海上油田群海底電纜的敷設(shè)施工、試驗(yàn)及維修

余 穎，王新剛

(1.中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司，北京 100028;2.防災(zāi)科技學(xué)院，河北 三河 065201)

海洋平臺(tái)

海上油田群海底電纜的敷設(shè)施工、試驗(yàn)及維修

余 穎1，王新剛2

(1.中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司，北京 100028;2.防災(zāi)科技學(xué)院，河北 三河 065201)

海底電纜作為海上油田群電力傳輸?shù)闹匾侄?，是輸送海上各類平臺(tái)(采油、鉆井)的采油、鉆井、外輸、動(dòng)力等系統(tǒng)的主要載體。海底電纜工程作為海上石油平臺(tái)工程技術(shù)的重要分支，其敷設(shè)、試驗(yàn)、維修的專業(yè)難度大，復(fù)雜程度極高。文章系統(tǒng)的介紹海底電纜的敷設(shè)工程及試驗(yàn)各個(gè)階段，并簡(jiǎn)述海纜故障的檢測(cè)及維修的方法。

海底電纜；敷設(shè)；試驗(yàn)；維修

海底電纜特指在海底采用特殊工藝敷設(shè)的電力系統(tǒng)所用的電纜。其既能將陸地或海上油田群電網(wǎng)的電力準(zhǔn)確有效地輸送給海上各個(gè)生產(chǎn)和井口平臺(tái)，又能實(shí)現(xiàn)海上平臺(tái)之間的電力補(bǔ)給。海底電纜供電性能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)，是提升海上油氣田生產(chǎn)效率的有效手段。因此作為海上電力傳輸主要工具之一，海底電纜的安全性和重要性受到了廣泛的關(guān)注。

由于海底電纜的敷設(shè)工程具有復(fù)雜界面多、施工工程量大、實(shí)施難度大、造價(jià)高等特點(diǎn)，因此系統(tǒng)了解其敷設(shè)過(guò)程非常必要[1]。在海床敷設(shè)好電纜后，必須按照海纜路由的地質(zhì)構(gòu)造等情況，對(duì)海纜實(shí)施保護(hù)措施。在對(duì)海纜敷設(shè)、海纜保護(hù)及電纜終端頭制作完成步驟前后，還需在各階段分別進(jìn)行海纜的出廠試驗(yàn)、交接試驗(yàn)、完工試驗(yàn)，獲得海纜的各項(xiàng)性能指標(biāo)的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，判別海纜在整個(gè)施工前后是否受到損傷。由于海底電纜線路位于海底，隱蔽性較強(qiáng)，一旦海纜發(fā)生短路、破損等故障，石油平臺(tái)將面臨大面積停電的風(fēng)險(xiǎn)，正常生產(chǎn)和井口平臺(tái)上工作人員的生活將受到嚴(yán)重的影響，最終導(dǎo)致重大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，快速準(zhǔn)確的確定故障點(diǎn)，對(duì)受損線路及時(shí)修復(fù)就顯得尤為重要。

1 海底電纜的敷設(shè)

敷設(shè)海底電纜的工作主要包括確定敷設(shè)路由方案與敷設(shè)施工2部分。

1.1 路由和登陸點(diǎn)的勘查和確定

海底電纜路由和登陸點(diǎn)的勘察及確定是整個(gè)海底電纜敷設(shè)工程設(shè)計(jì)及具體實(shí)施的基礎(chǔ)。合理選擇海底電纜路由及登陸點(diǎn)是整個(gè)敷設(shè)工程安全、穩(wěn)定和可靠的關(guān)鍵因素。路由和登陸點(diǎn)勘察及確定原則應(yīng)滿足海纜不易受到損傷、可實(shí)施可靠防護(hù)、敷設(shè)作業(yè)方便。海底電纜的路由調(diào)查、勘測(cè)要遵守《敷設(shè)海底電纜管道管理規(guī)定實(shí)施辦法》(國(guó)家海洋局令第3號(hào))的相關(guān)規(guī)定，方案的確定要經(jīng)過(guò)國(guó)家海洋局批準(zhǔn)方可執(zhí)行。

