500kV海南联网工程海底电缆风险分析及修复方法

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【摘要】海南联网工程是中国第一个500kv超高压、长距离、较大容量的跨海联网工程，也是继加拿大本土与温哥华岛交流跨海联网工程之后、世界上第二个同类工程。文章研究了500kV海底电缆在运营过程中所承受的各种损伤风险以及相应的修复方法，并且详细叙述通过OTDR对海底电缆故障定位的方法。

【关键词】500kV海底电缆;损伤风险;OTDR

引言

海底电缆路由北起广东省徐闻县的南岭村，自北向南穿越琼州海峡西段的北部堆积区、北部侵蚀-堆积区、中央深槽、南部隆起带和南部近岸侵蚀-堆积区共5个地貌单元，到达海南省澄迈县林诗村，路由最大水深97米，正因为海底电缆所处琼州海峡，每年过往轮船11万艘，外轮2000余艘，两岸近海捕捞、养殖活动频繁，船舶抛锚和渔业活动严重威胁海底电缆安全。因此保卫海底电缆的安全稳定运行是在南方电网公司工作的重中之重。该文针对海南联网工程海底电缆的运维现状，进行全面细致的风险分析及修复方法的介绍。

1.损伤

1.1 受损原因

在海底电缆的150年历史中，海底通信电缆和电力电缆的故障主要都是由渔具和锚的伤害而造成的。图1显示的是造成大西洋中的通信电缆损伤的原因，如捕鱼作业、锚损伤、自由悬挂、鱼类咬伤、地震或泥沙运动等等。除了图中给出的原因之外，也报道过一些其他原因，其中包括在菲律宾和其他地方炸鱼所造成的电缆损伤。下面，我将对一些海底电缆受损的危害进行讨论。

图1 大西洋中的通讯电缆的损伤原因

海底电缆故障的维修费用昂贵，而且往往需要相当长的时间，因为修理船只并不总是随叫随到的，而且天气条件可能会阻碍修复电缆数周甚至数月。但由于通讯业的发展，世界各国安装了大量的海底通信电缆。而海底电力电缆往往具有较大的直径以及更高的强度。自2009年6月30日海南联网工程海底电缆带点投运至今，通过南方电网超高压输电公司广州局海口分局运行与监视班统计得出以下图表。

表1 2009-2013年在海南联网工程海底电缆保护区发生的船舶抛锚、异常中渔船与货船的数据

类别 抛锚事件（艘/次） 异常事件（艘/次） 小计（艘/次） 百分比

渔船 45 127 172 47.25%

货船 30 97 127 34.89%

油船 3 9 12 3.30%

拖船 1 5 6 1.65%

工程船 1 2 3 0.83%

沙船 1 0 1 0.27%

护航船 0 1 1 0.27%

海警船 1 0 1 0.27%

未知类别 10 31 41 11.27%

总计 92 272 364 100%

由以上图表可以看出，无论是抛锚还是船速异常，居首位的都是渔船，其次是货船，这两个原因占据所有事件的82.14%，所以海缆受外力破坏的主要风险就是渔船捕鱼和货船抛锚。因此保护海缆免受外力破坏的主要对象就是附近渔村的渔船和过往琼州海峡的货船。

图2 2009-2013年在海南联网工程海底电缆保护区发生的船舶抛锚、异常中渔船与货船的百分比

1.2 渔具造成的损伤

网板拖网捕鱼的速度一般为2-4节，网板是一块大而平的铁板，为了保持渔网向下，网板需要在海床下面滑过，从而陷入到海床松软的淤泥中达30-40cm深。网板的重量可达3.5吨，一些拖网渔船同时拖两张或三张渔网。当拖网渔船的速度为2.9节，电缆被它1900kg重的网板水平撞击时，受到估计为11吨的外力冲击。另一种为定置刺网捕鱼用桩或锚将网具敷设在鱼类通道上，待鱼类刺挂于网具或缠络在网衣上而被捕获。该网由锚或重物固定在海底。这些锚可以陷入沙质海底1.5-2.7米深。渔网会被放置到潮流很强的地方，以捕获较大的鱼群。如果锚钩住海底电缆，强潮流会是海底电缆遭受到相当大的外力。海南联网工程的海底电缆横跨的琼州海峡西部，而海峡西部的徐闻渔场和东部的琼山、铺前港渔场，盛产马鲛鱼、黄花鱼、鲨鱼等几十种鱼类，琼州海峡是当今年世界上最大的黄花鱼场。因此这里捕鱼船数量众多，捕鱼作业频繁，并且大多数渔民选择定置刺网捕鱼，这对海缆的安全构成了极大的威胁。

1.3 船锚造成的损伤

如图1所示，锚造成的损伤在海底电缆所有原因中排位第二。船舶突遇紧急情况下的抛锚，如电力的中断、发动机故障等，像这种抛锚案例在海南联网工程的海底电缆保护区内也屡见不鲜。第二种船舶突然抛锚的情况则是遇到台风、风暴等海上恶劣环境的时候，由于海缆北侧登陆段位于广东的南岭，由这里的地形是一个天然的避风场所，因此船舶为躲避台风就会在此附近抛锚。

对埋入的海底电缆的破坏能力随着锚的重量增加而增大的原因如下：当锚直接撞击海缆时，由于惯性，较重的锚具有更大的破坏力，加之锚会随着船舶运动而被拖动数百米。这极容易将海底电缆拉扯断裂。因此在对海缆路由日常监视工作中锚重较大的船舶会被我们认真关注，直至其驶出海缆保护区。下面的公式即为锚重与船舶自重的关系公式。

（1）

式中，x是船舶自重（t）;y是锚的重量（kg）

利用这种关系，可以根据电缆路由上船的尺寸分布来确定锚的尺寸分布，合理的计算出它的风险值。

1.4 悬空造成损伤

许多损伤是由于电缆安装后，随着地形地貌的变化而形成的海缆悬空引起的。有时岩石区和大面积海底岩石是无法避开的。即使采用最适当的安装和保护方法，电缆也可能在无法通过海底障碍物时，形成自由悬挂。这种情形结合水流条件，很容易因为漩涡而引发振动，这种现象称作涡致振动（VIV），这种振动会使电缆与接触点产生很强的摩擦。南方电网公司2013年海底电缆综合检测中并未发现海缆有悬空现象，不过随着海底地貌地形的不断变化，定期对海底电缆进行全方位的检测也是必不可少的。