500kV海底电缆浅滩保护套管工程实践与运行思考.doc

.500kV海底电缆浅滩套管保护工程实践与运行思考王裕霜(广东天广工程监理咨询有限公司 广州 510623)摘要: 500kV海底电缆保护套管的实施，为海缆运行不受外力冲击破坏起到了良好的保护作用。本文介绍海底电缆浅滩套管保护工程，在建设过程中安装与工程控制实践。并提出了海缆套管保护运行后，可能带来的相关专题讨论与思考。关键词：海缆套管 安装过程 工程控制 运行思考Practice of Cast Iron Shell Protection of 500kV Submarine Cables in the Near-shore Areas and Operation ThoughtsWang Yushuang(Guangdong Tianguang Project Supervision Co.,Ltd, Guangzhou 510623)Abstract: The execution of the cast iron shell CIS protection of 500kV submarine cables has played an important role in protecting the submarine cables from external damage or impact. This article introduces the cast iron shell protection in the near-shore areas, the installation and the project control, and puts forward the possible issues that need to be addressed and considered after the CIS protection is completed. Key words: CIS, installation procedure, project control, operation thoughts. 海南联网工程500kV海底电缆浅滩保护套管的实施，是针对广东徐闻侧海缆路由浅滩海缆保护的措施之一。广东徐闻侧近海海域呈现约9km的缓坡海底地貌，其中07.6km被称为北部堆积区1，海域的水深一般不超过20米。海缆路由近海浅滩段的渔业活动频繁，是渔船作业抛锚的频发点，渔船锚重一般不超过300kg1。这是促使在这一海域安装海缆套管保护的主要原因。海底电缆附加保护措施有多种方式，通常选择采用的原则为；海缆保护的必要性、施工的可行性、造价的合理性、运行维护与事故处理技术经济比较的优势性。采用的何种保护方式均无标准规范参照。国外同类工程中；西班牙摩洛哥联络线跨越直布罗陀海峡工程；日本阿南征北跨越KILL海峡工程均在近海小于10米水深的范围，少量采用了铁护套保护和预埋钢管保护，而且进行了埋深处理12。其铁护套和预埋钢管均无式样和尺寸资料及图纸参考。海南联网工程500kV海缆浅滩套管保护项目，选择采用铸铁套管保护是继海缆浅滩保护；抛石、盖板、小尺寸机械水力冲埋等设计推荐1措施之后，采取外方推荐的海缆保护方式。1、海缆套管安装工程过程简述1.1套管安装地质条件及施工过程海缆套管的安装起始点，距徐闻侧陆岸约1000m左右，施工段水深高潮线时3m-10m，最深点流砂堆底部安装段约14m水深。施工段海域海底地质结构为；流砂堆层、淤泥层和少量的珊瑚礁、火山岩石块及海洋沉降物质构成。套管安装过程是由外方施工船利用其操作平台和起重吊车装载海缆铸铁套管，而后分散至各工作船平台。以潜水员接手沉降铸铁套管，再由水下潜水员安装固定的方式施工。海缆保护套管为黑口生铸铁非标产品铸件。套管长650mm，两端各有大口径150mm和小口径150mm的半园型对接套。由两个半片对称扣接组装，而后螺栓紧固，组成500mm长成品套管。成套重量21kg。施工中水下潜水员首先在已被流砂掩埋的海缆路由地带寻找到海缆指定位置，而后使海缆暴露在海床上，撬起缆底部，先安放下半片套管，而后对接上半部，同时将四个螺栓孔紧固。延伸长时大口套小口，套口圆形状可防止脱落,以此类推。施工中有多处海缆被石块悬空，高度约0.3m1.5m左右。水下潜水员施工时先将石块移动使海缆着陆，而后再实施套管安装。1.2施工设备及作业受限条件海缆套管的安装施工，主要作业船；南方十字星号，载重约1000吨。配有2吨起重吊车、一般机械维护设备、海洋定位系统及监测装置。