摘要：海缆工程的建设是一项复杂的系统工程，为实现目标，全体参建人员应牢固树立全面质量管理理念，充分认识到把本工程建成优质工程的重要性。本文以江苏东台某海上风电项目为背景，论述了220kV、35kV海缆敷设施工组织设计中的技术要点，进攻与同仁交流。
关键词：海上风电项目；海缆敷设；施工技术
1.工程概述
江苏东台200MW海上风电场项目位于江苏省盐城市东南沿海，具体位置为东台市川水港的东侧，东沙东南江家坞东洋海域。风电场拟建于规划的东台C1-1#风场区，其中心位置离岸约36km，场区整体呈“┫”形状。220kV海底电缆路由区域泥面高程3m~-12m（85高程，下同），35kV海底电缆区域泥面高程1m~-8m，深浅不一，局部有潮沟，其东北侧与陈家坞槽-10m以深水道连通。
风电场设置8回35kV集电线路，各联合单元由1回35kV集电线路接至220kV海上升压站，35kV海底电缆路由长约49.6km。在东台C1-1#风电场中间偏西侧43#、44#风机间设置一座220kV海上升压站，所有风电机组所发电能经220kV海上升压站升压后以1回共三根1×500220kV单芯XLPE海底电缆接入海缆登陆点，220kV海底电缆路由长约31.8km。
工程海底电缆采用海底埋深敷设方式，设计埋深2-3米，其中220kV登陆点外1km路径范围内及35kV风机间集电海底电缆铠装外缘至海底泥面的埋置深度>2m，220kV其余段路径范围内海底电缆铠装外缘至海底泥面的埋置深度>3m。
2.工艺介绍
因本工程水深较浅,滩涂距离较长,故拟采用无动力平底方驳建缆1号作为海底电缆施工船，该施工船可根据高潮位冲滩施工，最大可能增加电缆的机械埋深的长度，确保电缆的安全。采用的施工工艺为，慢速绞锚牵引式敷埋施工。电缆敷埋采用高压水力射水埋设机进行敷埋施工，敷、埋同步进行，最大埋设深度达到3.5米。
海底电缆牵引式敷埋方法，即施工船上设置牵引卷扬机，在船尾收绞预先敷设在路由轴线上的牵引钢缆，牵引施工船前进，施工船同时牵引水下埋设机，电缆通过导缆笼进入埋设机后，被敷埋于海床上，敷埋施工过程中由拖轮顶推调整船位。若在潮间带浅滩区域动力船只无法配合顶推时也可采用预先抛锚，通过锚位控制的方式进行施工。
电缆敷埋船属非自航船舶，靠船上30t卷扬机收绞预先敷设在电缆路由轴线上的牵引钢缆，牵引施工船前进；施工船同时牵引水下埋设机埋深电缆。敷埋过程中，由拖轮协助顶推，以调整船位。
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图1水下埋设犁
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图2海缆通过导缆笼
水下埋设犁（图1），经多年施工经验，不断进行完善，现已成稳定、可靠的施工机械设备，特点是：①作业时抗流性能好；②埋设深度可在0-3.5米之间变化；③埋设速度一般控制在3-15m/min，本工程针对前期路由调查的地质情况控制为3－8m/min，高压水泵压力控制在22kg左右。④工作水深可以是2m-100m的任何水深。⑤采用非自航船绞缆进行海缆埋设施工（图2），利于保持匀速前进增加船舶稳性，防止变速时增加海缆张力或因敷设余量过多而打扭。同时，海缆通过导缆笼进入水下埋设犁，水下海缆全部在导缆笼的保护下敷设，从而防止打扭，确保海缆质量。
3.施工准备
工程前期，施工单位协助建设方办理海缆施工专项许可证书，在海事局办理海域使用证书、海底管道施工许可证书等相关施工手续，确保海缆工程合法、有效；还需要得到施工区域港务、航道、渔政等相关部门的配合。
施工期间发布航行通告及气象情况通告。海缆施工期间，由海事部门定期发布航行通告，提醒限制区域经过施工现场的航运船只绕道航行，避免事故发生。施工开始后，安排专人担任施工海域的维护、警戒、巡逻等工作，确保施工工作正常有序进行。
海缆敷设施工前，登陆点海堤顶管需完成，土建电缆沟通道畅通、排水良好、整洁无杂物，满足海缆敷设的条件。靠近登陆海堤的端部2km范围内，沿敷设完成路径边侧进行电缆终端警示设施的制造与安装，施工安装应满足相关设计安装技术要求。对于220kV主施工驳船无法进入的登陆区段，提前采用挖机挖沟处理，并保证海缆设计埋深。
4.施工工序
总体包括：工程测量→电缆过驳、运输→试航→路由扫海（养殖、障碍清除）→主牵引钢缆敷设→电缆始端登陆→海缆埋设施工→电缆终端登陆→电缆穿堤施工→陆上段电缆施工→复合缆引接光缆敷设及熔接→电缆水下保护→终端制作→竣工耐压试验→余缆处理.