海纜適宜敷設(shè)在河床穩(wěn)定、流速較緩、岸邊不易被沖刷、海底無(wú)石山或沉船等障礙、少有沉錨和拖網(wǎng)漁船活動(dòng)的水域[2]。當(dāng)確實(shí)難于避讓正常航道或可能開挖航道、海產(chǎn)養(yǎng)殖、漁業(yè)捕撈頻繁等區(qū)域時(shí)，力求穿越該區(qū)域的路徑最短，海底電纜應(yīng)埋至安全深度以下，防止航線船舶或漁船拋錨、拖網(wǎng)漁具等直接損傷海底電纜。

根據(jù)GB 50217《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》和《海上固定平臺(tái)安全規(guī)則》要求，海纜嚴(yán)禁交叉、重疊。路由要最大限度避免海管和海纜間的交叉跨越，在不可避免的情況下，應(yīng)保持足夠的安全距離并有防護(hù)措施，確保原管道或海纜不受損壞。除此之外，并行的海纜間的間距不宜小于最高水位水深的2倍，海管和海纜間的安全間距不小于50 m，如受條件所限至少15 m[2]。根據(jù)多個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施情況來(lái)看，海管和海纜的間距必須考慮施工機(jī)具的施工精度及安裝需求，還要考慮后期更換或者維修檢測(cè)的需要。

登陸點(diǎn)的選擇主要由電纜在海底敷設(shè)的路由軌跡、已存在海底的設(shè)施和海上固定設(shè)施位置、相關(guān)船只的?？恳笠约巴２醋鳂I(yè)區(qū)域、平臺(tái)上部電纜接線箱體的位置、導(dǎo)管架的構(gòu)造和海纜J型保護(hù)管定位等幾方面因素共同確定[3]。

海底電纜路由和登陸點(diǎn)的勘察由國(guó)家海洋局批準(zhǔn)的專業(yè)勘察單位對(duì)陸岸灘或海上平臺(tái)所處地理位置的具體情況，進(jìn)行詳細(xì)的前期實(shí)地勘察，摸清航運(yùn)、漁業(yè)、海產(chǎn)養(yǎng)殖、軍事、通信等在該區(qū)域的分布情況，收集相關(guān)方面的詳細(xì)資料，用以進(jìn)行分析比較及科學(xué)論證，初步確定出路由和登陸點(diǎn)方案[4]；隨后采用先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)手段，對(duì)將要敷設(shè)海纜的區(qū)域進(jìn)行具體勘測(cè)，以確保登陸點(diǎn)及路由方案的安全性、穩(wěn)定性和可靠性，最終確定既合理又經(jīng)濟(jì)的路由及登陸點(diǎn)方案，申報(bào)國(guó)家海洋局獲得批準(zhǔn)方可執(zhí)行。

1.2 敷設(shè)施工工藝

敷設(shè)施工工藝包括：施工前的準(zhǔn)備、敷設(shè)施工、海纜保護(hù)、錨固及端頭安裝等工序。

1)施工準(zhǔn)備。施工準(zhǔn)備包括陸地準(zhǔn)備和海上實(shí)施準(zhǔn)備。陸地準(zhǔn)備包括技術(shù)文件準(zhǔn)備、施工手續(xù)辦理、現(xiàn)場(chǎng)布置準(zhǔn)備。工程開工前，施工單位組織施工圖紙會(huì)審并編制詳細(xì)的施工組織設(shè)計(jì)及施工應(yīng)急預(yù)案等技術(shù)方案，并報(bào)監(jiān)理單位、建設(shè)單位審核后執(zhí)行。工程前期，施工單位協(xié)助建設(shè)方辦理海纜的施工專項(xiàng)許可證書，在海事局辦理海域使用證書、施工許可證書等相關(guān)施工手續(xù)，確保海纜工程合法、有效；還需要得到施工區(qū)域港務(wù)、航道、漁政等相關(guān)部門的配合；隨后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鋪纜船、輔助船、鋪纜設(shè)備、施工機(jī)具、材料、人力及海纜裝運(yùn)。