主要施工任务是承担往返锚地装运铸铁套管、分散，并兼有作业人员食宿、紧急救护、简易维修、发布指令、作业定位、补充氧气、指挥操作等功能。辅助作业船4艘，载重约100200吨。其主要作业功能任务是将铸铁套管进行水下安装，指挥水下人员操作。船体作业平台配有小型电动葫芦起吊设备、水下操作工器具、供氧设备、救护器具等施工备件。每个工作平台施工时一般配有6名作业人员，其中有2名船员和4名潜水作业人员。海缆套管施工受海洋自然环境的影响和约束，施工时的限制条件见表1。 表1 海缆套管施工限制条件1 Table 1 Limitation of the CIS Installation项 目限制条件开始/恢复作业风速15m/s（29节）8m/s（16节）最大浪高4m2m海面最大流速1.3m/s（2.5节）1m/s（2节）海底最大流速1.3m/s（2.5节）0.5m/s（1节）水下ROV可见度2m2m1.3套管安装时间及施工人员构成海缆保护套管的安装时间自2009年8月9日开始，至2009年12月20日结束。由于海洋工程的不确定性，施工进度计划很难得以落实，一般情况是以日工作安排确认施工进度。同时受气候、海流、地质条件约束而变化。外方施工人员一般保持45名，其中潜水员25名。辅助人员15名，管理人员5名。1.4海缆套管安装施工过程小结 海缆保护套管安装历时133工作日，其中自然条件限制25工作日，占18.7%。机械维修、装载套管、准备工作及遣散船员、电缆带电等待命41工作日，占30.8%。正常施工作业67个工作日。海缆套管保护沉降数量12278个；组成6139套，实际安装6134套，长3067米。2、海缆保护套管施工监理控制海缆保护套管的施工是一个极其简单的安装程序，然而在海底实施却是非常艰难的施工过程。施工中工程控制是重要的监理环节。工程控制特点是；安装过程、消缺整改、中间检查、监理预验收，必须一次性完成，竣工验收也必须与消缺、整改同步进行。海缆工程具有不可预见的特殊性，安装过程中既无图纸参照，亦无标准遵循和验收规范。因此,工程控制中对工程质量、进度、安全控制尤显突出。为此，监理人员采用了施工全过程旁站，重点环节严格检查，由第三方潜水员做竣工验收检查的监理模式。主要监理检查程序见图13。当日（非限制条件）施工开始封存退回套管内壁无尖锐物状、对接口无误、螺栓穿越、编号作业潜水员状态潜水器具、救护器具投放数量、对接口、螺栓、工具、坐标当日消缺检查当日单项中间检查第三方潜水验收检查 陆地检查套管 数量、尺寸 不合格 合格 不合格运载、分散海上各工作平台 检查套管数量及人员 合格有问题有问题有问题图1 监理主要检查项目流程Graph1 Procedures of the Main Checking Items from the Supervision Party2.1海缆套管安装监理控制综述基于监理规范要求，结合海缆工程实际情况，监理在工程控制过程中每天报送工程施工情况日报，及时对施工状态预控。针对工程进度、质量、安全控制及验收发出的监理工程师工作联系单、通知单见表2。表2 监理工程师工作联系单、通知单Table2 Contact Sheet and Notification Sheet of the Supervision engineers编号内 容状态008关于“南十字星”号潜水作业的安全预警关闭011关于南十字星号施工船日报情况的协调意见关闭014建议现管部协调警戒船对作业区进行警戒015关于海上埋设待命时间的核实与确认关闭019关于SUBSEE公司海缆保护套管质量问题一事关闭020关于SUBSEE公司提高海缆保护套管供货速度、增加施工设备一事关闭021关于Nexans公司及其分包公司执行防台方案不妥一事022关于SUBSEE公司水下潜水作业时未按规定悬挂相应旗帜一事关闭029关于提交海缆浅滩套管安装项目竣工验收资料事宜031套管安装数量及施工长度2.2 工程施工效率与施工待命分析根据驻船监理人员旁站记录（施工日报）和外方提供的日报信息“由于天气及不可预见情况导致的等待记录”等数据进行分析4结果见表3。 表3 海缆套管安装施工效率统计结果表4Table3 Statisticsof the efficiency of the CIS installation 编号时 间 类 型 时 长比 例总时间（小时）3192100%1正常作业时间576:3118.26%2天气待命时间584:5018.42%3设备维修、装载套管534:5316.75%4正常补给、转序时间865:5527.40%5电缆带电72:002.55%6遣散船员432:5313.60%7准备工作94:583.02%3、海缆套管的运行及相关专题思考500kV海底电缆保护套管的实施，为海缆运行不受外力冲击破坏起到了良好的保护作用。