4.1工程测量
施工船抵达施工现场前，将利用GPS测量系统对路由两端登陆点以及工程的各主要控制点进行测量复核。在施工过程中的测量，利用海缆埋设监测系统对海缆的具体位置及埋设装置进行监控。施工有关数据的采集主要通过埋设犁倾角传感器、电子罗经、姿态传感器、水深传感器、计米器、水泵压力传感器、电缆张力传感器、GPS导航定位等组成。其中倾角传感器、姿态传感器、水深传感器在施工过程中能显示当前埋设犁在海底的姿态、当前的水深以及海缆埋深情况，电子罗经、GPS定位系统则在施工的过程中直观的反映当前的船位和埋设轨迹及埋设当前数据。这些数据都将为我方施工提供依据，并根据实际情况来调整施工方法，确保海缆的安全以及施工的质量。
4.2电缆过驳、运输
4.2.1海缆盘设计
海缆盘设计既要满足海缆容载要求，又要考虑施工船只的选择。35kV海缆接货方式为主施工船靠泊海缆生产码头散装过缆，主施工船上设置多个同心圆盘缆圈，可分别盘装不同截面海缆，因35kV海缆总重量不会超过主施工船最大载缆量，故可根据海缆交货时间或者现场风机装机顺序依次盘缆。其海缆交接试验及光纤测试由厂方完成。针对220kV电缆截面大、长度长，对海缆盘容量及退扭要求高，特选用我公司配有电动电缆托盘船舶-建缆1号作为主施工船，采用平面退扭方式，大大减少电缆残余扭力，提高施工质量。每根长度32km，重量约1300吨，故一次过驳一根。
4.2.2散装过缆
过缆地点为海缆生产厂家“中天海缆制造厂”。海缆在过驳前首先厂家须对海缆进行出厂检验，对装载上船的海缆进行性能检测，包括逐根进行交流耐压、绝缘电阻、电容等测试；待测试符合设计标准后方能进行过驳施工。施工船靠泊海缆厂码头，调整船位，将施工船的缆盘中心与海缆生产厂家的退纽架中心对齐，带缆固定船位。过缆时，厂方将海缆沿栈桥输送至海缆排线架顶，然后启动电动电缆托盘与之同步，将电缆盘至缆盘内。海缆在盘内采用人工沿俯视顺时针方向盘绕。盘绕前海缆头部预留3m长度在海缆盘圈内，以方便海缆测试。过缆速度控制在平均900m/h以内。装船完毕后重新对海缆性能检查测试，确认各项性能指标（交流耐压、绝缘电阻等）满足工程设计要求。散装过缆结束之后，施工船舶将海缆运输至施工现场或者指定场所等待进入下一流程。在此过程要妥善保护海缆，并严禁烟火。
4.2.3试航
施工船舶到达施工现场之后，首先安排在设计施工路由区域内进行试航，以熟悉施工区域内设计路由的各个关键点及潮水情况。试航过程中对船上的所有埋设设备及后台监测设备进行模拟操作演练，确保所有施工设备及监测装置的正常，保证施工顺利进行及工程质量。
4.2.4路由扫海
该工作主要解决施工路由轴线上影响施工顺利进行的旧有废弃缆线、插网、渔网等小型障碍物。采用锚艇尾系扫海工具（150公斤海军锚），沿每条设计路由往返扫海多次，直至施工路由上无影响埋设犁正常施工的障碍物为止，如发现障碍物则由潜水员水下清理；若遇到不能及时清理的大型障碍物，由潜水员水下探明情况，按现场探明的实际情况拟订解决方案并立即告知业主及监理。
4.2.5主牵引钢缆敷设
由于工程施工船为无动力驳船，需靠卷扬机收绞主牵引钢缆带动船舶沿设计路由埋设施工。我公司拟采用以下施工方法敷设主牵引钢缆：首先施工船根据DGPS定位就位于始端登陆点附近路由轴线上，由锚艇在海缆设计路由上抛设牵引锚，并与主牵引钢缆连接后开始敷设主牵引钢缆，直至将主牵引钢缆和施工船上30t卷扬机连接，施工时，由锚艇敷设主牵引锚。当施工至终端登陆点附近时，将主牵引钢缆与预先设置在终端登陆点侧的锚钢丝相连接。敷设时由DGPS定位，在转向点处，沿海缆路由方向延伸180米处下锚，确保施工时施工船沿设计路由进行海缆的埋设施工（转角处圆弧平缓过渡）。牵引钢缆敷设时采用DGPS定位系统，牵引钢缆的敷设精度控制在±10m范围内。