海上實(shí)施準(zhǔn)備是指敷設(shè)線路所經(jīng)海域的地質(zhì)勘察、海床障礙物的清理。

2)敷設(shè)施工。敷設(shè)施工的主要流程包括：接纜、試航、掃海、始端拋錨就位、始端電纜固定、沖埋鋪纜、終端拋錨就位、終始端電纜固定。接纜采用海底電纜敷設(shè)船在指定的碼頭接纜；試航、掃海作業(yè)確保施工安全可靠；敷設(shè)船靠登陸點(diǎn)始端拋錨就位，將海底電纜始端從鋪纜船放出，經(jīng)保護(hù)管固定在起始端的平臺(tái)或陸岸；沖埋鋪纜是將海底電纜按照固定路由方案安全、準(zhǔn)確的邊挖溝邊敷設(shè)，敷設(shè)過(guò)程中通過(guò)DGPS全球定位系統(tǒng)和潛水員隨時(shí)檢查電纜著底和入溝的情況；敷設(shè)結(jié)束階段確定電纜的終端位置，切斷并進(jìn)行防水處理，將海底電纜終端經(jīng)保護(hù)管固定在終端的平臺(tái)或陸岸[5-6]。

施工方案要合理全面，著重考慮如何控制電纜的入水角、埋設(shè)深度、路由軌跡、海纜可允許的彎曲半徑和所能承受的拉力以及各種緊急情況下的應(yīng)急措施，另外還要考慮敷設(shè)海纜海區(qū)的地質(zhì)和海況對(duì)海纜敷設(shè)的影響，施工船舶的選用必須滿足作業(yè)要求等[7]。

3)海纜保護(hù)。海底電纜保護(hù)常見措施有：近岸段淺水區(qū)采用水泥沙漿袋埋設(shè)保護(hù)；航道和漁業(yè)活動(dòng)頻繁水域，水深20 m以內(nèi)采用高壓水槍或機(jī)械開槽爆破等方法進(jìn)行深埋保護(hù)；水深超過(guò)20 m采用水力機(jī)械式?jīng)_埋保護(hù)；管道和電纜交叉跨越須采用覆蓋保護(hù)，覆蓋裝置可采用保護(hù)套管、電纜蓋板等；海纜懸空部分采用拋石堆積保護(hù)[8]。

4)錨固和端頭安裝。海纜錨固是把海纜固定在焊接于平臺(tái)甲板或陸岸的錨固裝置內(nèi)。海纜端頭安裝就是專業(yè)人員在高壓室內(nèi)制作海纜接頭并安裝至海纜接電箱內(nèi)。

2 海底電纜試驗(yàn)

海纜在出廠至施工、完工各個(gè)階段均需要經(jīng)過(guò)海纜試驗(yàn)，主要包括出廠試驗(yàn)、交接試驗(yàn)和完工試驗(yàn)。各海底電纜生產(chǎn)廠家和用戶現(xiàn)行的試驗(yàn)指導(dǎo)依據(jù)主要是以下幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：CIGRE-Electra-171《海底電纜機(jī)械試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》、CIGRE-Electra-189《36-170 kV高壓XLPE海底電纜電氣試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》、IEC60502《擠壓絕緣電力電纜及其附件試驗(yàn)》、JB/T 11167.2《額定電壓10 kV至110 kV交聯(lián)聚乙烯絕緣大長(zhǎng)度交流海底電纜及附件》、DL/T 1279《110 kV及以下海底電力電纜線路驗(yàn)收規(guī)范》[9]。

2.1 出廠試驗(yàn)

出廠前，通常由買方、廠家及第三方按照生產(chǎn)合同及相關(guān)技術(shù)協(xié)議、設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)紀(jì)要等文件組織驗(yàn)收，針對(duì)海底電纜及附件的技術(shù)參數(shù)、性能、結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)等方面的技術(shù)及相關(guān)工作進(jìn)行驗(yàn)證。

