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走近海上风电|海底电缆是怎样敷设的?

北极星风力发电网  来源:风脉能源    2019/12/2 9:58:27  我要投稿  

北极星风力发电网讯:我们先看下影响海上风电投资成本的因素

(来源:微信公众号“风脉能源”)

随着陆地优质风能资源的逐步开发,海上风电作为发展趋势已是可以预见的将来,然而技术难度与开发成本较高,仍是制约海上风电发展的主要因素。

海上风电场建设成本构成中除海底基建外,中高压海底电缆、海上变电站和输电通道等项目也是导致投资成本大大增加的重要因素。

海缆敷设技术及方案的成熟与否对一个海上风电场项目来说,无论从投资的经济性还是风电场的可靠性和稳定性来看,都具有巨大的影响。

那么,为什么要做海缆敷设呢?

海上风电场发电之后向陆地输送电力并升压并网,海底电缆可以有效传输海上风电机组发出的电能,作为海上风电场电能输送通道,其安全可靠运行对海上风电场的安全运行至关重要。由于海缆被敷设在环境极其恶劣的海底,在运行中除了受到潮汐、波浪、冲刷及地震等自然条件的作用外,还受到海底物质的摩擦、有害气体侵蚀、人类海洋活动的影响。

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因此,海底电缆不仅对防水、耐腐蚀、及其他不可控外力碰撞等特殊性能要求很高,还要有较高的电气绝缘性能和安全可靠性 ,否则一旦出现故障,会对海上风电机组发电量造成巨大的经济损失。

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海底电缆是怎样进行线路布局的?海底电缆线路布局由集电线路联络及海缆敷设两部分组成。

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在海上风电场中,一般是遵循最大限度利用风能资源的原则来布置风电机组的,同时还要尽量减小风力机之间的尾流影响,因此在进行海缆线路布局时,要设计出合理有效的连接方式。

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目前,海上风电场内部集电线路布局方式主要分为以下三种基本形式:

  • 放射形

  • 环形

  • 星形

放射形布局是大多数风电场普遍采用的内部链接方法,其特点是结构简单,投资成本较低;环形布局相比放射形布局需要较高的投资成本,但能够实现一定程度的冗余,可靠性较高。环形布局又可具体分为以下几种不同形式:

  • 单边环形

  • 双边环形

  • 由二者结合衍生出的复合环形

缆敷设时的保护方式主要有以下几种:


除了选择合适的海缆路由对海缆进行保护之外,在海缆敷设过程中主要采取这三种海缆保护方式:

开沟埋设

覆盖防护材料稳定

锚固

其中,覆盖防护材料稳定需要较大的投资,而锚固保护仅适用于岩石海底的防环境因素破坏。


那么,海缆常用的埋设方法都有哪些呢?

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1、开挖法简介:

开挖法采用挖泥船进行挖泥,挖泥的深度由埋设深度所决定。开挖结束后,直接将海缆敷设下去,利用潮流将泥土回填。此种施工方法要达到一定的深度开挖的宽度和深度就需要按一定的比例放坡,否则就会发生塌方的现象。若海缆的埋深为3m、放坡比例为1:3(深度与宽度之比)时,开挖的宽度就要达到9m。

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开挖法的沟槽深度与宽度

采用此方法施工,如果有船舶遇到恶劣气候或紧急情况在海缆路由上抛锚则很容易损坏海缆。

因为利用潮汐自然回填需要较长的一段时间才能将沟槽全部覆盖严密,而这段时间沟槽里的土质非常稀松且沟槽的宽度很宽对海缆并无保护作用,所以船舶抛锚后仍能危害海缆的安全。

2、刀犁式埋设犁施工法简介:

在作业时,海缆施工船在布缆的同时,依靠其强大的牵引力拖曳埋设犁,使安装在埋设犁尾部的刀犁在海床上掘削出一条沟槽,然后将海缆埋入其中。其埋设深度由犁刀所决定,并可以通过控制系统调节埋设深度。在埋设犁的主体上,配备有调节犁的深度和宽度用的液压装置,监视埋设犁姿态、障碍物和海缆导入等状况的各种传感器及电视摄像机,还有向电视摄像机和埋设犁主体各组成部分发送控制信号,以及收集各种数据用的机上信号处理装置。在埋设时,由设于海缆施工船上的监控室通过控制设备与供电电缆对埋设犁进行控制和供给电源。

此施工方法需要有较大牵引力的大型海缆施工船,在除了岩石以外的其他海底底质都可以进行海缆埋设。通常情况下较易在泥质地施工,而砂质地施工的强度相对较高。

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3、冲埋式埋设犁施工法简介:

进行海缆埋设作业时,依靠装设在埋设犁掘削部的喷嘴喷射出高压水流使海底泥沙流动形成沟槽,再将海缆埋于沟底。

这种施工方法的主要特点是:可在布缆的同时埋设海缆,也可埋设已铺设在海底的海缆;对海缆施工船的吨位大小和牵引力没有高要求,只需提供喷水所需动力;拖行张力比刀犁式埋设犁小,埋设深度大,最大埋深可以达到10m左右,如果冲埋设备结合空气提升装置和机械切削装置,将进一步提高埋设的深度。由于施工船吃水浅,工作水深可以是1.5m~150m的任何水深。

冲埋式施工船本身并无动力,通过轮流交替转换牵引锚或依靠其他船只牵引。埋设犁上装有埋深指示、姿态、张力及压力等传感器, 将数据传送到指挥中心,以控制施工质量。

施工的船速通常由埋设深度来决定,如果控制中心的计算机得到埋深达到要求的信息,将指挥船舶移动,否则继续冲埋直至符合要求。此方法的埋设速度与海底土质、埋设深度有关,一般为1m/min~10m/min左右,冲埋宽度为0.2m~0.4m。

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4、ROV冲埋施工法简介:

ROV是水下遥控运载器,俗称水下机器人,每个ROV都能安装两套冲埋设备、电缆切割机、能钳起20t重物的夹钳和25Hz音频信号跟踪器等设备各一套。

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结语

本文简要介绍了现阶段海上风电场集电电缆基本拓扑结构的类型。根据实际布机情况,综合考虑电缆投资、施工难度以及可靠性等方面的因素,对集电线路的联络进行优化设计。

根据海况测量及地质调查结果,参考成熟的技术,运用已提出的关键技术解决方案,对工程海缆敷设工艺及方案进行综合设计,以达到建设时间短,安全等级高,建设成本优的目标。


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