一起220kV海纜敷設故障搶修案例分析

李越 汪永儉

【摘 要】通過對一起發生在淺灘登陸段220kV高壓海纜敷設過程中受外力破壞的海纜故障搶修案例的分析，介紹了海纜故障點定位以及海纜接頭制作過程，提出了針對淺灘登陸段海纜敷設的整改意見，為淺灘登陸段海纜敷設和故障處理提供了一個可行的案例，對避免以后類似事故的發生有一定的借鑒意義。

【關鍵詞】220kV海纜；海纜故障；海纜敷設；中間接頭

中圖分類號： TM755 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）27-0043-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.27.019

【Abstract】This paper describes a recent fault caused by the installation of a 200kV submarine cable，and introduces the detection and positioning of submarine cable break point and the process of making the submarine cable joints.It also recommends some measures for installation of submarine cable at shallows，which provides a feasible case for the same occasions.It is of great importance to prevent the occurrence of similar accidents.

【Key words】220kV submarine cable；Submarine cable fault；Cable laying；Intermediate joint

0 引言

隨著陸上風電市場逐漸飽和，風機制造商以及投資者紛紛把目光從陸上轉移到海上，使得海上風力發電得到了迅猛發展。其中，海纜作為連接海上風電場和陸上集控中心的“紐帶”，承擔著整個風電場的電力傳輸和通信任務，一旦發生故障，將直接造成通信中斷和電能浪費。因此，防止海纜故障的發生及故障發生后的快速搶修具有十分重要的意義[1]。

下面就一起220kV高壓海纜在敷設過程中發生的海纜損傷事故，對海纜故障點檢測定位技術以及接頭工藝做一些介紹，并對淺灘登陸段的海纜敷設工藝提出了相應的整改建議。

1 海纜故障檢測定位

1.1 海纜故障經過

2018年7月30日下午15時，某海上風電項目準備進行主海纜核相以及線路參數試驗，核相前用萬用表對A相線芯進行對地測量時，發現該線芯對地導通?，F場人員立即對海上升壓站主海纜進行絕緣處理，并用2500V絕緣電阻測試儀對A相進行測試，測試部位為陸上集控中心海纜終端導體處對地排，測試結果顯示無電壓，絕緣電阻為零。海上升壓站人員立刻對導體端部進行酒精擦拭，其后2500V絕緣電阻測試儀的測試結果仍無電壓，絕緣電阻為零。次日下午17時，工作人員結束海纜A相接頭出倉工作，再次對主海纜進行測試，結果仍無電壓升起，絕緣電阻為零。

海纜故障按照故障性質通?？煞譃閿嗦饭收?、低阻故障和高阻故障。其中，低阻故障指的是故障點的絕緣電阻下降至海纜的特性電阻甚至下降至零的故障，也稱為短路故障[2]。本次海纜故障絕緣電阻測試結果為零，可初步判定為短路低阻故障，故障點的具體位置則需要進一步檢測。

1.2 海纜故障點定位

海纜故障發生后，故障點的定位是實現快速搶修的關鍵。海纜故障點的定位主要有阻抗法和行波法兩類。阻抗法通過測量故障點到測量端的阻抗，求解方程得到故障點距離，如電橋法等；行波法則基于電纜中的行波進行故障探測，具體又分為低壓脈沖反射法、高壓脈沖電流/電壓法、二次脈沖法等，其中常用的低壓脈沖法主要適用于海纜的短路、斷路以及低阻故障的檢測[3，4]。

本次故障點檢測使用的是德國賽巴Teleflex VX脈沖反射測距儀，結果顯示在距陸上終端2.66km處存在故障點，如圖1所示；接著現場人員使用型號為5_GZD-2010的海纜故障定位智能電橋對A相進行復核，儀器顯示海纜在2653m處有故障點，測試結果如圖2所示。

