷设于海底的施工方法进行施工，通过情况下是由路由登陆段海域发育基岩，所以要想确保海上风电海缆安全稳定运行，我们建议在施工期间应采取适当工程措施来推动工程建设稳定运行。而两侧的登陆基岩段则应当采用海缆穿管保护方式进行施工，同时中间海域应当采用传统的海缆抛敷于海底的方式进行施工，施工期间也要选用高强度且抗老化性能较好的机械来敷设，或者是用海底电缆专用的铸铁关节套管进行敷设。第二种是陆地段海缆敷设方式，该方式主要是在海上电缆最终端杆电缆支架处，进一步将海缆铠装及时断开并采用较为特殊的锚固装置夹紧，一定程度上可以达到防止因热机械拉力而影响海缆敷设，同时还应在海缆终端杆处上安装相应的电缆支架，在剥除铠装之后应及时用电缆夹具将海缆固定。
2海上风电海缆的保护
很多时候海底电缆的损坏率高达80%以上，大多数时候都是机械外力的破坏而损坏海缆，例如，锚害、近海或者是浅滩海洋养殖等因素的破坏，以往很多施工单位在海缆施工中并没有加强对海缆的保护工作，忽视锚害或者是浅滩海洋养殖等因素对海缆的破坏，一定程度上就会影响整个海缆的安全稳定运行。所以为了使海底电缆得到有效的保护必须加强对其安全稳定运行的管理；力度，这也是提升海底电缆质量的重要前提保证。在进行海底电缆施工首先应在报纸、电台和广播电视台上宣传，要及时公布海缆的位置以此来让群众知道，进一步对海缆起到保护的作用，同时还应及时向海事局、航道以及相关港务部门登记，这是确保海上风电海缆安全稳定运行的关键[2]。同时我们还应设立有效的警告标志牌，此举动也是为了保护海底电缆的安全，使其不会受船只抛锚而受到损坏，在各个海缆登陆处也要设置相应的水线标志牌，也要在海缆外侧50-200m处设置有效的警告标志。此外，也要根据海域地形充分考虑海缆的保护效果，在视野不开阔地带必须增加禁止抛锚牌数量，对于海底电缆保护管还应选用机械强度高，抗老化性能好的套管，从而降低海底电缆的损坏率[3]。
3海上风电海缆冲刷情况分析
很多时候冲刷的深度往往对保护管起着决定性作用，所以设计人员在计算冲刷深度的时候也要综合分析，可以套用国际上经常使用的韩海骞公式进行评估和分析，利用这个冲刷度公式可以获得较为真实的数据。它的公式为：F/D=1，3[1-E]，其中F代表冲刷深度，D代表桩径而E代表波浪周期，依据相关的实际监测结果显示进一步对海缆冲刷情况分析，倘若风机基础位置在进行冲刷，相关潮流前后方的冲刷时间也要尽量保持一致，在对海缆保护管加固之前可以先让潜水员下水进行查探[4]。
4造成海上风电海缆保护管伤害的原因
4.1海浪和泥沙原因
造成海上风电海缆保护管伤害的原因有很多，海浪和泥沙原因是经常出现的现象，很多时候海上风电工程建设过程中无法避免海浪和泥沙的干扰，部分海域波浪都以风浪为主，涌浪的比例也相当大且路由海域的年平均波高0.5m，最大波高往往会高达4.2m左右，尤其是在冬季或者是夏季，每个月的平均波高和周期变化分别是0.3-0.6m和2.3-4.5s。
4.2海洋自然灾害原因
海洋自然灾害原因也是造成海上风电海缆保护管受到伤害的原因，也是影响路由海域最严重的自然灾害天气之一，施工过程应对海洋自然灾害原因进行有效管理，但是实际上很多施工单位在海缆施工过程中并没有加强对这方面因素控制，进而影响整个海上风电事业的发展，所以施工建设过程中施工单位应重视气象要素对海缆的影响[5]。根据1949-2000年出现在西太平洋上气旋资料显示，该段工程海域总共发生过140多起台风，平均每年就有2.7个，但是但部分台风都集中在7-9月。很多时候狂风大浪都会给海上风电沿岸带来巨大损失，也会对海缆的保护管造成巨大冲击，从而阻碍我国海上风电事业蓬勃稳定发展，影响我国国民市场竞争力和经济水平。
4.3沉积物腐蚀环境和海床冲淤活动
沉积物腐蚀环境和海床冲淤活动也让海上风电海缆保护管受到伤害。很多时候路由区底质大多数是以细小颗粒沉积物为主，它的透气性往往比较差。就相关资料数据显示就某海底沉积物指标调查结果显示，海底沉积物往往处于较为削弱的环境，这些因素对海缆的腐蚀性是比较小的，一般不会波动海上风电事业的安全稳定运行。再者路由区通常情况下是靠近登陆点两段的，所以施工人员可以根据实际工程统计数据了解，在水深至60mm以上的冲刷槽上，海缆往往会受到地形的影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆此外，部分海域内的淤泥细颗粒沉积物比较多且厚度较大，这些因素都是造成海上风电海缆保护管受到伤害的原因[6]。
5海上风电海缆及海缆保护管冲刷设计及施工优化方案
海上风力发电海缆附加保护措施有很多种，而在选择保护措施时是要遵循几个原则的，比如，海缆施工是否具有可行性，造价是否合理以及运行维护涉及到的技术参照等，就当前海上风电行业来看并没有严格的参考范围，很多时候海缆保护管冲刷设计和施工中依然存在诸多问题，而这些问题的存在也严重影响海缆的安全稳定运行。因此，笔者就海上风电海缆及海缆保护管冲刷设计及施工进行以下探讨，希望对相关人士能够有所帮助。
5.1在淤泥中建议适当增加钢支架的长度