出廠試驗(yàn)即按照CIGRE-Electra-171、IEC 60502和JB/T 11167.2規(guī)定對(duì)成品電纜進(jìn)行試驗(yàn)，包括機(jī)械試驗(yàn)及透水試驗(yàn)、導(dǎo)體電阻試驗(yàn)、絕緣試驗(yàn)、交流耐壓試驗(yàn)、直流耐壓試驗(yàn)、光纜衰減試驗(yàn)，其中機(jī)械試驗(yàn)和透水試驗(yàn)應(yīng)由業(yè)主指定的第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)提供檢測(cè)報(bào)告，如果能提供結(jié)構(gòu)類型及電氣參數(shù)、使用條件高的型式試驗(yàn)報(bào)告，可不做這2項(xiàng)試驗(yàn)。

2.2 交接試驗(yàn)

海纜到貨后和海纜敷設(shè)前，由廠家現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行驗(yàn)收及交接試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收需對(duì)海纜廠家提供的，經(jīng)國(guó)家認(rèn)可機(jī)構(gòu)出具的型式試驗(yàn)報(bào)告、產(chǎn)品出廠合格證原件進(jìn)行資料檢查；對(duì)海纜及附件的包裝完整性進(jìn)行檢查；對(duì)海底電纜的鎧裝、鎧裝護(hù)層、端頭進(jìn)行實(shí)物檢查。海纜的交接試驗(yàn)主要包括導(dǎo)體電阻試驗(yàn)、絕緣試驗(yàn)、光纜衰減試驗(yàn)。

2.3 完工試驗(yàn)

海底電纜的完工驗(yàn)收應(yīng)在申報(bào)資料、批復(fù)手續(xù)合法齊全的條件下，分別對(duì)海域段、登陸段、海底電纜保護(hù)、終端電氣設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)收。完工試驗(yàn)通過(guò)檢驗(yàn)各項(xiàng)電氣性能指標(biāo)，確認(rèn)在施工過(guò)程中線路是否受到損傷，以保證海纜運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。電氣試驗(yàn)主要涉及耐壓測(cè)試、絕緣試驗(yàn)、電容、導(dǎo)體電阻、鉛套電阻測(cè)試、局部放電測(cè)試試驗(yàn)、電纜的泄漏電流測(cè)試等。絕緣試驗(yàn)必須在耐壓試驗(yàn)前后各做1次，且都滿足要求。

3 海底電纜維修

海底電纜的故障診斷和維修一直是海洋工程中的難點(diǎn)之一，相對(duì)于陸上電纜來(lái)說(shuō)，海底電纜故障診斷和維修復(fù)雜度較高，受天氣影響較大，時(shí)間要求較緊，施工風(fēng)險(xiǎn)較大，維修成本也是陸上電纜的幾十倍，有時(shí)甚至幾百倍。自2011年至今，根據(jù)不完全數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，海纜損壞事故的直接維修費(fèi)用已超過(guò)4億元。

節(jié)省維修費(fèi)用需要及時(shí)準(zhǔn)確的分析海底故障并制定合理的維修方案。造成海底電纜故障的原因主要有船舶和漁具對(duì)海纜的外力破壞、海纜鎧裝的腐蝕、渦致振動(dòng)造成的海纜鉛護(hù)套的疲勞損傷、其它施工及打撈對(duì)海纜的破壞、海浪沖刷對(duì)海纜的磨損、絕緣等級(jí)降低和接頭銹蝕等[10]。海纜發(fā)生故障后，需有專業(yè)人員迅速分析故障原因并進(jìn)行維修方案的確定，故障的診斷和維修主要包括原始資料的調(diào)查、故障的定位、故障的修復(fù)、測(cè)試及入海、資料的整理和歸檔。

3.1 收集原始資料

海底電纜發(fā)生故障，必須全面了解和詳細(xì)收集海底電纜的路由及施工和檢測(cè)資料，對(duì)海纜的走向、水底富余量、長(zhǎng)度等資料進(jìn)行整理，作為故障測(cè)量和定位的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。由于海底電纜敷設(shè)結(jié)束后，其位置在海床中不是完全穩(wěn)定的，會(huì)受到沙坡移動(dòng)及沉積物漂移等影響而發(fā)生位移，并且敷設(shè)時(shí)間越長(zhǎng)，相對(duì)位移會(huì)越大，因此，海纜的實(shí)際路由和故障的定位不能僅依靠原始資料數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。