故障點距離粗略確定后，需根據海纜的實際路由來確定故障點的具體位置，即精確定位。常用的方法包括對電纜施加高壓脈沖信號的聲測法以及跨步電壓法等。其中跨步電壓法常用于各種電纜對地短路的故障點精確定位，其通過在電纜中加入特殊信號，當電纜對地短路時將在故障點周圍產生強弱變化的有向電場，從而使得測試儀在故障點前后測試指針反向，從而確定故障點的位置。

海纜一般敷設在海床下深約1～3米的位置，而且由于海水沖刷以及漲落潮造成的泥沙淤積，海纜容易偏離原敷設路徑，無法直接確定其位置?？紤]到故障點離岸較近，且登陸段多為灘涂區域，選擇讓水陸挖機以海纜過堤處為起點，沿海纜登陸段挖掘，分段依次將海纜從海床下撈出來，并保證海纜露出泥面。接著對吊出泥面的海纜進行清洗，并目測海纜是否有機械損傷；若無機械損傷，接著用跨步電壓法，對灘涂上的海纜進行檢測以確定故障點位置。

在對海纜進行目測檢查時，發現一疑似故障點處鎧裝鋼絲斷裂，內部PE填充層破壞嚴重，如圖3所示。根據該疑似點離岸位置，可初步判斷該故障點即為檢測出的故障點。接著，繼續對海纜向海側沖洗60米、向陸地側沖洗170米進行排查，排查結果顯示并無其他明顯故障點存在。其后，對海纜進行斷纜工作，切除海纜故障段，并對兩段海纜分別進行絕緣電阻測試。測試結果顯示，三相絕緣電阻值平衡，陸地側以及向海側均不存在不平衡相，且均不存在導通現象，從而確認兩側無其他故障點，至此海纜故障點定位清查工作結束。

2 海纜故障原因分析

海纜故障點確定后，進一步分析故障點處受損情況，海纜內外部破損如圖4、圖5所示，最外層PP外被層破損脫落，鍍鋅鋼絲錯位并部分斷裂，內部包帶及PE填充層斷裂，裂口長度約12cm，深度約2.5cm；其中一相外部PE護套破裂，內部合金鉛套、絕緣層均已破損，并露出內部導體。

該項目 220kV海纜敷設是以陸上集控中心為起始端，海上升壓站為末端進行敷設?？紤]到陸上開關站登陸處多為淺灘，大型敷設船難以進入，故敷設工藝選擇為距登陸處約3公里由主海纜船將海纜倒駁至次海纜船上，接著主海纜船向海上升壓站敷設，而次海纜船向陸上集控中心敷設。

由于登陸段離岸較近，位于氣水交界處，需要水陸鉤機先挖好海纜溝后再埋設鋪設在泥面上的海纜，屬于后挖溝埋設段；而且在氣水交界處水流快，漲退潮頻繁，海水不斷沖刷海纜并伴隨有泥沙沉積掩埋，容易造成海纜偏離原敷設路徑。此外，現場發現海纜在該段浮漂標記設置過少，有些浮漂之間間隔過大，從而在進行海纜挖溝或者找纜作業時不易發覺海纜，容易造成誤傷。

對比海纜破損處與挖機挖齒形狀，分析確認此次海纜故障是由水陸挖機在挖溝或尋找被沖刷掩埋的海纜時，挖機鉤齒意外碰到海纜所造成的機械損傷，破損處由外向內，造成海纜單相絕緣破損及光纖斷裂。

3 海纜維修接頭制作

海纜維修接頭作為海纜的中間接續和故障維修附件，主要功能是恢復海纜的電氣性能和機械性能，按外部結構可分為軟性接頭和剛性接頭兩類。軟性接頭外徑大小近似等于海纜外徑，接頭外覆有金屬鎧裝，采用柔性連接并具有足夠強度；而剛性修理接頭通常采用預制式結構，外觀具有良好的機械性能和防海水腐蝕性能，并且采用高強度不銹鋼材料以增強其機械強度[5]。

