海上油气田岸电工程海底电缆型式选择关键策略研究.pdf

.57第9 期海上油气田岸电工程海底电缆型式选择关键策略研究黄浩军，李海学?，孟凡磊？（1、中海石油（中国）有限公司天津分公司天津滨海新区3 0 0 459）(2、中海油安全技术服务有限公司天津滨海新区3 0 0 450)摘要】海底电缆是海上油气田岸电工程中输变电的关键设备，海底电缆的型式选择关系着整个岸电工程系统性安全运营和长效管理。本文从当前我国海上油气田岸电工程建设发展现状出发，转变了以往单纯从技术制造和采购费用分析海底电缆选型的思路，具体从安全风险、电气性能、工程造价及使用维保等角度深入分析，对海上油气田岸电工程海底电缆的型式进行综合比选，以确定交联聚乙烯绝缘海底三芯电缆的最佳适用性，完善了海上油气田岸电工程海底电缆型式选择关键策略方法，对指导岸电工程实践，为海上油气田岸电工程的建设及后续运营维保提供了有益参考依据。关键词】海上油气田；岸电；海底电缆；型式选择概述随着国家能源强国战略和油气行业增储上产的实施，海上油气田持续推进高效勘探开发在保障国家能源安全、构建油气发展新结局中发挥了重要作用。而大力推进海上油气田岸电工程的建设和应用，既是扩大海上油气生产规模，积极应对我国油气资源安全形势的重要抓手，也是切实响应“碳达峰碳中和”号召，调整经济产业结构，实现清洁生产、环保节能目标的有力支撑。随着我国海上油气田岸电工程逐渐从设计构想阶段走向实际工程应用阶段，有关岸电工程建设的研究也相应的越来越受到业内关注。考虑到传统的从技术制造和采购费用分析具有较大片面性，本文着重从安全风险、电气性能、工程造价及使用维保等综合角度分析了海上油气田岸电工程海底电缆的型式比选的关键策略，以确定当前我国海上油气田发展阶段下交联聚乙烯绝缘海底三芯电缆的最佳适用性，从而为海上油气田岸电工程的建设及后续运营维保提供有益参考依据。1海底电缆型式选择研究的必要性海底电缆工程是世界公认的实施难度大、技术要求高、运营管理困难的大型工程之一，其不仅涉及地球物理、海洋环境、地质勘探等学科，而且在电缆的选型、安装及维保等各个环节均会涉及高难度技术。而在如此庞大的海底电缆工程系统中，最为基础和关键的就是海底电缆的型式选择。不同海缆的敷设方式、铠装、外套及电气性能和运营维护技术有所不同，并且对海上习惯航路走向、油气田电力用户的结构设计和整个岸电工程的系统架构均会产生极大的影响。因此，海底电缆的选型看似“微小”，实际上在海上岸电工程中起着“牵一发动全身”的作用。要想彻底攻克海底电缆工程这个世界难题，就必须有系统性的方法有针对性选取最佳适用电缆，为海底电缆工程的顺利实施提供材料基础。其次，从岸电工程整体性来讲，海底电缆是海上油气田岸电工程中输变电的关键设备，承担着在海底传输大功率电能、防止或减少电力衰减等重要任务，是连接陆地电网与海上用电平台之间的纽带。海底电缆型式的选择关系着整个岸电工程系统性安全运营和长效管理，也直接影响海上平台能否顺利用电进行生产。如何采用有效的综合分析策略来选择最佳适用性的电缆是保障岸电应用工程正常运转的关键。海底电缆选型不当，不仅会浪费大量的人力物力和资金资源，而且难以保障海上平台的正常供电，使海上平台面作者简介：黄浩军，（1 9 7 0-），男，汉族，本科学历，毕业于中国石油大学（华东），工程师，任职于中海石油（中国）有限公司天津分公司，主要从事高压电气设备建造、运行等方面的管理工作。58-2023年第2 6 卷论文广场石油和化工设备临较高运营风险，甚至严重威胁海上过往船只和海域安全，严重者可能会发生海缆事故，造成环境污染等次生事故。因此，海底电缆型式的选择不仅是一个海洋工程物料选型的技术问题，而且是一个涉及安全环保的政治经济重大课题，必须加以重视。2海底电缆型式选择关键策略路线充油电缆虽然机械性能好，毕竟敷设安装不便、易燃、不环保，一旦发生漏油，将对周边海域生态环境造成较大影响，且受油压限制线路长度有限。因此，海上油气田岸电工程海底电缆的绝缘一般选择交联聚乙烯绝缘电缆 2 。从制造技术上分析，目前国内在2 2 0 kV电压等级交联聚乙烯绝缘不论单芯电缆还是三芯电缆其制造技术都已十分成熟，且单根电缆生产长度现在几乎已不受限制。因此对于2 2 0 kV及以下的交联聚乙烯绝缘海底电缆，传统的从制造技术、制造成本等考虑选择单芯或三芯电缆已经不适用，应当从其他方面进行综合研究。