海上油田群海底电缆的敷设施工、试验及维修

余 颖，王新刚

(1.中国石油集团海洋工程有限公司，北京 100028;2.防灾科技学院，河北 三河 065201)

海洋平台

海上油田群海底电缆的敷设施工、试验及维修

余 颖1，王新刚2

(1.中国石油集团海洋工程有限公司，北京 100028;2.防灾科技学院，河北 三河 065201)

海底电缆作为海上油田群电力传输的重要手段，是输送海上各类平台(采油、钻井)的采油、钻井、外输、动力等系统的主要载体。海底电缆工程作为海上石油平台工程技术的重要分支，其敷设、试验、维修的专业难度大，复杂程度极高。文章系统的介绍海底电缆的敷设工程及试验各个阶段，并简述海缆故障的检测及维修的方法。

海底电缆；敷设；试验；维修

海底电缆特指在海底采用特殊工艺敷设的电力系统所用的电缆。其既能将陆地或海上油田群电网的电力准确有效地输送给海上各个生产和井口平台，又能实现海上平台之间的电力补给。海底电缆供电性能稳定，使用寿命长，是提升海上油气田生产效率的有效手段。因此作为海上电力传输主要工具之一，海底电缆的安全性和重要性受到了广泛的关注。

由于海底电缆的敷设工程具有复杂界面多、施工工程量大、实施难度大、造价高等特点，因此系统了解其敷设过程非常必要[1]。在海床敷设好电缆后，必须按照海缆路由的地质构造等情况，对海缆实施保护措施。在对海缆敷设、海缆保护及电缆终端头制作完成步骤前后，还需在各阶段分别进行海缆的出厂试验、交接试验、完工试验，获得海缆的各项性能指标的检验数据，判别海缆在整个施工前后是否受到损伤。由于海底电缆线路位于海底，隐蔽性较强，一旦海缆发生短路、破损等故障，石油平台将面临大面积停电的风险，正常生产和井口平台上工作人员的生活将受到严重的影响，最终导致重大的经济损失。因此，快速准确的确定故障点，对受损线路及时修复就显得尤为重要。

1 海底电缆的敷设

敷设海底电缆的工作主要包括确定敷设路由方案与敷设施工2部分。

1.1 路由和登陆点的勘查和确定

海底电缆路由和登陆点的勘察及确定是整个海底电缆敷设工程设计及具体实施的基础。合理选择海底电缆路由及登陆点是整个敷设工程安全、稳定和可靠的关键因素。路由和登陆点勘察及确定原则应满足海缆不易受到损伤、可实施可靠防护、敷设作业方便。海底电缆的路由调查、勘测要遵守《敷设海底电缆管道管理规定实施办法》(国家海洋局令第3号)的相关规定，方案的确定要经过国家海洋局批准方可执行。

海缆适宜敷设在河床稳定、流速较缓、岸边不易被冲刷、海底无石山或沉船等障碍、少有沉锚和拖网渔船活动的水域[2]。当确实难于避让正常航道或可能开挖航道、海产养殖、渔业捕捞频繁等区域时，力求穿越该区域的路径最短，海底电缆应埋至安全深度以下，防止航线船舶或渔船抛锚、拖网渔具等直接损伤海底电缆。

根据GB 50217《电力工程电缆设计规范》和《海上固定平台安全规则》要求，海缆严禁交叉、重叠。路由要最大限度避免海管和海缆间的交叉跨越，在不可避免的情况下，应保持足够的安全距离并有防护措施，确保原管道或海缆不受损坏。除此之外，并行的海缆间的间距不宜小于最高水位水深的2倍，海管和海缆间的安全间距不小于50 m，如受条件所限至少15 m[2]。根据多个项目的实施情况来看，海管和海缆的间距必须考虑施工机具的施工精度及安装需求，还要考虑后期更换或者维修检测的需要。

登陆点的选择主要由电缆在海底敷设的路由轨迹、已存在海底的设施和海上固定设施位置、相关船只的停靠要求以及停泊作业区域、平台上部电缆接线箱体的位置、导管架的构造和海缆J型保护管定位等几方面因素共同确定[3]。

海底电缆路由和登陆点的勘察由国家海洋局批准的专业勘察单位对陆岸滩或海上平台所处地理位置的具体情况，进行详细的前期实地勘察，摸清航运、渔业、海产养殖、军事、通信等在该区域的分布情况，收集相关方面的详细资料，用以进行分析比较及科学论证，初步确定出路由和登陆点方案[4]；随后采用先进设备和技术手段，对将要敷设海缆的区域进行具体勘测，以确保登陆点及路由方案的安全性、稳定性和可靠性，最终确定既合理又经济的路由及登陆点方案，申报国家海洋局获得批准方可执行。