該項目采用220kV三芯海底光纖復合纜，故障段切除后，選擇牽拉登陸段等長度備用海纜進行替換，以減少接頭數量?，F場采用的是改進型陸地電纜接頭，其海纜內部單相接頭示意圖如圖6所示。

海纜接頭和陸上電纜接頭的主要區別在于防水防腐和外部機械防護工藝。海纜接頭常年處于海水環境，不僅容易造成鎧裝以及外部護套的腐蝕，而且如果防水密封不到位，海水將直接進入到接頭內部造成海纜故障；此外，在埋設深度不夠的情況下還容易受到挖機、船錨等機械設備的損害，從而需要特殊防護處理[6]。

針對海纜密封防水，接頭內部每一相接頭外部均加裝密封套件，包括壓板、錐形密封圈、端面（含O型圈）、柱形密封圈、壓板、密封套筒等，安裝完成后再將防水絕緣密封膠灌入密封筒，以確保接頭與外界環境隔絕，達到防水密封的目的，如圖7所示。

而對于外部防護，接頭整體安裝有鎧裝夾具，夾具采用高強度鋼材，保證接頭外部有足夠的強度能夠承受挖機、船錨等常見的機械損傷；同時表面進行海洋重防腐噴漆處理，并設計有陰極保護系統，保證接頭具有良好的防腐性能；此外，在接頭盒兩段進一步加裝彎曲限制器，如圖8所示，防止海纜在敷設或者運行時過度彎曲，保證海纜的安全。接頭完成后，接著對海纜進行耐壓試驗，試驗合格后再重新挖溝敷設并做好標記。

4 海纜敷設整改建議

淺灘登陸段是海纜從海上升壓站到陸上集控中心所必經的區域，該段的海纜敷設由于挖機等機械設備的使用頻繁，容易發生機械損傷，從而需要不斷地改進施工工藝，并合理利用有限的工作窗口，杜絕為趕工期而野蠻作業，保證海纜的安全：

1、禁止挖機等機械與海纜有直接接觸。增加挖機鉤齒的防護，即在挖齒前端焊上圓管進行防護，如圖9所示；并嚴禁用挖齒直接移動海纜，在海纜起吊過程中需嚴格執行用吊帶等軟連接的方式移動海纜。

2、改進施工工藝，針對淺灘登陸段低潮無水區域采用水路挖掘機挖溝埋設，而針對低潮有水區域采用埋設犁進行海纜敷埋，減少挖機使用；

3、增加淺灘登陸段的海纜浮漂標記的綁扎數量，防止海纜被沖刷掩埋，減少海纜實際路由與敷設路由的偏離，并做好標記，方便辨識海纜位置；

4、進行海纜挖溝埋設或者根據海纜路由挖溝找纜作業，要和海纜或海纜路由保持一米以上的安全距離；當實際路由偏差較大時，相應增大安全距離，防止誤碰到海纜造成損傷；

5、要杜絕趕工期野蠻式作業，相關管理人員要合理制定海纜敷設作業計劃表，在有限的工作窗口期間合理安排敷設作業，并對作業人員進行培訓，操作過程中加強觀察。

【參考文獻】

[1]王裕霜.國內外海底電纜輸電工程綜述[J].南方電網技術，2012，6（2）：26-30.

[2]劉征.光纖復合海底電纜故障診斷方法研究[D].北京： 華北電力大學，2015.

[3]敬強，鄭新龍，李世強.海底電力電纜故障探測分析[J]. 浙江電力，2012，4：25-28.

[4]袁翔.電力電纜故障測試方法和定位研究[J].廣東科技，2010，19（22）：84-87.

[5]沃澤克，應啟良，徐曉峰等.海底電力電纜-設計、安裝、修復和環境影響[M].機械工業出版社，2011.

[6]GB/T 32346.3-2015，額定電壓220kV（Um=252kV）交聯聚乙烯絕緣大長度交流海底電纜及附件 第3部分：海底電纜附件[S].