海底復(fù)合電纜的故障定位及修復(fù)

顧偉偉，張 華，葛揚(yáng)志，黃鐵軍，孫建生，李春剛

(1.中海石油(中國(guó))有限公司上海分公司，上海200030;2.上海電纜研究所，上海200093)

0 引言

東海某氣田群的井口平臺(tái)電力和信號(hào)通訊由一條連接中心平臺(tái)的海底動(dòng)力/通訊復(fù)合電纜提供(以下簡(jiǎn)稱海纜)。2011年5月，中心平臺(tái)完成某設(shè)備檢修，準(zhǔn)備給井口平臺(tái)供電的過(guò)程中，開(kāi)關(guān)面板發(fā)生故障報(bào)警，供電開(kāi)關(guān)自動(dòng)分閘。隨即檢測(cè)了海纜的絕緣電阻，發(fā)現(xiàn)三相中的黃相對(duì)地絕緣電阻為零，確認(rèn)海纜發(fā)生故障，無(wú)法正常供電。該海纜鋪設(shè)后與其它已鋪設(shè)海纜有四點(diǎn)不同:一是該海纜的密封方式為統(tǒng)包型，而不是分包型;二是海纜上平臺(tái)的護(hù)管底部塞了塞子;三是海纜被填埋;四是鋪好的海纜已有兩個(gè)接頭盒。針對(duì)這四點(diǎn)不同，展開(kāi)了一系列修復(fù)方案的研究和探討，最終在現(xiàn)場(chǎng)成功實(shí)施，為故障海纜的維修提供了新思路。

1 故障點(diǎn)定位

1.1 海纜參數(shù)

海纜額定電壓為12.7/22 kV，復(fù)合光纖18芯，3相，導(dǎo)體截面50 mm2，絕緣材料為交聯(lián)聚乙烯(XLPE)，鋪設(shè)長(zhǎng)度19.45 km。海纜結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

海纜于2005年11月鋪設(shè)完工，由于鋪設(shè)過(guò)程中檢測(cè)發(fā)現(xiàn)單相導(dǎo)體電阻偏高，在距離中心平臺(tái)17.033 km和18.561 km處安裝有兩個(gè)電纜接頭。

1.2 故障測(cè)試

1.2.1 絕緣測(cè)試

故障發(fā)生后，選用2 500 V搖表測(cè)試海纜的三相絕緣，將絕緣電阻值與歷年絕緣電阻值列于表1。

表1 海纜絕緣電阻檢測(cè)結(jié)果

1.2.2 故障點(diǎn)測(cè)試

采用電纜故障測(cè)試儀對(duì)海纜的故障點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，從中心平臺(tái)向井口平臺(tái)端檢測(cè)，故障點(diǎn)距離中心平臺(tái)17.032 km，見(jiàn)圖1。從井口平臺(tái)向中心平臺(tái)端檢測(cè)，故障點(diǎn)距離井口平臺(tái)2.38 km，見(jiàn)圖2。

1.3 滲水長(zhǎng)度

海纜故障后三相絕緣電阻降幅較大，黃相絕緣失效。結(jié)合海纜為統(tǒng)包型防水結(jié)構(gòu)，可以判斷黃相在故障點(diǎn)已被擊穿，并已進(jìn)水，從而導(dǎo)致藍(lán)、紅兩相絕緣電阻降低。

圖1 故障海纜的結(jié)構(gòu)圖(型號(hào)規(guī)格SCC-YJA41 12.7/22 kV 3×50+18SM)

圖1 中心平臺(tái)檢測(cè)故障點(diǎn)

圖2 井口平臺(tái)檢測(cè)故障點(diǎn)

根據(jù)故障點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果，海纜的故障點(diǎn)在距離中心平臺(tái)17.032至17.07 km之間。

海纜路由段最大水深約110 m，隨著時(shí)間的推移，已擊穿海纜在水壓作用下進(jìn)水長(zhǎng)度會(huì)不斷增大，參考電纜廠家提供的海纜經(jīng)驗(yàn)進(jìn)水長(zhǎng)度公式:

式中，L為進(jìn)水海纜長(zhǎng)度(m);T為進(jìn)水時(shí)間(d);H為水深(m)。

按照三個(gè)月的準(zhǔn)備周期考慮，單側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度約1.9 km，累計(jì)進(jìn)水長(zhǎng)度約3.8 km。因此，搶修時(shí)間長(zhǎng)短直接決定整個(gè)維修費(fèi)用的多少。

2 確定修復(fù)方案

2.1 確定單接頭修復(fù)方案

實(shí)施海纜維修會(huì)產(chǎn)生至少一個(gè)接頭盒，受海上施工環(huán)境限制，接頭盒連接工藝難以滿足接頭工藝環(huán)境濕度的要求，接頭盒是整條海纜的薄弱環(huán)節(jié)。

從海纜故障點(diǎn)的位置判斷，故障點(diǎn)剛好在JB01接頭盒附近(見(jiàn)圖3)。綜合考慮，該接頭盒在送電過(guò)程中被擊穿導(dǎo)致海纜進(jìn)水的可能性較大。

圖3 接頭盒和故障點(diǎn)位置

結(jié)合海纜的現(xiàn)狀，有四種可能的修復(fù)方案，見(jiàn)表2。

表2 可能的海纜修復(fù)方案對(duì)比

為兼顧海纜修復(fù)后的可靠性和修復(fù)成本，選擇“單接頭修復(fù)”為施工方案。

2.2 確定更換海纜的長(zhǎng)度

一旦決定采取“單接頭修復(fù)方案”，即切除故障段海纜，將新海纜與非故障段的海纜相連接的方案。那么，決定購(gòu)買(mǎi)新海纜的長(zhǎng)度由兩部分組成:一是井口平臺(tái)至故障點(diǎn)JB01接頭盒的電纜2.38 m;二是從故障點(diǎn)JB01算起，往中心平臺(tái)方向，根據(jù)電纜廠家提供的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)水長(zhǎng)度公式，按照3個(gè)月的準(zhǔn)備周期考慮，至少準(zhǔn)備約4.4 km的海纜。再考慮到船舶檔期和海上施工海況不確定等因素，最終決定采購(gòu)6 km海纜。

3 施工難點(diǎn)的解決

3.1 密封塞的抽拉

原海纜鋪設(shè)時(shí)在護(hù)管喇叭口處安裝了密封塞，以防止海纜在護(hù)管內(nèi)隨涌浪撞擊護(hù)管，密封塞結(jié)構(gòu)及位置見(jiàn)圖4。在110 m深度下，若通過(guò)移動(dòng)施工船直接從喇叭口強(qiáng)行抽拉，將會(huì)發(fā)生海纜撕裂護(hù)管的風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 海纜護(hù)管和密封塞位置

設(shè)計(jì)方案:制作10 t的配重導(dǎo)向裝置，在距離護(hù)管喇叭口5 m左右下放。在完成工作潛水器(ROV)掛鎖海纜后，移動(dòng)施工船抽拉海纜，海纜在導(dǎo)向裝置的作用下不會(huì)施加給海纜護(hù)管縱向拉力，以保障護(hù)管安全(見(jiàn)圖5)。

圖5 配重導(dǎo)向裝置示意圖

方案分析:雖然安裝海纜導(dǎo)向裝置可保護(hù)海纜護(hù)管，但該裝置的就位對(duì)船舶和海況的要求較高，實(shí)現(xiàn)的難度較大，花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)。安裝導(dǎo)向裝置大約需要1 d，而且安裝期間船舶距離平臺(tái)很近，若動(dòng)態(tài)定位(DP)失效，存在著施工船撞擊平臺(tái)的風(fēng)險(xiǎn)。