4.2.6电缆始端登陆
电缆始端登陆选择在海堤侧，预计登陆距离2公里，始端登陆前浅滩开沟需提前完成，深度>2米。
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图3电缆始端登陆作业
由于电缆截面大、自重大，需在距离海堤1公里左右位置设置一台布缆机，协助岸上绞磨机及水陆两用挖机进行登陆。具体步骤如下：①施工船抛设八字锚稳定船位；②启动主施工船布缆机将海缆通过入水槽送入水中，在海缆入水段每隔2米垫以充气内胎助浮；③启动1公里处布缆机，使之与主施工船布缆机同步，并密切注视中间电缆登陆质量；④海缆不断送出后在水面上逐渐形成一个不断扩大的“”形状，工作艇监视和控制海面上海缆弯曲情况，防止海缆打小圈；⑤待海缆头牵引出施工船后，在海缆头上设置活络转头，并与设置在终端登陆点处绞磨机牵引钢丝连结，启动绞磨机沿设计的登陆路由牵引海缆，并与两台布缆机同步，水陆两用挖机配合登陆。海缆牵引施工时，沿海缆登陆陆上路由设置滑轮，减少海缆牵引时的摩擦力。待海缆牵引施工完成后，在GPS的定位下，沿登陆段海缆逐个拆除浮运海缆的轮胎，将海缆按设计路由沉放至海床上。
4.2.7海缆埋设施工
①埋设犁投放。海缆放入入水槽后，船头海缆装入埋设犁腹部，关上门板，采用40t巴杆吊机将埋设犁缓缓吊入水中，搁置在海床面上。严格按照埋设犁的投放操作规程，按照程序进行作业：埋设犁起吊，脱离停放架；海缆装入埋设犁腹部，关上门板并在埋设犁海缆出口处设置吊点，保证投放埋设犁时海缆的弯曲半径；埋设犁缓缓搁置海床面；潜水员水下检查海缆与埋设犁相对位置，并解除吊点；启动二台高压海水泵；启动埋深监测系统；启动牵引卷扬机；施工船起锚，开始牵引埋设作业。②埋设调节与控制。埋设犁的埋设速度由卷扬机的绞缆线速度来决定，并由连接于卷扬机的变频器来控制与调节；埋设速度一般控制在3-10m/min。在施工过程中,海缆埋设深度可通过调节牵引速度、水泵压力、牵引力以及埋设犁姿态等手段来控制。本工程采用二台高压水泵，最大流量可以达到300m3/h,工作压力达到2.2Mpa,确保施工船的牵引速度在10m/min时，海缆的最大埋设深度可达到3.5米。埋设时施工船易偏离路由轴线，拟采用拖轮及锚艇，在施工船背水侧或背风侧进行顶推，以纠正埋深施工船的航向偏差。本次施工路由偏差控制在左右15米范围内。③埋设犁的回收。待施工船施工至终端登陆点附近侧，开始海缆的终端登陆。抛设四只“八”字开锚以固定船位，然后进行埋设犁的回收操作。严格按照操作规程：调整牵引钢缆和埋设犁起吊索具将埋设犁移至距左弦甲板7m处；逐件卸去导缆笼；采用卷扬机将埋设犁吊出水面，调整牵引钢缆及起吊索具将埋设犁搁置在专用停放架上；将海缆从埋设犁海缆通道内取出并放入入水槽中，海缆从海缆通道内取出时，在埋设犁尾部海缆出口处设置2个吊点保持海缆的弯曲半径。④海缆截断封堵。在海缆终端登陆前，已完成终端登陆的施工准备工作，具备登陆条件。利用测距仪、皮尺等测量器具测量计算所需登陆的距离，在施工船上截下余缆，并对截断海缆两端进行铅包封堵工作，防止海缆截断后外界环境对电缆造成电气性能及绝缘影响，确保海缆埋设及后续工作质量。
4.2.8电缆终端登陆
海缆截断封堵结束后，进行终端平台登陆施工，登陆采用双头登陆法。
工程电缆终端登陆采用J型管的方式固定和保护电缆,故电缆穿J型管登陆施工前，首先由潜水员利用水下吸泥装置将埋于J型管处的淤泥清除，然后在J型管内穿一根牵引钢丝，并在J型管上口处，安装一门架，并设置导向滑轮，确保在电缆穿管过程中，电缆的弯曲半径。电缆引入风机平台设备前，考虑到以后更换电缆终端和基础冲刷，在进入平台前采用大“S”型敷设，预留不小于5m长度作为备用；引入风机平台等构筑物时，在贯穿孔处安装J管中心夹具和弯曲限制器，并进行海缆锚固，对管口实施防火封堵等措施。
