海底電力電纜在海上電力能源輸送中發(fā)揮越來越重要的作用，已廣泛應(yīng)用于島嶼供電、獨(dú)立電網(wǎng)連接、近海風(fēng)電場電力輸出、海上石油平臺供電、跨越江河海峽輸電等方面。

相比較陸上電纜，海底電力電纜路由往往長達(dá)數(shù)十公里甚至更長，一旦損傷需要通過多種手段才能找到故障點(diǎn)在水下的具體位置并實(shí)施打撈修理，維修周期很長，輕則影響供電區(qū)域的用戶需要，嚴(yán)重的需要封閉航道，造成更大范圍的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。

海底電力電纜的損傷分析

海底電力電纜的損傷統(tǒng)計(jì)不多，其損傷情況可以從造成大西洋中海底通信電纜損傷的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得到借鑒。

圖1 大西洋中海底通信電纜損傷原因

相比通信電纜，海底電力電纜往往具有較大的直徑以及更高的強(qiáng)度，然而其遭受危害形勢也依然嚴(yán)峻。海底電力電纜損傷因素主要包括船舶錨和漁具對電纜的外力破壞、海洋環(huán)境對電纜鎧裝的腐蝕、渦致振動(dòng)對電纜鉛護(hù)套的疲勞損傷、施工和打撈對電纜的拉力損傷、海浪沖刷對電纜的磨損傷害運(yùn)行、絕緣老化和接頭故障等等。

1 海底電力電纜的錨和漁具損害分析

隨著臨港工業(yè)的發(fā)展和海岸線的開發(fā)，在海域航行、修造、停港、施工的船只逐年增多，海底電力電纜張網(wǎng)捕魚和拋錨引起的外力損傷事故也隨之增加，成為危害電纜安全運(yùn)行的主要因素之一。錨和漁具勾、砸會(huì)使電纜嚴(yán)重受損，現(xiàn)代化的大型拖網(wǎng)漁船的卷揚(yáng)機(jī)和系船樁會(huì)產(chǎn)生很大的拉力，可以毀壞幾乎所有被鉤住的海底電力電纜。

拖網(wǎng)和漁業(yè)疏浚設(shè)備很少觸及埋深超過1m的電纜，表中1列出了船體重量，錨重以及穿透深度間的關(guān)系。

表1 船體重量，錨重以及穿透深度間的關(guān)系

2 海底電力電纜的自由懸掛損傷分析

大塊圓石場、海底裸露巖石、海底峽谷和陡坡是容易引起海底電力電纜自由懸掛的地形地貌。某海域典型陡坡地貌如圖2所示。

圖2 典型淺地層剖面圖

電纜在陡坡等地形中懸掛或懸空長度過大時(shí)，易受水流、涌浪影響下會(huì)左右搖擺，在交變位移的持續(xù)作用下，導(dǎo)致電纜在應(yīng)力集中區(qū)域的損傷和磨損，進(jìn)而引發(fā)絕緣損傷而擊穿。

自由懸掛的海底電纜受到水流沖擊會(huì)產(chǎn)生旋渦而引發(fā)的振動(dòng)稱之為渦致振動(dòng)，渦致振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致鉛護(hù)套的疲勞開裂，使電纜進(jìn)水引發(fā)事故。表2列出了導(dǎo)致兩種規(guī)格電纜渦致振動(dòng)的固有基頻和最小流速。

表2 產(chǎn)生渦致振動(dòng)的固有基頻和最小流速

3 海底電力電纜的腐蝕損傷分析

海底電力電纜金屬鎧裝處于海洋環(huán)境中，其飽受電化學(xué)及電化學(xué)與機(jī)械作用、生物作用協(xié)同產(chǎn)生的腐蝕，在海浪沖刷下，腐蝕機(jī)理復(fù)雜。鎧裝電腐蝕會(huì)引起海纜故障，海底沙浪沖刷會(huì)磨損電纜鎧裝的防腐層（一般鎧裝采用鍍鋅鋼絲），這也大大加速了鎧裝材料的腐蝕速率，對電纜運(yùn)行壽命造成很大威脅。

4 海底電力電纜的其他受損因素分析

除上述海底電力電纜的受損因素外，還包括施工和打撈中對電纜的張力和彎曲損傷、電纜透水后的電氣破壞、絕緣老化和接頭故障等。

海底電力電纜的防護(hù)

通過以上損傷的分析，針對影響海底電力電纜安全的地質(zhì)地貌、船舶作業(yè)等主要因素，從設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測等方面提高海底電力電纜的安全性。

1 海底電力電纜的設(shè)計(jì)防護(hù)

