基于八字盘缆法的海上风机平台电缆末端抽拉技术

张 颉，姜 南，张继旭，李骁洋，李经廷

（深圳海油工程水下技术有限公司，广东深圳 518000）

海底电缆的连接、铺设是海上风电场建设、生产过程中关键步骤之一，它将风电场中各风机电力信号进行连接，为风机平台提供生产所需动力，以满足风机日常运营和电力外输的需要。

对于连接海上风机平台与平台之间的海缆铺设作业，海缆末端从平台完成抽拉是其中最复杂的一项施工流程。在目前的海洋工程领域，较为常用的海缆末端抽拉技术主要是“海底拖拉法”“撑杆提拉法”和“半圆支架提拉法”[1]。

海底拖拉法主要是将末端电缆以弯段的形式铺设在海底后，平台直接使用绞车等抽拉工具在海底对末端进行抽拉，该方法流程简单，不需要另外的辅助工具，操作较为简单。但缺陷也十分明显，使用海底拖拉法抽拉至末端平台过程中，会产生多余的“U”型弯或“S”型弯，增大海缆与海床间的摩擦力，使得该方法对抽拉工具作业要求较高，且若海床上存在障碍物，海底电缆有出现损伤的可能性，且海缆进入平台的角度无法进行调整，若海缆入口角度偏差较大，同样会存在划伤海缆的可能。若海缆存在防弯器等附件，则还会增大抽拉难度。且海底弯段抽拉时无法控制角度，海缆路由会发生较大偏差[2]。

撑杆提拉法主要是为海缆末端进入平台时，使平台绞车减少受力，降低抽拉难度，而使用一根撑杆将海底弯段提起。随后在平台进行抽拉的过程中，吊机和船舶配合将提起的弯段下放，使绞车抽拉、吊机下放、平台抽拉三个步骤同步进行，直到将末端全部抽入平台。由于该方案将海床上的弯段全部提起，减小了电缆与海床的摩擦力，减小了平台绞车所需拉力，减小海缆存在划伤的可能性。但由于其需要多方配合作业，抽拉难度较大，且作业工序较多，移船、挂钩等工序所需时间较长导致抽拉效率低。

半圆支架提拉法是在撑杆提拉法的基础上对其进行的改进，主要是将用于提起海缆的撑杆换为一种固定半径的半圆支架，其固定半径的支架可使电缆在抽拉过程中保持一定的弯曲半径，减小电缆弯折或发生打扭的可能，同时使用该方案电缆上不需要另外安装拖拉网套等附件。但该方法与撑杆提拉法一样，都存在所耗时间长，作业效率较低的问题，且其因要使用大型的半圆支架，需要占用的甲板面积更大[3-4]。

由于这些方法在一些情况下或多或少存在着一定的局限性，若处于一些极端的施工环境下，一些末端抽拉方法将不再适用。本文提出了一种新的海上风机平台电缆末端抽拉技术“八字盘缆法”，并对其施工流程、施工技术进行介绍和分析，为今后海上风机电缆末端抽拉提供经验和技术支持。

1 八字盘缆法施工流程

八字盘缆法是基于海底拖拉法改进的一种海缆末端抽拉工艺，由于海底拖拉法易损伤电缆且不便于抽拉带有附件的海缆。使用撑杆提拉法作业过程复杂，所要求抽拉时间较长，严重降低抽拉效率，同时若海底环境复杂，气候条件较差，无法连接挂钩，该方法将无法使用。而使用八字盘缆法可在保护海底电缆的基础上，提升施工效率，有效降低施工成本，同时能在较差的环境下进行作业。

八字盘缆法核心思想是将末端进入平台的海缆以八字形层层堆叠在作业船甲板，抽拉作业时末端端头连接平台绞车钢丝绳，牵引钢丝绳带动海缆逐层下放至海床，这样将本应存放在海底的末端海缆转移至作业船甲板，减少了海缆与海床的摩擦面积，降低了海缆损伤风险，同时也没有使用撑杆等额外工具，在抽拉过程中，船舶不需要再额外进行移动，操作简单、便利，同时可以有效降低施工所需时间，提升施工效率。

施工前需要提前在船舶甲板布置设备，依次为卷缆盘、塔架、导向托辊、张紧器和两台绞车。

1）该工艺主要分为盘缆流程和放缆流程两个步骤，盘缆流程主要施工步骤如下。

（1）作业船舶航行至末端指定位置后，在船舷边固定海缆，并安装中心夹具和限弯器等海缆附件。

（2）张紧器开始放缆，使用尼龙绳连接张紧器出口电缆（即图1号点）配合一号绞车将电缆及附件拖行至来缆一侧。

图1 八字盘缆法分解步骤图

（3）持续放缆，待船内端弯头形成后，将绞车与电缆连接处转移至船舷端弯头和船内弯头中心点（即图2号点）处，标记此时张紧器出口处电缆为3号点，同时使用另一台二号绞车拉住船内弯头，避免海缆滑动。