1.2 敷设施工工艺

敷设施工工艺包括：施工前的准备、敷设施工、海缆保护、锚固及端头安装等工序。

1)施工准备。施工准备包括陆地准备和海上实施准备。陆地准备包括技术文件准备、施工手续办理、现场布置准备。工程开工前，施工单位组织施工图纸会审并编制详细的施工组织设计及施工应急预案等技术方案，并报监理单位、建设单位审核后执行。工程前期，施工单位协助建设方办理海缆的施工专项许可证书，在海事局办理海域使用证书、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；随后进行现场铺缆船、辅助船、铺缆设备、施工机具、材料、人力及海缆装运。

海上实施准备是指敷设线路所经海域的地质勘察、海床障碍物的清理。

2)敷设施工。敷设施工的主要流程包括：接缆、试航、扫海、始端抛锚就位、始端电缆固定、冲埋铺缆、终端抛锚就位、终始端电缆固定。接缆采用海底电缆敷设船在指定的码头接缆；试航、扫海作业确保施工安全可靠；敷设船靠登陆点始端抛锚就位，将海底电缆始端从铺缆船放出，经保护管固定在起始端的平台或陆岸；冲埋铺缆是将海底电缆按照固定路由方案安全、准确的边挖沟边敷设，敷设过程中通过DGPS全球定位系统和潜水员随时检查电缆着底和入沟的情况；敷设结束阶段确定电缆的终端位置，切断并进行防水处理，将海底电缆终端经保护管固定在终端的平台或陆岸[5-6]。

施工方案要合理全面，着重考虑如何控制电缆的入水角、埋设深度、路由轨迹、海缆可允许的弯曲半径和所能承受的拉力以及各种紧急情况下的应急措施，另外还要考虑敷设海缆海区的地质和海况对海缆敷设的影响，施工船舶的选用必须满足作业要求等[7]。

3)海缆保护。海底电缆保护常见措施有：近岸段浅水区采用水泥沙浆袋埋设保护；航道和渔业活动频繁水域，水深20 m以内采用高压水枪或机械开槽爆破等方法进行深埋保护；水深超过20 m采用水力机械式冲埋保护；管道和电缆交叉跨越须采用覆盖保护，覆盖装置可采用保护套管、电缆盖板等；海缆悬空部分采用抛石堆积保护[8]。

4)锚固和端头安装。海缆锚固是把海缆固定在焊接于平台甲板或陆岸的锚固装置内。海缆端头安装就是专业人员在高压室内制作海缆接头并安装至海缆接电箱内。

2 海底电缆试验

海缆在出厂至施工、完工各个阶段均需要经过海缆试验，主要包括出厂试验、交接试验和完工试验。各海底电缆生产厂家和用户现行的试验指导依据主要是以下几个标准：CIGRE-Electra-171《海底电缆机械试验标准》、CIGRE-Electra-189《36-170 kV高压XLPE海底电缆电气试验标准》、IEC60502《挤压绝缘电力电缆及其附件试验》、JB/T 11167.2《额定电压10 kV至110 kV交联聚乙烯绝缘大长度交流海底电缆及附件》、DL/T 1279《110 kV及以下海底电力电缆线路验收规范》[9]。

2.1 出厂试验

出厂前，通常由买方、厂家及第三方按照生产合同及相关技术协议、设计联络纪要等文件组织验收，针对海底电缆及附件的技术参数、性能、结构、试验等方面的技术及相关工作进行验证。

出厂试验即按照CIGRE-Electra-171、IEC 60502和JB/T 11167.2规定对成品电缆进行试验，包括机械试验及透水试验、导体电阻试验、绝缘试验、交流耐压试验、直流耐压试验、光缆衰减试验，其中机械试验和透水试验应由业主指定的第三方检验机构提供检测报告，如果能提供结构类型及电气参数、使用条件高的型式试验报告，可不做这2项试验。

2.2 交接试验

海缆到货后和海缆敷设前，由厂家现场进行验收及交接试验。现场验收需对海缆厂家提供的，经国家认可机构出具的型式试验报告、产品出厂合格证原件进行资料检查；对海缆及附件的包装完整性进行检查；对海底电缆的铠装、铠装护层、端头进行实物检查。海缆的交接试验主要包括导体电阻试验、绝缘试验、光缆衰减试验。

2.3 完工试验

海底电缆的完工验收应在申报资料、批复手续合法齐全的条件下，分别对海域段、登陆段、海底电缆保护、终端电气设备进行验收。完工试验通过检验各项电气性能指标，确认在施工过程中线路是否受到损伤，以保证海缆运行的安全性和稳定性。电气试验主要涉及耐压测试、绝缘试验、电容、导体电阻、铅套电阻测试、局部放电测试试验、电缆的泄漏电流测试等。绝缘试验必须在耐压试验前后各做1次，且都满足要求。

3 海底电缆维修

海底电缆的故障诊断和维修一直是海洋工程中的难点之一，相对于陆上电缆来说，海底电缆故障诊断和维修复杂度较高，受天气影响较大，时间要求较紧，施工风险较大，维修成本也是陆上电缆的几十倍，有时甚至几百倍。自2011年至今，根据不完全数据统计，海缆损坏事故的直接维修费用已超过4亿元。