海底電力電纜的設(shè)計(jì)防護(hù)主要包括海底電力電纜的路由和電纜選擇兩個(gè)方面。

經(jīng)過詳細(xì)的地質(zhì)勘查，選擇路由時(shí)盡可能避開諸如航道、拋錨區(qū)、海底基巖區(qū)、海底峽谷和陡坡、水急流區(qū)等不利水下環(huán)境，避免和減小船只拋錨、自由懸掛和流沙沖刷等對海底電纜的損傷。

對于無法避開的不利地形地貌考慮選擇更高防護(hù)能力的電纜，例如雙層反向絞合鎧裝形式比單鎧裝結(jié)構(gòu)具有更大的抵抗外力破壞能力，其外層采用短節(jié)距，可同時(shí)提高抗沖擊性和柔性，使得電纜更好的吻合海底起伏的地勢，降低自由懸掛的概率。

2 海底電力電纜的施工防護(hù)

海底電力電纜的施工中常采取深埋敷設(shè)、覆蓋裝置保護(hù)。

深埋敷設(shè)的目的就是將海底電力電纜埋在落錨和漁具基本不會(huì)觸及的深度，以達(dá)到保護(hù)電纜的目的。埋設(shè)深度主要依據(jù)地質(zhì)柔軟程度、通航船舶噸位和埋設(shè)工具的能力確定。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差不適用于高壓水槍沖埋時(shí)，可考慮機(jī)械開槽、爆破、切割等手段。在極端不利的條件下，比如基巖區(qū)延伸很長、電纜與其他管線交越等情況時(shí)，就需要采用更合適的覆蓋裝置保護(hù)方式。

覆蓋裝置保護(hù)的主要是電纜保護(hù)套管、蓋板和鋼鏈，其對電纜的磨損和一般程度的外力沖擊損傷具有較好的防護(hù)效果，在工程中得到廣泛應(yīng)用。

3 海底電力電纜的監(jiān)測防護(hù)

海底電力電纜的監(jiān)測防護(hù)，主要包括海底電力電纜的某些參數(shù)特性監(jiān)測和電纜所在路由區(qū)域防護(hù)。

海底電力電纜可以通過光電復(fù)合海底電纜的光纖進(jìn)行溫度和應(yīng)力的實(shí)時(shí)監(jiān)測，進(jìn)而及時(shí)掌握海底電力電纜在安裝和運(yùn)行中的受力情況以及通電后的溫度特性。

路由區(qū)域防護(hù)可借助為捕魚船專門設(shè)計(jì)的船舶監(jiān)視系統(tǒng)（VMS）或所有船舶適用的自動(dòng)識別系統(tǒng)（AIS）實(shí)時(shí)掌握船舶的動(dòng)態(tài)信息，監(jiān)視靠近電纜路由的船舶航行，對有停泊嫌疑的船只發(fā)出告警。并有效的結(jié)合港口監(jiān)視和其他系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，如視頻、雷達(dá)等。

4 其他防護(hù)措施

海底電力電纜工程建設(shè)以后，應(yīng)向海事部門進(jìn)行申報(bào)備案，對電纜路由區(qū)域進(jìn)行標(biāo)注并發(fā)出公告信息，以便警示過往船只，減少電纜毀傷概率。海底電力電纜兩岸登陸點(diǎn)應(yīng)設(shè)置包括禁錨警示牌在內(nèi)的各類標(biāo)志牌，其警示標(biāo)志必須醒目，并具有穩(wěn)定可靠的夜間照明。海中和空中對電纜路由的巡視也是防護(hù)電纜的有效方法。

統(tǒng)計(jì)分析重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域和重要危險(xiǎn)時(shí)段，與當(dāng)?shù)卣⒑Ｓ蚬芾怼O政水產(chǎn)等部門及時(shí)溝通，了解和掌握路由情況。對航道、錨區(qū)、養(yǎng)殖區(qū)等容易發(fā)生船舶拋錨和漁具損傷地帶，容易引起磨損的不良地質(zhì)區(qū)等區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測，對船只回港避臺、新建和擴(kuò)建海洋工程施工、定期吸沙除淤作業(yè)時(shí)段和主要捕魚期等容易發(fā)生海底電力電纜毀傷事故的危險(xiǎn)時(shí)段進(jìn)行重點(diǎn)管理。

加強(qiáng)宣傳，在海底電力電纜路由沿線的碼頭、車站、運(yùn)營車船上張貼宣傳標(biāo)語，在媒體上定期宣傳和公告等。

結(jié)論

本文對引起海底電力電纜的損傷的幾個(gè)方面進(jìn)行了分析，從設(shè)計(jì)路由和電纜選型、施工防護(hù)和監(jiān)測等方面提出了對海底電力電纜保護(hù)的措施，為降低海底電力電纜的故障率，提高其安全防護(hù)水平提供參考。

本文編自《電氣技術(shù)》，標(biāo)題為“海底電力電纜的損傷分析與防護(hù)”，作者為鄭新龍、李世強(qiáng) 等。