同时在海缆保护套管长期运行中，却使海缆处于运行环境不平衡，而引发的不利条件下。这主要是由于海缆运行电气性能与采用套管间的特性影响，以及注入在运行套管内的海水不易交换所引起的。为使海缆安全稳定运行，发挥应有的运行效益。对处于套管内海缆运行的工况状态和可能造成的不利影响，应引起相关运行技术人员的关注。3.1 关于海缆在套管内散热问题的思考海缆在海底运行时；海缆线芯散热过程，主要是通过海缆表皮的温度扩散，而进行热冷却交换。在忽略了深海与浅滩海水温度差和海底热流的影响，可以认为海缆在海底运行的温度是恒定的。这就形成了附加的铸铁套管与海水之间的导热速率比较。当铸铁套管的导热率低于海水导热率值达到一定限度时，就会造成海缆线芯温度散热不良，这将引起三个主要问题的思考：1）套管内海缆的载流量及热稳定电流需要重新确认和计算。2）套管内海缆的内绝缘在长期热阻的作用下，热老化过程及运行年限的降低值。3）套管内海缆绝缘油（低粘度矿物侵渍油），在通过短路热稳定电流时，瞬间温升的融溶汽化温度影响。3.2 关于海缆套管的感应磁场问题的思考海底电缆的运行具有一定的特性，运行中海缆线芯与其金属护层之间相当于一个匝间变压器，也就是磁力线匝链金属外皮，部分线芯电流的磁通与金属护层相链。海缆的主绝缘层外有多层金属护层，其中，加固层、防蛀层、铅包层、铠装层等都会产生感应电势。为了防止各护层的电压过高，海缆制造中将内部的金属护层相隔一定距离进行短接。当海缆附加铸铁套管后，理论上也会产生感应磁场。但是在海缆两侧终端站对金属护层进行了接地，才使得感应电压降低。但海缆两端接地与大地构成回路,套管中便产生环流存在，即；可能会有环流通过。为此引出以下问题的思考；1）铸铁套管由多种元素组成，其中铁畴分子占有一定比例，铁畴分子是一种磁性物质，当有环流通过时，便使其磁力线具有了方向和大小。计算套管环流量的多少，借以校核是否足以造成海缆发热和海缆使用寿命降低。2）假设计算中得出套管内有足够大的环流通过，就可能会有另一物理现象产生，即；套管被磁化、极化、传导的过程。3）假设计算中得出套管内环流不足以造成危害，也有助于对终端站海缆护层接地方式进行讨论，例如：海缆护层单端接地，另一端采用其它方式接地的比较。3.3 关于海缆套管内注入海水问题的思考海缆保护套管安装后，同时在套管内已注满海水。由于海缆表层温度在额定电流下4050左右，而注入到套管内部海水得不到有效交换。这就形成了促进海洋微生物生长条件。当海缆套管内微生物量达到一定数量时，就造成了海缆运行的恶劣环境。从而引起三个主要问题的思考。1）套管内海缆散热条件将逐渐进一步恶化。2）套管内海洋微生物对海缆外表保护层侵蚀、破坏。3）为海缆运行维护及修复造成了困难。4、结论海缆保护套管的安装仅仅是海缆保护的一种方式，相对于海缆保护项目是较少的一部分，仅占3.3%。国内外文献中，显示海缆套管的安装与使用的资料极为少见。而且同类工程类比存在差距。这是由于海洋工程的特点所形成的。通过海缆套管保护的安装与工程控制实践，可以为后续工程和同类工程获得启示。1）外方在海缆套管安装过程中，人力资源、设备资源配置满足工程建设的要求，施工过程的组织及效果符合本工程确认的建设目标。2）工程控制中对施工质量的检查满足工程质量要求，安全控制达到预期效果，工期控制在基本合理的范围。3）海缆保护套管的运行存在着利弊关系，运行中需要对海缆保护套管带来的运行思考做进一步的讨论。以便确定消除隐患的方式。4） 文中所提出的专题思考，仅仅是基于工程实践中的认识，理论上是否成立仍需进一步通过相关论证,或通过建立数学模型计算和模拟试验获取数据支持或否定。参考文献1中南电力设计院 500kV海底电缆工程专题报告R初步设计 第二卷 第二册 2007CSEPDI, Specific Report on the 500kV Submarine Cable ProjectR Preliminary Design, Volume II, Book II, 20072引自：中山快志 海缆埋设专题报告R 株式会社 20093王裕霜 海缆套管潜水检查验收质量分析报告R 海缆项目监理部 2009Wang Yushuang , Acceptance and Quality Analysis R