2.1安全风险海底电缆的铺设首先应该从保护海缆线路海域走廊的安全出发。海域走廊的宽度会直接影响到电缆的选型。按照设计原理，海域走廊宽度与海底电缆总根数基本成正比关系：海域走廊越宽，可选择最宽序列，铺设最多的电缆；海域越窄，应选择最窄序列，减少电缆总数量。在常规条件下，海域海底电缆保护区设立宽度的规格排列为：一回单芯电缆所占面积最大，需要保护的宽度最宽；其次为两回三芯；最后是一回三芯，所占面积最小，需要保护的宽度最窄 3 。具体到目前我国海上油气田岸电工程建设的实际情况，现有岸电工程均布置于近海，尚未涉及深海，因此海域内涉及现有港口、习惯航道、海底管线、海上风电场、海上平台等，海域走廊已经异常拥挤，对于铺设单芯电缆所需要的正常海底电缆保护区宽度已经很难满足，因此按照最宽原则选择“一回单芯电缆”不太适用当前我国海上岸电工程的建设实际。另外，从海底电缆自身安全保障出发，海域走廊的宽度、单位面积内海缆的密度也会影响海底电缆整体运营安全。在海域上，船舶抛锚、拖网捕鱼属于随机概率事件，海域走廊越宽，意味着更多不稳定的因素（如拖轮、渔船、客船等）进入到此海域中，加上海缆数量越多、铺设越密集，意味着被击中的危险越大，海底电缆线路则面临着越高的被破坏的风险。综合分析上述方案，在同等岸电建设需求、单位面积一定的情况下，海底电缆总体安全性能由高到低的型号排列为：一回三芯 两回三芯 一回单芯。进一步分析，在同等海域面积内铺设，单芯电缆的数量会比三芯电缆多得多，不仅造成航路拥挤，还有可能被拖锚一次击中多根，相当危险。因此应当尽量选择三芯电缆，减少海底电缆根数、并拉大海底电缆之间的间距，理论上这种选型和布局，海底电缆受整体外力破坏的概率会更小，安全系数更高。11.阻水导体22.导体屏蔽33.XLPE绝缘44.绝缘屏蔽55.半导电阻水带66.铅套77.半导电PE护套88.内衬层99.铠装层-1010.外被层图1 单芯海底电缆结构示意图11.阻水导体22.导体屏蔽33.XLPE绝缘44.绝缘屏蔽-55.半导电阻水带66.铅套-77.半导电PE护套88.填充99.光纤单元1010.绑扎带1111.内衬层1212.铠装层-1313.外被层图2 三芯海底电缆结构示意图2.2电气性能从电气性能上考虑，不同型号海底电缆也存在差异。三芯海底电缆在铠装上的感应电流相互抵消，其外层金属铠装的损耗很小 4，因此三芯海底电缆能够采用磁性材料的铠装，如最常用的镀(下转53 页）59-第9 期黄浩军等海上油气田岸电工程海底电缆型式选择关键策略研究锌钢丝铠装。而对于单芯电缆，则需要采用更为复杂的铠装方案，如铜带、不锈钢丝、增加回流导体等。若铠装层材料选择不当，将造成铠装层的损耗过高，从而限制海底电缆载流量。相比而言，采取单芯电缆复杂的铠装方案，一方面大大增加了电缆的采购技术要求，其最终电气性能不一定能超越三芯海底电缆；若采用普通钢丝铠装，则又造成线损较大。因此从降低线路长期损耗角度出发，三芯海底电缆相比单芯海底电缆更有优势 5。2.3工程造价从海底电缆采购费用考虑，在同等适用电压等级及截面条件下，单根三芯海底电缆价格相对三根单芯海底电缆的造价略低。考虑到施工费用，单芯海底电缆和三芯海底电缆在单根冲埋施工费上差别极小，但是，从工程造价整体考虑，工程总体施工费用与海底电缆根数成正比。在海域面积一定的情况下，单芯海底电缆需求数量比三芯海缆多，因此施工费用要远高于三芯海底电缆 5。同时，还应看到与海底电缆施工费用直接挂钩的还有建设工程量和建设工期，采用单芯海底电缆对应的建设工程量和建设工期要远大于采用三芯海底电缆的方案。以目前国内外主流敷设船只的作业速率4KM/d计算，按1 0 0 km单根海底电缆长度，单根海底电缆的完整敷设的正常时间约为25天，仅包含两端登陆敷设、连续冲埋敷设、中间停机调整等；若采用一回单芯电缆，海缆施工工期将成倍数增加，工程总造价也将极大增加，给建设单位带来很大财务负担。2.4使用及维保海底电缆的选型不能只考虑建设期，应当从使用和长期维保的角度综合分析。海底管线建成后需按年向海域管理部门缴纳海域使用费，针对海底电缆，按海底电缆左右各1 0 m宽度计算占用面积，常规单价为0.7 万元/公顷*年。海底铺设电缆根数越多，越密集，占用面积越多，海域使用费越贵。因此，对于海上油气田岸电工程而言，按年缴纳海域使用费对比由大到小顺序为：一回单芯两回三芯 一回三芯。