一、前沿
近些年，隨著全球石化能源的枯竭和人類對電力需求的不斷增加，全球都在大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，而海洋領(lǐng)域的新能源開發(fā)更是各國爭相去做的，比如海上風(fēng)機發(fā)電、海洋潮汐能、海洋天然氣與石油開采等，而為海上新能源至陸地使用的通道只有一個，那就是海底電纜。海底電纜作為沿海島嶼與城市之間電力與通信的重要傳輸手段，市場空間自然是巨大的。以我國為例，我國首先是一個海洋大國，擁有長達1.8萬公里長的海岸線，超過6000個大大小小的島嶼分散在海岸的邊緣。2015年我國電纜制造規(guī)模超過美國成為全球第一電纜制造國，而為了保障海上風(fēng)電的安全輸送，除了對海底電纜的生產(chǎn)制造等環(huán)節(jié)重點管控以外，對其裝船運輸、安裝敷設(shè)也提出了更高要求。
眾所周知，海底電纜的一次儲線涉及幾百噸乃至幾千噸貨物的儲存，采用整體吊起這個重量的方案，無論是難度和費用將是不可接受的。通常小截面長度短的海底電纜能用標準電纜盤或特制電纜盤來裝纜和運輸，而大截面長度長的海纜則需要儲存在有動力的轉(zhuǎn)盤或者盤在儲纜池中。在當前，我國大多數(shù)海底電纜的敷設(shè)船舶均采用被動收放線儲纜裝置，海底電纜在船舶內(nèi)儲纜盤中每盤一圈海纜就會自身也扭轉(zhuǎn)360度，應(yīng)力釋放會分布在海纜的本體和外鎧裝上，且部分應(yīng)力會慢慢往后傳輸，隨著應(yīng)力累積至到某一點時，海纜的外鎧裝就會出現(xiàn)燈籠狀現(xiàn)像，尤其是對于大截面高電壓等級海底電纜引出問題相對突出。針對當前國內(nèi)二條高電壓等級220kV海纜不同敷設(shè)方式的案例情況公開分析，有利于海上風(fēng)電建設(shè)中對關(guān)鍵輸送主線施工的決策提供參考。本文主要是針對海纜外鎧的燈籠現(xiàn)象進行全面分析和提出建議。
二、案例：
國內(nèi)二個海上風(fēng)電項目220KV海纜線路輸送到陸上，其中一個項目是鍍鋅鋼絲鎧裝三芯500mm2海纜，在敷設(shè)時采用2000T自動收放線轉(zhuǎn)盤船施工敷設(shè)，海纜外鎧裝沒有任何的應(yīng)力，在規(guī)定時間內(nèi)成功敷設(shè)安裝，也是國外施工企業(yè)的固有做法。
另一個項目是銅絲外鎧裝單芯1600 mm2海纜，敷設(shè)接纜船采用被動儲纜盤，第一次海纜裝船時，海纜的長度是12.35km，裝纜速度平均為12m/min，最高速度為19m/min，退扭高度15米，纜盤中心直徑10米（大于60倍電纜外徑），鎧裝采用S向，盤纜的方向采用順時針進行。海纜裝運過程中出現(xiàn)大小不一的燈籠狀，對業(yè)主和生產(chǎn)企業(yè)帶來相當大的困惑，最后通過修復(fù)并在第三方權(quán)威機構(gòu)見證檢測合格后才實施。
第二次裝纜由于敷設(shè)船舶沒法調(diào)整還是采用原來的裝纜船，所以只能從裝纜速度上控制，降到5m/min，退扭高度提高至18米；并在纜下船通道的尾端裝上兩臺高清的攝像頭，進行全過程監(jiān)控。但海纜到了船上還是出現(xiàn)類似燈籠狀。
三、原因分析：
（一）產(chǎn)生燈籠狀現(xiàn)像分析
1、由于采用無動力收線盤進行海纜裝船，海纜在盤繞過程中本體在旋轉(zhuǎn)，由于鎧裝方向為S向，盤纜方向為順時針，因此鎧裝層的金屬絲會有松開的過程。這種力的導(dǎo)向會隨著盤纜長度的增長而累積，且力會一步步傳遞下去，應(yīng)力集中到某一點時而形成燈籠現(xiàn)像。
2、裝纜速度過快可能容易造成應(yīng)力的集中速度過快而形成燈籠狀，但不是主要原因。
3、鎧裝材料的彈性模量的差別。鍍鋅鋼絲的燈籠狀當纜敷設(shè)拉直時燈籠狀基本能消失，由于銅絲的彈性模量平均值為115.5 GPa，當它出現(xiàn)大的燈籠狀時就會變形，這也是導(dǎo)致外銅絲鎧裝成V字形的主要原因，需要人工修復(fù)解決。
（二）燈籠狀影響分析：
1、海纜的外鎧裝分成：鍍鋅鋼絲鎧裝、銅絲鎧裝（圓銅絲或扁銅絲）
2、ф6mm鍍鋅鋼絲的抗拉強度≥340MPa，彈性摸量平均值為213GPa，ф6mm圓銅絲的抗拉強度≥340MPa，彈性摸量平均值為115.5GPa，扁銅絲鎧裝生產(chǎn)要求和敷設(shè)要求更高，它的主要優(yōu)點在于提高海纜的側(cè)壓力，目前圓銅絲能滿足側(cè)壓力的情況下國內(nèi)沒采用扁銅絲鎧裝。
3、單芯海纜帶光纖傳輸，外鎧裝產(chǎn)生燈籠對光纖的完整性帶來不確定因素。
4、大的燈籠狀對海纜的敷設(shè)會產(chǎn)生影響，過布纜機、導(dǎo)纜籠、埋設(shè)犁時是否能通過。
5、出現(xiàn)燈籠狀點的外鎧裝抗拉強度相應(yīng)薄弱，在敷設(shè)時要特別關(guān)注。
6、外鎧裝燈籠一般在裝纜過程中盤纜方向為順時針（鎧裝層方向為S向時），因此鎧裝層的金屬絲會有松開的過程，當應(yīng)力釋放時鼓起的鎧裝方向朝外，對內(nèi)層的鉛護套和絕緣不會造成擠壓受傷影響。
結(jié)構(gòu)如下圖:
7、為了安全起見，關(guān)鍵要分析這條海纜的導(dǎo)體本身能承受的拉力在施工敷設(shè)過程中能否達到安全的抗拉強度，再適當考慮外鎧裝的機械性能，完整的海纜機械拉力以外鎧裝為主。
為了保障海上風(fēng)電的安全輸送，海底電纜的生產(chǎn)制造是一重要環(huán)節(jié)，要對原材料、生產(chǎn)過程、檢測，重點管控，對海纜的施工船泊、工藝、安全、施工經(jīng)驗也要特別關(guān)注，合格的海纜運行需安裝敷設(shè)配合才能完整，對施工敷設(shè)提出了更高要求。從上述的案例說明，國外采用的自動收放線盤船泊敷設(shè)海纜是有科學(xué)依據(jù)和實際經(jīng)驗的，同時建議：國內(nèi)大截面高電壓等級的海纜敷設(shè)同樣采用裝有自動收放線轉(zhuǎn)盤的敷設(shè)船泊接纜并進行施工。
作者信息：
1、袁舟龍 浙江舟山啟明電力集團公司海纜工程公司 總工程師 碩士研究生 高級技師
2、鄭琳 寧波東方電纜股份有限公司高壓海纜事業(yè)部 總工程師