因此，實(shí)際的操作過(guò)程中還是考慮了兩個(gè)方案，安裝導(dǎo)向裝置方案作為備選方案。優(yōu)先嘗試使用施工船的尾吊小幅度提拉海纜，使密封塞松動(dòng)，平臺(tái)卸放海纜，借助約120 m海纜的自重壓送密封塞。最終的實(shí)施效果是，在船舶尾吊1 t的拉力和海纜自重壓力作用下，密封塞從護(hù)管內(nèi)退出，整個(gè)過(guò)程約20 min，安全順利地完成了海纜抽拉作業(yè)。

3.2 接頭盒的回收

海纜原有接頭盒重量約300 kg，且未安裝限彎器。由于考慮不周，在回收第一個(gè)接頭盒(JB02)時(shí)，直接利用張緊器回收，接頭盒提拉上船尾時(shí)，在涌浪的作用下，海纜從接頭盒端部脫落，落入海中。這樣的結(jié)果，直接增加了約20 h的海纜打撈時(shí)間。因此，急需制定一套可靠的接頭盒回收方案。

設(shè)計(jì)方案:當(dāng)回收海纜到接頭盒處時(shí)，下放ROV對(duì)接頭盒兩側(cè)海纜進(jìn)行掛扣，利用絞車配合收纜滾筒同時(shí)回收鋼絲繩和海纜，兩端同時(shí)提拉接頭盒，如圖6所示。

圖6 海纜接頭盒回收示意圖

在回收第二個(gè)接頭盒(JB01)時(shí)使用了此回收方案，增加了約3 h的水下掛扣時(shí)間，但接頭盒回收順利，整個(gè)過(guò)程總計(jì)耗時(shí)約6 h。

3.3 接頭盒的連接

海纜接線盒的安裝質(zhì)量是保障海纜修復(fù)質(zhì)量的關(guān)鍵。按照要求，相對(duì)濕度應(yīng)小于60%，而海上施工期間，很難滿足該要求，因此，需要采取一系列的措施:

(1)制作臨時(shí)工房，無(wú)此條件也可搭設(shè)封閉防雨棚，在船舶甲板上利用腳手架搭設(shè)并鋪蓋帆布，防止涌浪進(jìn)入;

(2)空調(diào)抽濕或放置除濕器;

(3)在導(dǎo)體連接時(shí)使用酒精棉擦拭，借助酒精揮發(fā)吸收局部環(huán)境的熱量，從而達(dá)到降低濕度的效果;

(4)導(dǎo)體連接好后，用電吹風(fēng)吹烤，保障導(dǎo)體表面干燥。

通過(guò)以上辦法，有效地提高了海洋環(huán)境下接頭盒的連接質(zhì)量。在完成接頭盒連接后，海纜三相絕緣電阻測(cè)試均在105MΩ以上，與原海纜鋪設(shè)后絕緣量級(jí)一致。

4 結(jié)束語(yǔ)

井口平臺(tái)海纜單接頭盒修復(fù)方案的實(shí)施取得了良好效果，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)提高了整根海纜的可靠性。一個(gè)接頭盒替換了原有的兩個(gè)接頭盒。

(2)節(jié)約了工程費(fèi)。經(jīng)過(guò)優(yōu)化海纜密封塞的抽拉方案，大大縮短了電纜抽拉時(shí)間，減少了船舶租賃費(fèi)用。

(3)驗(yàn)證了海纜故障點(diǎn)測(cè)試的準(zhǔn)確性。JB01接頭盒被打撈出來(lái)后，經(jīng)絕緣測(cè)試，接頭盒內(nèi)黃相絕緣電阻為零，明確為接頭盒內(nèi)故障。

(4)電纜進(jìn)水長(zhǎng)度計(jì)算公式有一定的參考價(jià)值。從截?cái)嗟幕厥蘸＠|可以看出，JB01接頭盒向中心平臺(tái)側(cè)海纜進(jìn)水約1 km，距離故障發(fā)生時(shí)間約4個(gè)月。

(5)為海纜的回收和修復(fù)積累了經(jīng)驗(yàn)。