需要注意的是海域使用费是按年缴纳，采用单芯海底电缆时每年均需缴纳较高的海域使用费，长期下来使用成本比三芯海底电缆高出很多。除此之外，还有电缆维检修费用。一般海底电缆投运后每隔5年左右需对海底电缆线路进行一次全面体检，费用也是以单根累计长度计算，以常规海底管线工程参考单价5万元/km的维检修费用来估算，采用单芯海底电缆对应费用也更高。3海底电缆型式选择研究的结论综合以上研究策略，进一步按照同类型海上油气田岸电工程建设参数指标核算，单芯与三芯海缆两者综合技术经济对比如表1 所示。表1 单芯海缆与三芯海缆综合技术经济对比参数单芯三芯备注占用海域走廊宽度（m2/k m）8000020000单芯海缆按间距3 0 m考虑海缆费用（万元/km）相对略高相对略低工程量及工期相对较长相对较短施工费用（万元/km）270110受破坏安全风险高较低性能损耗高较低海域使用费高较低参考单价0.7 万元/公顷*年维检修费用高较低参考单价5万元/km从对比分析中可以看出：按间距3 0 m考虑，单芯海缆在同等海域走廊宽度下，铺设占用宽度是三芯海缆的四倍，施工费用约是三芯海缆的2.5倍，并且线路损耗大，受外力破坏性风险更高，在后续使用和维保中，单芯海缆的费用更高。综上所述，通过采取从安全风险、电气性能、工程造价及使用维保等多维度选型策略，与单芯海缆相比，三芯海缆占用海域资源更少、投资更小、施工工期短、海缆损耗小，因此海上油（上接59页）-53第9期杨庆威等LNG槽车装卸技术综合分析信息全部显示在屏幕上，通过细致的操作提示及严密的控制逻辑，帮助操作人员安全、方便的完成每一次操作。4结语以上是对现有运行项目的经验总结，其主要阐述LNG槽车装卸系统的关键技术，为设计、制造以及使用等环节的把控提供了重要参考。随着今后LNG项目的不断建设，还会有很多细节需要不断改进和完善，从而使得装卸撬技术更便于操作并且更加的智能化。参考文献1熊光德，毛云龙.LNG的储存和运输 .天然气与石油，2005,23(2)：17-2 0.气田岸电工程海底电缆型式推荐选择三芯海缆更适用，能够在安全性、经济性和技术性上保持最佳平衡。参考文献1王丽媛.国内外海底电缆发展现状及未来发展趋势 .电力系统装备,2 0 2 0,(9):8 4-8 5.2郑玲玲;隗仁然.海底电缆专利技术综述 .河南科技,2 0 17,2宋坤，衣鹏，胡贤文.LNG槽车装车撬应用和国产化进程.油气储运，2 0 13,6（3）：5-8.3贺耿，王正，包光磊.LNG槽车装车系统的技术特点 .油气储运，2 0 12,8（4）：12-14.4液体装卸臂工程技术要求(HG/T21608一2 0 12)S中华人民共和国化工行业标准，2 0 12.5韩会林,孙兰萍,张圣康.国内首台LNG槽车装车设备设计.装备制造技术,2 0 13,No.22408):198-199+211.6张太杰.国产与进口槽车装卸撬比较 J.上海煤气,2 0 16,No.321(05):16-21.7周树辉,宋坤,陈海平等.LNG槽车智能化充装系统设计与研究.天然气与石油,2 0 2 1,39(0 3):38-43.8陈晨,程龙军.液化天然气装卸干式接头设计及应用研究 .安全、健康和环境,2 0 2 2,2 2(0 7):15-2 0+2 8.收稿日期：2 0 2 3-0 3-2 2 修回日期：2 0 2 3-0 8-0 5(12):52-54.3李彦平；刘大海.基于海域空间资源配置的海底电缆管理与保护研究 .广东海洋大学学报,2 0 17,37(5):56-6 0.4李萌.海底电缆载流量计算方法的研究与应用 D.华北电力大学,2 0 18.5许新鑫;赵陆尧.探究6 6 kV集电海缆在我国大型海上风电项目中的应用 .机电信息,2 0 19,(30)：2 3-2 4.收稿日期：2 0 2 3-0 4-13修回日期：2 0 2 3-0 7-2 7今年以来，国务院国资委在多个场合表示，要聚焦重点领域，持续提升产业链韧性，着力提高国资央企核心竞争力。其中，日前举办的国务院国资委党委扩大会议表示，要持续深化改革，强化创新驱动，不断提高企业核心竞争力、增强核心功能，在建设现代化产业体系、构建新发展格局中，更好发挥科技创新、产业控制、安全支撑作用；要把准方向，以进一步深化国有企业改革为契机，坚定不移做强做优做大国有资本和国有企业，为服务保障国家安全、能源安全、粮食安全、电力安全、科技安全等提供强有力支撑。