3.2 故障的定位

故障定位首先采用萬(wàn)用表、兆歐表等檢測(cè)故障電纜的相間電阻、對(duì)地絕緣電阻等，用這種方法，初步判斷出故障的性質(zhì)；然后根據(jù)故障類型，采用合適的測(cè)量方法，常用光時(shí)域反射儀(OTDR)測(cè)試法進(jìn)行海底光纜故障點(diǎn)測(cè)量，初步測(cè)出故障段距平臺(tái)或陸岸的相對(duì)距離；隨后維修船前往海纜故障預(yù)測(cè)點(diǎn)拋錨就位，沿著電纜走向在此位置前后仔細(xì)探測(cè)定點(diǎn)，直到找出較準(zhǔn)確的故障段位置。根據(jù)故障點(diǎn)信息，計(jì)算維修故障段需要的海纜長(zhǎng)度；訂購(gòu)維修所需的海纜，注意需要預(yù)留一定的余量。故障定位的操作過(guò)程必須指派較有經(jīng)驗(yàn)的人員完成。

3.3 故障的修復(fù)

海底電纜故障的修復(fù)主要包含以下步驟：①用水力挖溝機(jī)清理海床覆蓋泥沙；②用維修船浮吊將海纜逐段吊出水面，尋找破損點(diǎn)；③發(fā)現(xiàn)破損點(diǎn)后，將故障段的海纜吊裝并固定到作業(yè)船甲板；④在切除故障點(diǎn)和進(jìn)水部分后，對(duì)海纜進(jìn)行導(dǎo)體直流電阻測(cè)量、絕緣測(cè)量、鉛護(hù)套直流電阻均勻性測(cè)試和耐壓試驗(yàn)，確定切割后的海纜無(wú)故障；⑤將試驗(yàn)合格后的海纜兩側(cè)端頭和備用海纜兩側(cè)端頭依次固定在工作架上，采用專用海纜接頭進(jìn)行修復(fù)連接；⑥海纜接頭制作完畢后，對(duì)整根海纜進(jìn)行導(dǎo)體直流電阻測(cè)量、絕緣測(cè)量、鉛護(hù)套直流電阻均勻性測(cè)試和耐壓試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果良好后，下放海纜入水；⑦需對(duì)維修段的海纜進(jìn)行保護(hù)或沖埋。

專用海纜接頭必須有相關(guān)資質(zhì)和認(rèn)證的廠商提供，整個(gè)接頭連接及修復(fù)過(guò)程需專業(yè)人員進(jìn)行施工作業(yè)。

3.4 資料的整理和歸檔

海纜故障修復(fù)后，施工維修單位需向業(yè)主提交相關(guān)的故障分析及維修報(bào)告，并提交竣工圖。業(yè)主需將海纜的最新路由資料和施工及檢測(cè)報(bào)告通報(bào)相關(guān)政府單位，便于進(jìn)行海圖資料的更新，并及時(shí)對(duì)資料進(jìn)行整理及歸檔。

4 結(jié)束語(yǔ)

海底電纜是整個(gè)海上油田群電網(wǎng)輸送電能的主要載體，海底電纜由于所處的海洋環(huán)境，使其敷設(shè)、檢測(cè)、維修均具有復(fù)雜界面多、施工工程量大、實(shí)施難度大、造價(jià)高、專業(yè)性極強(qiáng)的特點(diǎn)，系統(tǒng)了解其過(guò)程非常必要。本文有助于設(shè)計(jì)及施工人員全面了解和認(rèn)識(shí)海底電纜施工敷設(shè)、試驗(yàn)及故障維修的整體流程。

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As an important means of power transmission in offshore oil field group,submarine cable is the main carrier to transport all kinds of oil production,drilling,crude oil transportation,power and other systems between oil production platform and drilling platform.Submarine cable engineering is an important branch of offshore oil platform engineering technology,for its cable laying,testing and maintaining are recognized as a large-scale project with high professional degreee of its difficulty and complexity.In this paper,the submarine cable laying,test stages and some methods for detecting and maintaining the cable fault are introduced systematically.

submarine cable;laying;testing;maintenance

余穎(1972-)，女，四川渠縣人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事海洋工程電氣設(shè)計(jì)工作。

P75

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.03.017

2016-12-26