复合海缆引上风机平台，首先应由专业设备释放牵引绳，甩出电缆线，并用轮胎将电缆绑扎后助浮于海面上，使电缆在海面上形成一“Ω”形，电缆头甩出浮于水面上后，此时将电缆牵引头系于预先铺设在电缆终端平台的钢丝绳上，通过人工或机械作业，复合缆穿过升压站J型管下端的电缆保护装置，并由牵引设备牵引穿过升压站预设的一段电缆保护管，然后通过电缆悬挂装置（锚固装置）、夹具等将复合缆固定于升压站甲板层平台上，在悬挂装置（锚固装置）上将电缆与光缆分离，通过需在甲板层安装的电缆支撑及夹具，预留一定长度后引至开关柜，开关柜内采用洛克赛克专用密封件进行密封；分离后的光缆接入安装于悬挂装置（锚固装置）后的光缆接续盒内，转接成无金属光缆后引入升压站中控继保室内的光纤配线架，并完成光纤熔接工作。
为避免升压站基础冲刷破坏海缆，接近升压站海缆应采用大“S”形敷设，弯曲半径不小于海缆直径20倍，并按照设计要求预留一定长度，电缆预留至足够长度后立即将海面上的电缆沉放至海床。利用悬挂装置（锚固装置）、支架等将电缆固定安装，减少电缆对终端的拉力；分离后的光缆需预留1m长度以上，环绕于光缆接续盒内，以便于光缆的接续。
4.2.9电缆穿堤施工
工程电缆登陆时需要穿过顶管，需注意过程当中电缆的保护，防止其内部光纤发生损坏。海缆网套受力长度>6m，防止电缆在穿管内部摩擦过大，导致断裂，该情况极易造成管内电缆后退取出时质量损坏。
本标段电缆穿堤施工还需注意几点：①进行穿堤申请和报批手续的办理，以及海堤外侧涉及的养殖户协调与赔偿。②进行电缆穿堤施工过程中所需要对穿越段海堤向有关交通与水利部门办理临时管制申请。③针对电缆自海堤外侧顶管穿堤，至海堤内侧，对接入集控中心段进行方案设计与施工，海缆穿堤护管建议采用热镀锌钢管，登陆段堤外设置锚固装置。④穿越海堤前引至岸上的登陆段电缆施工，增加防止外力损伤的措施。并按照相关部门的规定设置固定的警告标志和监视。
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图4电缆穿堤施工
4.2.10陆上段电缆施工
①穿越海堤后至接入当地电网系统之间的陆上段电缆施工，按照电力电缆穿越电缆沟设施的技术要求进行施工，并按照相关部门的规定设置固定的警告标志；②陆上段电缆在堤内区域穿越池塘等水体设施，敷设深度为泥面以下2.0m；③海缆登陆后在海塘内侧，电缆敷设在电缆沟内，电缆并排敷设并采用固定件固定在沟底部。④复合缆敷设施工靠近设备基础时，考虑到以后更换电缆终端，复合缆预留长度需在靠近基础侧采用“S”形敷设作为备用，并且复合缆弯曲半径不应小于20D(D为复合缆外径)。
4.2.11复合缆引接光缆敷设及熔接
①海底光电复合缆引上升压站预埋J型管出口后，通过一套锚固装置固定，并将光缆与电缆分离，在每个锚固装置后设置一光缆接续盒，从复合缆内剥离的光缆引入光缆接续盒，在光缆接续盒内转接成无金属光缆，穿管敷设，统一接入继保室内的ODF架，并完成光缆至ODF架的所有熔接工作。陆上部分海底光电复合缆在光缆接续盒熔接后转接成无金属光缆后，下引而后穿管直埋至陆上集控中心通讯机房ODF架，并完成光缆至ODF架的所有熔接工作。②参加光纤熔接的焊工必须通过熔接工艺考试合格，并持有国家或行业颁发相应的合格证书。当供货合同中规定有特殊焊接要求时，应对焊工进行专项培训与试焊考核。③对相邻电缆之间的接头制作，应按供货商技术文件指定的连接工艺进行，所有连接材料应符合供货商技术文件和施工安装图纸的要求。④光缆施工应满足相关规范要求，光缆动态弯曲半径不应小于20D，静态弯曲半径不应小于10D（D为光缆外径），保护管的两端应做好密封，防止进水。
