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走近海上風電|海(hǎi)底電纜是怎樣敷設的

2020-01-15
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隨(suí)著陸地優質風能資源的逐步開發,海上風電作為發(fā)展趨勢已是可以預見的將來,然而技術難度與開發成本較高,仍(réng)是製約海上風(fēng)電發展的主要因素。

海上風電場建設成本構成中除海底基建外,中高壓海底電纜(lǎn)、海上變電站和輸電通道等項目也是導致(zhì)投資成本(běn)大大增加的重要因素。

海纜敷設技術及方案的成熟與否對(duì)一(yī)個海上風電場項(xiàng)目來說(shuō),無論從投資的經濟性還(hái)是風電場的可靠性和(hé)穩定性來看,都具有巨大的影響。

那麽,為什麽要(yào)做海纜敷設呢?

海上風(fēng)電場發電之後向(xiàng)陸地輸送電力並升(shēng)壓並網,海底電纜可以有效傳輸海上風電(diàn)機組發出的電能,作為海(hǎi)上風電場電能輸送通道,其安全可靠運行對海上(shàng)風電場的安全運行至關重(chóng)要。由於海纜被敷設在環境極其惡(è)劣(liè)的海底,在運行中除了受到潮汐、波浪、衝刷及地震等自然條件的作用外,還受到海(hǎi)底(dǐ)物質的摩擦、有害氣體侵蝕、人類海洋活動(dòng)的影響(xiǎng)。

走近海(hǎi)上風電|海底電纜(lǎn)是怎樣敷設的2020.1.15

因此,海底電纜不僅對防水、耐腐蝕、及(jí)其他不可控(kòng)外力碰撞等特殊性能要求很(hěn)高,還要有較高的電氣絕緣性能和安全可靠性 ,否則一旦出現(xiàn)故障,會(huì)對海上風電機組發電量造成巨大的經濟損失。

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海底電纜是怎樣進行線路布局的?海(hǎi)底電纜線路(lù)布局由集電線路聯絡及海纜敷設兩部(bù)分組成。


走近海上風電|海底電纜是(shì)怎樣(yàng)敷設的2020.1.15


在海上(shàng)風電場中,一般是(shì)遵循(xún)最大限度利用風能(néng)資源的原則來布置風電機組的,同(tóng)時還要盡量減小風力機之間的尾流影響(xiǎng),因此在(zài)進行海纜(lǎn)線路布局時,要(yào)設計(jì)出合理有效的連接(jiē)方式。

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目前,海上風電場內部集(jí)電線路布局方式主要分為以下三種基本形式:

放射形、環形、星形。

放射形布(bù)局是大多數風電場普遍采用的內部鏈接方法,其特點(diǎn)是結構簡單,投資(zī)成本較低;環形(xíng)布局相比放射(shè)形布局需要較高的投資成本,但能夠實現一定程度的冗餘,可靠性(xìng)較高。環形布局又可具體分為(wéi)以下幾種不(bú)同形式(shì):單邊(biān)環形、雙(shuāng)邊環形、由二者結合衍生出的複合環形。


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走近海上(shàng)風電|海底(dǐ)電纜(lǎn)是怎樣敷設的2020.1.15

纜敷設時的保護(hù)方式主要有以下幾種: 

除了選擇合適的海纜路由對海(hǎi)纜進行(háng)保(bǎo)護(hù)之(zhī)外,在海纜敷設過程中主要采取這(zhè)三種海纜保護方式:

開溝埋設

覆蓋防護材料穩定

錨固

其中,覆蓋防(fáng)護材料(liào)穩定需要較大的投資,而錨固保護僅適用於岩石海(hǎi)底的防環(huán)境因素破壞。

 

那麽,海纜常用的埋設方法都有哪些呢?

