7月3日,国网浙江省电力有限公司自主研发并投资建设的海缆施工船“启帆19号”在江苏南通顺利交付,“国蛟一号”再添重器。
随着我国大力发展海洋经济,海岛开发的电力需求逐渐增加,海上风电等产业发展前景广阔,海底电缆施工技术已广泛应用于电网跨海域互联、海洋岛屿供电、海上石油平台供电、海上可再生能源发电并网等领域。海缆施工受地质条件、海洋环境和施工设备等因素影响较大,施工技术复杂。由于近年来海底管线大量敷设,海缆施工也需减少对周边管线的影响,这对海缆敷设的精度、速度和安全性提出了更高要求。
国家电网有限公司依托舟山群岛相关海底电缆工程,在海缆研发、装备制造、施工、运维领域积累了大量经验,打造了“国蛟一号”海洋输电技术品牌,同时汇聚海洋输电全产业链优势资源,合力破解复杂海洋环境下电力传输问题。
海缆如何敷设?
同陆地电缆相比,海缆有独特的优势:一是敷设不需要挖坑道或用支架支撑,建设速度快;二是除了登陆地段外,海缆大多埋在一定深度的海底,抗干扰能力强,运行安全稳定。然而,海水那么深,施工人员是如何将电缆敷设在海底的呢?
首先是“扫海”。海缆敷设前,锚艇尾部系上扫海工具,沿每条设计路由往返扫海多次,直至海缆路由上没有废弃缆线、渔网等影响埋设犁施工的障碍物,为海缆施工打下基础。
然后是“入海”,即始端登陆。海缆始端登陆宜选择在登陆作业相对困难的一侧。海缆施工船锚泊尽量靠近登陆点,以缩短登陆距离,施工人员将船只固定在海缆路由轴线上方,利用浮托装置使海缆浮在海上,利用岸上绞车将海缆牵引至登陆点,待海缆上岸固定后拆除浮托装置,使海缆下沉至海底。
接着是“深埋”。始端登陆完成后,接下来发挥作用的是海缆施工船尾部的埋设犁。施工人员先将海缆装入埋设犁腹部,然后利用起吊索具将埋设犁吊入水中,缓缓搁置在海床面上。海缆施工船利用船舶动力定位系统沿设计路由移动,与此同时,埋设犁喷出高压水流冲开泥沙形成沟槽,将海缆同步埋入海底泥土中。
最后是“上岸”,即末端登陆。海缆敷设接近末端时,施工人员需将埋设犁回收至海缆施工船甲板上,然后把海缆从埋设犁内取出并放入船舶入水槽中,再使用浮托装置助浮,使海缆在水面上呈“Ω”形。放出的海缆长度满足登陆长度要求后,施工人员截断海缆并做防水封堵处理,再用绞磨机和布缆机将海缆牵引至末端位置。
“启帆19号”的全国之最
海缆敷设过程中,海缆施工船是最关键的施工装备。海缆施工船也称海缆敷设船、布缆船,是指其设有布缆机、船载缆盘等专用设备,供海上敷设、打捞和检修海缆用的船。其载缆量、作业能力等直接关系着海上输变电工程的覆盖海域。
目前,我国海上风能开发利用正逐渐向深远海发展。海上风电产生的电能需通过海缆输送到陆地,但以往的海缆施工船载缆量难以支撑长距离的电能输送。为此,国网浙江电力自主研发了载缆量全国最大的海缆施工船“启帆19号”。
“启帆19号”排水量2.4万吨,相当于一艘轻型航空母舰,在全国海缆施工船中排水量最大;载缆量达1万吨,可装载75千米三芯交流220千伏海缆、130千米单芯直流300千伏海缆或2000千米通信光缆,具备深远海海缆敷设与检修作业能力。
“启帆19号”采用我国自主研发的拖曳式水喷埋设犁,通过水泵喷出的高压水流可在海床上犁出一条4.5米深的沟壑,相较于传统埋设犁开挖深度更深,可更好地保护海缆免遭船锚或海洋生物等造成的破坏。
海缆施工船中央的圆盘状部分是船载缆盘,用于放置海缆。在敷设作业过程中,海缆将从船体后方延伸到海底。“启帆19号”通过卫星导航系统进行实时定位,并利用船身各处的传感器监测风浪,实时自动调整船身前后四个螺旋桨的推力,确保船只精准地定位在规划位置处。依靠动态定位系统,该船在静止状态下可保障海缆路由精准定位在0.5米范围内,敷设稳定性强。同时,该船采用电力推进技术,专设配电站,将柴油发电机产生的电能转换成直流电能,优化调配电力资源,提升了柴油发电机燃油效率,减少了碳排放量。
揭秘“国蛟一号”家族
除了“启帆19号”,“国蛟一号”海缆施工船家族还包括“建缆1号”“启帆9号”“启帆7号”,可完成海缆施工、检修、运维等任务。
2011年,“建缆1号”问世,其安装的第一代埋设犁使公司海缆施工方式由过去的直接抛放工艺变为深埋敷设工艺。2014年,“建缆1号”改造升级,搭载了最大载重量为2100吨的船载缆盘,完成了大型海缆工程——舟山五端柔性直流工程海缆敷设施工。它在复杂、恶劣的条件下,仅用6个月就完成了280千米海缆敷设。
2018年,国内首艘5000吨级载缆量海缆施工船“启帆9号”交付,具备承接大截面、长距离海缆相关工程的能力。它完成了世界首个500千伏交联聚乙烯海缆工程——舟山500千伏联网工程的7根海缆敷设施工。2022年,“启帆9号”埋设犁改造升级,新型埋设犁可完成5至100米深水下作业,作业速度每小时100至600米,埋设深度最大达4米。改造后的“启帆9号”完成了嵊泗二回路联网输变电工程海缆敷设。
2022年,国内首艘专业海缆检修船“启帆7号”交付使用,配备故障扫测功能仪、水下切割机、具有自主知识产权的船载净化房和“U”形检修通道等多项检修设备,适用于各种检修场景。“启帆7号”在多项检修工程中应用,大幅提升了检修效率,缩短了检修时间。