为了确保海上风电海缆保护管冲刷设计的质量，我们应不断优化施工方案以此来确保海缆安全稳定运行。应在淤泥中适当增加钢支架的长度，可以在海缆的一侧通入直径为300mm的钢管，并用海缆专用的支架将海缆进行固定，一定程度上可以对海缆保护管给予最大的保护。而在沉桩之前施工人员还应安排几名潜水员对水下情况进行勘查，进一步对每个承重台的海缆保护管或者是裸露在外的电缆进行探索，以此来确定海缆保护管的长度、宽度和深度，待海缆保护管的长度确定之后方可进行后续工程施工。而潜水员在对电缆进行探索时应遵循以下步骤。首先，当在天气较好的季节里潜水员入水之后，可以在靠近海缆保护管的某一侧顺着保护管一直向下潜，直到抵达海底的最深处时，同时还应当根据施工设计要求对海缆保护入口进行标记，再根据定位绳对电缆进行加固和定位钢管桩，与此同时钢支架的长度应选择延伸性较好的，可以延长至110MM左右以此来减少淤泥和漩涡对冲对海缆的影响，进一步使钢管桩定位保持安全稳定的距离[7]。
5.2调整螺栓孔的规格
调整螺栓孔的规格是确保海上风电海缆安全稳定运行的重要环节，也是推动我国海上风电行业蓬勃稳定发展的关键。首先，很多时候海缆上的螺栓孔的原设计大多数为圆形孔，一定程度上会减少为水下安全的难度系数，不仅可以提升海缆的安装效率和质量，也可以使安装工序变得更加精准和可靠性，而为了更好的缩短海上风电海缆安装时间，施工单位还可以将圆形孔洞调整为椭圆型孔洞，一定程度上可以大幅度减少施工作业人员的安装时间，也可以规避一些风险。其次，就实践数据表明调整螺栓孔的规格确实可以节约时间，能够将原来的120分钟缩短到后期的110分钟，从而不断提升海上风电电缆施工效率和质量。
5.3应对“潮间带”可增加护管侧翼
随着社会经济的飞速发展，海上风电行业也得到有效推动，但是海缆依然会受到诸多因素的影响。因此，笔者认为要想确保海上风电事业蓬勃发展，相关施工单位还应对“潮间带”可增加护管侧翼。首先，它的增添是为了应对登陆平台容易受到潮间带而设计的，例如，风雪、潮汐、风化等因素都会影响海缆保护管的使用寿命，倘若不能对其进行有效设计就会影响整个海上风电电缆的安全稳定运行。因此，设计人员在设计时应当综合考虑各种因素对海缆的影响，而为了解决这种问题施工人员应增加侧翼式海缆护管以此来满足施工需要。海缆保护管的长度应当设为4.5m，一般情况下也有2.5m的海缆保护管在海平面下方潜伏。其次，施工人员在增加护管长度时应当格外注意，要充分考虑到潮汐对海缆保护管的冲击和影响，倘若保护管过长会影响施工人员安装，而过短又起不到保护海缆的效果，所以通过对“潮间带”增加护管侧翼可以有效减轻海缆的拉伸重力，从而实现保护海缆的作用，以实现最佳的施工效果，推动施工设计工作的高质量进行。
5.4增加打桩口
在做好上述环节时要想确保海上风电海缆安全稳定运行，施工单位还应不断增加打桩口，这是推动我国海上风电事业蓬勃发展的有效途径。首先，施工人员在作业过程中可以在船舶的侧面增加一个底座，再将底座和孔口之间用适量的螺栓进行连接，同时海缆保护管也可以适当的移至船舶的侧面，进一步增强龙口的效果使其变得更加有效。而这样优化的方式一定程度上也可以缩短施工工期，减轻施工人员的工作量，施工人员只需要将船舶进行抛锚即可，可以有效避免因二次抛锚而延误海缆施工时间，进而推动海上风电海缆施工顺利高效进行。其次，由于海上风电项目是一项比较新型的领域，很多东西仍需我们进行探索和研究，所以在增加打桩口的时候施工人员也应结合使其情况进行施工，一定程度上可以提升海缆保护管施工的效率和质量，从而为我国海上电力事业稳定发展奠定夯实基础。
结语：
综上所述，海上风电项目本身就是属于一个较为新型的领域。随着高新技术的迅速发展，海上风电事业也得到有效推动，值得我们探索的东西仍然有很多。海上风电事业是我国社会经济发展中的重要组成部分，在国民经济发展中发挥着至关重要的作用。
参考文献：
[1]张聪. 海上风电海缆弯曲保护装置设计技术研究[D].大连理工大学,2018.
[2]曾涛,李高强,林锦鹏.大型海上风电场主海缆截面选择经济性分析[J].中国设备工程,2017(14):22-23.
[3].中天海缆:国内首家挺进全球最高端欧洲海上风电市场[J].现代传输,2017(01):4.
[4].中国首次调低海上风电电价,2021年新核准陆上风电再无补贴[J].玻璃钢/复合材料,2019(06):124-125.
[5]姜焱培,王伟,罗仑博,李思琦,李庆文.考虑桩周土体的海上风电大直径单桩变径体系1阶频率研究[J].太阳能学报,2019,40(05):1433-1440.
[6]杨威,林毅峰.海上风电机组重力式基础稳定性计算方法的对比分析[J].太阳能,2019(05):68-72+8.
[7]赵立岩,刘妍,许有木,姜悦.浅议PFMEA在海上风电叶片粘接工艺中的应用[J].玻璃钢/复合材料,2019(04):58-61.
论文作者:夏露
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第14期
论文发表时间:2019/10/29
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