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1、開挖法簡介:

開(kāi)挖法采用挖泥船進行挖泥,挖泥的深度由埋設深度所決定。開挖(wā)結束後(hòu),直接將海纜敷設下去(qù),利用潮流將泥土回填。此種施工方法要達到一定的深度開挖的寬度(dù)和深度就需要按一定(dìng)的比例放坡,否則就會發生塌方的(de)現(xiàn)象。若海纜的埋深(shēn)為(wéi)3m、放坡比例為1:3(深度與寬度之比)時,開挖的寬(kuān)度就要達到9m。

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開挖法的溝(gōu)槽(cáo)深度與寬度

采用此方法施工(gōng),如果有船舶遇到惡劣氣候或緊急情況在海纜路由上拋(pāo)錨(máo)則很容易(yì)損壞海纜。

因為利用潮汐自然回填需(xū)要較長的一段時間才(cái)能將(jiāng)溝(gōu)槽全部覆蓋嚴密,而這段時(shí)間溝槽裏的土質非常稀(xī)鬆且溝槽的寬度很寬對海纜並無保護作用(yòng),所以船(chuán)舶拋錨後仍能(néng)危害海纜的安全。

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2、刀犁式埋設犁施工法簡介:

在作業時,海纜施工船在布纜的同時,依靠其強大的牽引(yǐn)力拖曳埋設犁,使安裝在埋(mái)設犁尾部的(de)刀犁在海(hǎi)床上掘削出一條溝(gōu)槽(cáo),然後將海(hǎi)纜埋入(rù)其中。其埋設深度由犁刀所決定,並可以通過控製係統調節埋設深度。在(zài)埋設犁的主體上,配(pèi)備有調節犁的(de)深度和寬(kuān)度用的液壓裝置,監視埋設犁姿態、障礙物和海纜導入等狀況的各種傳感器及電(diàn)視攝像(xiàng)機,還有向電視攝像機和埋設犁主體各組成部分發送控製信號,以及收集各種數據(jù)用的(de)機上信號處理裝置。在埋設時,由設於海(hǎi)纜施工船上的監控室通過控製設備與供電電纜對埋設(shè)犁進行控製和供給電源。

此(cǐ)施工方法需要有較大牽(qiān)引力(lì)的大(dà)型海纜施工船,在除了岩石以外的其他海底底質都可以進行(háng)海纜埋設。通常(cháng)情(qíng)況下較易在泥質地施工,而砂質地施工的強度(dù)相對(duì)較高。

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3、衝埋式埋設犁施工法簡介(jiè):

進行海纜埋設(shè)作(zuò)業時,依靠裝設在埋設犁掘削部的噴嘴噴射(shè)出高壓(yā)水流使海底泥沙流動形成溝槽,再將海纜埋(mái)於(yú)溝底。

這種施工方(fāng)法的主要特點是:可在布纜的同時埋設海纜,也可埋設已鋪設(shè)在(zài)海底的海纜;對海纜施工船的噸位大小和牽引(yǐn)力沒有高要求,隻需提供噴水所需動力;拖行張力(lì)比刀犁式埋設犁小,埋設(shè)深度大,最大埋深可以(yǐ)達到10m左右,如果衝埋設備結合空(kōng)氣提升裝置和機械切削裝置,將進一(yī)步提高埋設(shè)的深度。由於施工船吃水淺,工作水深可以是1.5m~150m的任何水深。

衝埋式施工船本身並無(wú)動力,通過輪流交替轉換牽(qiān)引錨或依靠其他船(chuán)隻牽引。埋設犁上裝有埋深指示、姿態、張力及壓力等傳感器, 將數(shù)據傳送到指揮中心,以控製施工質量。

施(shī)工的船速通常由埋(mái)設深度來(lái)決定(dìng),如果控製(zhì)中心的(de)計算機得到埋深達到要求的信息,將指揮船舶移動,否則繼續衝埋直至符合要求。此方法的埋設速度(dù)與海底土質、埋設深度有關,一般為(wéi)1m/min~10m/min左右,衝埋寬度(dù)為0.2m~0.4m。

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4、ROV衝埋施工法簡介:

ROV是水(shuǐ)下遙(yáo)控運載器,俗稱水下機器人,每個(gè)ROV都能安裝兩套衝埋設備、電纜切割機、能鉗起20t重物的夾鉗和25Hz音頻信號跟蹤器等設備各一套。

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結語

本文簡要介紹了現階段海上風電場(chǎng)集電電纜基本拓撲(pū)結構的類型。根據實際布機情況,綜合考慮電纜投資、施工難度以及可靠性等方麵的因素,對集電線路的聯絡進行優化設計。

根據海況測量(liàng)及地質調查結果,參考成熟的技術,運用已提出的關鍵技術解決方案,對工程海纜敷設工藝及方案進行綜合設計,以達到建設時間短,安全(quán)等級高,建(jiàn)設成本優的目標(biāo)。

來源:微(wēi)信公眾號“風脈能源”

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