4.2.12电缆水下保护
①水下人工冲埋。待海缆登陆完毕后，对风机平台登陆段电缆采用水下人工冲埋方式进行保护，首先由潜水员在水下摸清海缆的实际情况，然后由利用小型高压水枪按海缆实际敷设轨迹将其冲埋至海床下2.5米。②安装弯曲限制器或中心夹具。按设计要求，对于风机J管入口安装弯曲限位器及中心夹具进行保护。首先锚艇在已敷设好的海缆上方开四锚固定好船位，在平潮时由3名潜水员在水下辅助将电缆打捞至锚艇甲板上，完成弯曲限位器的安装工作；中心夹具安装需在水下完成，船上的施工人员做好上下联系及材料、工具的供应工作。
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图5安装弯曲限制器或中心夹具
4.2.13终端制作
待电缆全部敷设完毕后，进行各侧终端电缆头的制作安装。首先将电缆吊至终端平台上进行固定，搭建好施工用的脚手架，然后按照终端制作工艺要求进行终端电缆头的制作。待电缆终端头制作完毕后进行绝缘测试和相位核对工作，该工作由厂方负责。
4.2.14竣工耐压试验
在做竣工耐压试验前向监理项目部递交试验方案，并经同意后方可进行；确保试验设备检验合格；试验接线正确；试验程序和电压符合规程、试验方案；核对试验结果，如有击穿应详细记录，及时处理。该工作由江苏省电科院负责。
4.2.15余缆处理
按照业主要求，完成余缆及剩余附件到存储场地的转移和安全存储，并注意电缆防火保护。
5.保障措施
（1）建立完善的质量保证体系，并使其良好运作，发挥质保体系应有的作用，建立健全各种规章制度，以约束全员的行为规范，做好宣传策划工作，增强全体参建人员的创优质工程意识。通过覆盖到海缆施工基建管理的三标一体化管理体系，使海缆施工的各种管理程序和管理标准、工作标准规范化，以进一步落实各级人员岗位责任制，健全管理制度。（2）应用先进的管理手段，实施工程科学管理，全面提高基建管理水平。①建立以工程管理MIS系统、工程质量管理系统和工程施工进度管理P6系统为平台的工程信息管理系统。实施对工程的计划、进度、物资、图纸资料、合同、工程质监、安全文明施工等工作的动态信息管理。为科学、有效、合理地控制工程进度，降低工程造价，全面提高经济效益，提高基建管理水平提供手段。②利用P6软件进行项目管理，使P6成为预测指导型软件，实现对工程管理“日跟踪，周检查，月考核”。③积极引进各种先进的管理方法和检测手段。（3）认真贯彻电力建设管理五项体制（项目法人责任制；设计、施工招标制；定额管理制；电力建设监理制；工程项目审计制）。通过工程优化及治理质量通病，通过控制投资规模及推行全过程信息化管理加强过程控制，通过全面预算管理控制工程费用，全面提升基建管理水平和移交生产的资产质量。（4）制订切实可行的培训计划，抓好人员的素质培训，要求熟悉P6或P3软件及工程MIS在工程上的应用。（5）按优质工程的目标要求，切实抓好施工工程管理工作。同时，建立质量、环境和职业安全健康一体化管理体系，把公司“三标一体化”管理体系全面覆盖到海缆施工的基建管理。
总之，要将“建一流海缆工程”的理念贯彻到工程的全过程管理，统一思想，提高认识，树立全员优质工程意识，使工程管理过程全面处于受控状态，建设名副其实的优质工程。
作者简介
虞文杰（1977.9-），男，浙江舟山人，硕士，工程师，浙江启明电力集团有限公司海缆工程公司市场经营部主任，研究方向：海缆工程敷设技术。
论文作者:虞文杰
论文发表刊物:《电力设备》2019年第20期
论文发表时间:2020/3/16
标签：电缆论文; 终端论文; 路由论文; 光缆论文; 钢缆论文; 工程论文; 水下论文; 《电力设备》2019年第20期论文;