（4）待3号点靠近船舷后，一号绞车转移牵引点至3号点，开始牵引，至单层八字形成此时标记张紧器出口处电缆为4号点。

（5）待4号点前进至靠近船舷后，一号绞车牵引点由3号点转移至4号点，开始牵引，至4号点电缆堆放至2号点上方，形成第二层八字。

（6）重复上述过程，不断往上堆叠八字电缆，直至已放出所需长度末端电缆。

（7）在计算的电缆切割点切割电缆，完成末端封装，并加装拖拉网套，连接好平台钢丝绳，至此盘缆流程结束。

2）放缆流程

（1）将一号绞车连接至最上层八字中心点，二号绞车连接至船内侧最上层八字弯头处，防止海缆被全部带出。

（2）启动平台绞车，带动钢丝绳开始抽拉，若拖拉网套摩擦力过大可使用吊机配合下放末端海缆头部。

（3）待一号绞车连接位置接近船舷侧即将下水时，停止抽拉，此时二号绞车连接点已前进至原一号绞车连接点且处于张紧状态，解除一号绞车与海缆连接，将其转移至二号绞车连接点后端，继续开始抽拉。

（4）如此循环更换连接点，直至海缆限弯器段到达船舷侧前，停止抽拉。

（5）使用吊机配合回头缆将海缆附件下放至水中，平台侧同步开始抽拉，直至海缆附件到达海床，解除海缆一切连接。

（6）平台侧继续抽拉，直至中心夹具进入护管口，抽拉完成。

2 八字盘缆法技术分析

八字盘缆法作为海底拖拉法的改进工艺，具有作业要求低，工艺简便快捷，对海缆损伤小，占用甲板面积小，抽拉精度高等优势。但由于电缆需要被盘弯成八字形，要求电缆最小弯曲半径不能过高，同时盘缆过程中需要严格控制电缆的弯曲半径，防止电缆损伤，如表1所示。

表1 各抽拉工艺分析对比

此外，若由于施工气候条件差，水下能见度低，ROV与潜水员无法在水下链接U型弯撑杆，或由于风叶干涉等问题，作业船舶电缆铺设进行至末端时无法调整船位使出缆侧船舷对正风机，此时无法使用撑杆提拉法或半圆支架提拉法进行末端抽拉，施工船舶只能进行现场待机，而使用八字盘缆法仍然可进行抽拉作业，有效避免船舶现场待机，浪费施工时间。

由于使用此方法进行海缆抽拉作业将会使海缆在水中形成一段较长的海缆悬链线，若水深较深或海缆较粗导致水中电缆自重增大可能会导致已经盘好的电缆出现滑移，甚至发生损伤电缆的情况。如图2所示，海缆上部的悬挂处至海底触泥点水平距离Layback为影响悬链线形式的关键参数，根据下列方程可知，Layback越大，则海缆悬链线越长，因此，为避免海缆所受拉力过大或发生海缆弯曲程度过大的情况，应时刻观察Layback值。在施工过程中，若发现海缆出现滑移或打扭的情况，应立即停止作业，随后采取优化海缆Layback值的方法对海缆悬链线进行处理[5-6]。

图2 海缆悬链线示意

式中：

3 八字盘缆法应用案例

某风电项目在风机间海底电缆铺设任务中派出A、B两船分别使用撑杆提拉法和八字盘缆法进行3组长度相近电缆的末端抽拉作业，其作业效率如表2所示。

由表2可知，使用八字盘缆法进行末端抽拉可节省约12%抽拉时间，其准备时间短，抽拉效率高，由于使用撑杆提拉法船舶需要在抽拉前将U型弯预先铺设在海底，其移船和放缆所需较长时间，且需要严格控制电缆总长度和水下U型弯长度，以便控制海缆路由，在末端抽拉过程中，船舶、吊机需要同时配合平台抽拉，提升了抽拉难度。若在较为恶劣天气，撑杆提拉法无法在水下连接索具设备，而八字盘缆法可照常进行末端抽拉作业，无需现场待机等待天气窗口。

4 结语

通过提出一种新的海上风机平台电缆末端抽拉技术“八字盘缆法”，有效解决了一般施工方法作业效率低、设备要求高和较恶劣天气条件下无法进行作业的问题。通过与其他几种作业方式进行技术对比，得出该方法作业要求低，工艺简便快捷，对海缆损伤小，占用甲板面积小，抽拉精度高的优势，也提出使用该方法对施工过程中需时刻控制电缆弯曲半径和海缆上部的悬挂处至海底触泥点水平距离Layback的注意事项，最后通过实际施工的效率对比，显示该方法能大幅提升作业效率，为今后海上风机电缆末端抽拉提供一种新的思路和技术支持。