节省维修费用需要及时准确的分析海底故障并制定合理的维修方案。造成海底电缆故障的原因主要有船舶和渔具对海缆的外力破坏、海缆铠装的腐蚀、涡致振动造成的海缆铅护套的疲劳损伤、其它施工及打捞对海缆的破坏、海浪冲刷对海缆的磨损、绝缘等级降低和接头锈蚀等[10]。海缆发生故障后，需有专业人员迅速分析故障原因并进行维修方案的确定，故障的诊断和维修主要包括原始资料的调查、故障的定位、故障的修复、测试及入海、资料的整理和归档。

3.1 收集原始资料

海底电缆发生故障，必须全面了解和详细收集海底电缆的路由及施工和检测资料，对海缆的走向、水底富余量、长度等资料进行整理，作为故障测量和定位的基础数据。由于海底电缆敷设结束后，其位置在海床中不是完全稳定的，会受到沙坡移动及沉积物漂移等影响而发生位移，并且敷设时间越长，相对位移会越大，因此，海缆的实际路由和故障的定位不能仅依靠原始资料数据进行判断。

3.2 故障的定位

故障定位首先采用万用表、兆欧表等检测故障电缆的相间电阻、对地绝缘电阻等，用这种方法，初步判断出故障的性质；然后根据故障类型，采用合适的测量方法，常用光时域反射仪(OTDR)测试法进行海底光缆故障点测量，初步测出故障段距平台或陆岸的相对距离；随后维修船前往海缆故障预测点抛锚就位，沿着电缆走向在此位置前后仔细探测定点，直到找出较准确的故障段位置。根据故障点信息，计算维修故障段需要的海缆长度；订购维修所需的海缆，注意需要预留一定的余量。故障定位的操作过程必须指派较有经验的人员完成。

3.3 故障的修复

海底电缆故障的修复主要包含以下步骤：①用水力挖沟机清理海床覆盖泥沙；②用维修船浮吊将海缆逐段吊出水面，寻找破损点；③发现破损点后，将故障段的海缆吊装并固定到作业船甲板；④在切除故障点和进水部分后，对海缆进行导体直流电阻测量、绝缘测量、铅护套直流电阻均匀性测试和耐压试验，确定切割后的海缆无故障；⑤将试验合格后的海缆两侧端头和备用海缆两侧端头依次固定在工作架上，采用专用海缆接头进行修复连接；⑥海缆接头制作完毕后，对整根海缆进行导体直流电阻测量、绝缘测量、铅护套直流电阻均匀性测试和耐压试验，测试结果良好后，下放海缆入水；⑦需对维修段的海缆进行保护或冲埋。

专用海缆接头必须有相关资质和认证的厂商提供，整个接头连接及修复过程需专业人员进行施工作业。

3.4 资料的整理和归档

海缆故障修复后，施工维修单位需向业主提交相关的故障分析及维修报告，并提交竣工图。业主需将海缆的最新路由资料和施工及检测报告通报相关政府单位，便于进行海图资料的更新，并及时对资料进行整理及归档。

4 结束语

海底电缆是整个海上油田群电网输送电能的主要载体，海底电缆由于所处的海洋环境，使其敷设、检测、维修均具有复杂界面多、施工工程量大、实施难度大、造价高、专业性极强的特点，系统了解其过程非常必要。本文有助于设计及施工人员全面了解和认识海底电缆施工敷设、试验及故障维修的整体流程。

[1] 王裕霜.国内外海底电缆输电工程综述[J].南方电网技术,2012,6(2):26-30.

[2]中国电力工程顾问集团西南电力设计院. 电力工程电缆设计规范：GB 50217—2007[S]. 北京：中国计划出版社,2007.

[3] 匡平.大截面电缆浅滩登陆施工技术[J].湖南电力,2002,22(3):25-26.

[4] 海洋石油工程设计指南编委会. 海洋石油工程设计指南:海洋石油工程电气仪控通信设计[M].北京：石油工业出版社，2007.

[5] 张国光.海底电缆安全及其施工埋设技术研究[J].海洋技术,1992,11(1):64-73.

[6] 吴爱国,袁舟龙,公言强.国内海底电缆深埋敷设施工技术综述[J].浙江电力,2015(3):57-66.

[7] 赵健康,陈铮铮.国内外海底电缆工程研究综述[J].华北电力,2001,39(9):1477-1480.

[8] 王裕霜.海底电缆抛石保护工程建设综述[J].中国电力教育,2012(3):51-52,56.

[9] 赵文才.海底电缆敷设后的试验和注意要点[J].中国海上油气(工程),1994,6(5):23-28.

[10] 王昆，李敏雪，生宏，等. 海底电缆的故障检测及修复工艺方法[J].电气传动自动化, 2012, 34(5):58-62.

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

余颖(1972-)，女，四川渠县人，高级工程师，硕士，主要从事海洋工程电气设计工作。

P75

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.03.017

2016-12-26