CN104934920A - 海上风电场集电海缆出i/j型管后的保护方法及结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风电场集电海缆出基础I/J型管的保护方法及结构，该保护方法包括如下步骤：S100、根据海缆悬空情况，分析确定需要设置的混凝土密封膜袋的大小、层数及安装位置；S200、根据确定的需要设置的混凝土密封膜袋的信息，在海缆底部设置混凝土密封膜袋；S300、向混凝土密封膜袋中灌浆，实现对悬空段海缆的固定和支撑。解决了海缆悬空无防护的问题，同时还解决了传统技术中采用深埋法施工不便以及二次掏刷问题，沙袋压载固定不牢固以及二次掏刷问题，柔性保护管方案价格昂贵问题。

Description

海上风电场集电海缆出I/J型管后的保护方法及结构

技术领域

本发明涉及海洋工程领域，尤其涉及近海、潮间带海上风电场集电海缆出I/J型管后的保护方法及结构。

背景技术

海上风电是一种重要的清洁能源，由于其具有风速较高、风频稳定、切变小、资源丰富、不占土地、适宜大规模开发等特点，且海上风电靠近经济发达地区，距离电力负荷中心近，电力消纳能力强，不存在接入和限电问题等优点，近年来不断的规模化发展。

海底海缆是海上风电场风机与风机之间联网送电以及风场向大陆电网输电的重要设备。风场内集电海缆出I/J型管后，通过冲埋方式埋入海床面以下，在J型管出口与埋入海床下这一段海缆往往是悬空的，并且随着海水长期的冲刷作用，海缆悬空段会越来越长，在洋流、涌、浪作用下悬空段的海缆长期处于摆动状态。除了风场内集电海缆出I/J型管处海缆悬空问题外，风电场中的主海缆或者集电海缆由于路径地质原因、局部水流原因、拖锚原因以及其他原因，也会导致海缆在长期运行后发生局部段的悬空造成海缆长期处于摆动问题。悬空段的海缆长期处于摆动状态会对海底海缆的使用寿命会产生很大的影响，严重的会造成J型管固定端连接点疲劳断裂，海缆与J型管出口处钢结构的长期摩擦也造成海缆磨损最终导致海缆断裂。目前在国内外海上风电场工程故障70％与海缆破坏有着直接或间接的关系。

传统技术中，主要提出了三种解决以上问题的方案：(1)将I/J型管出口位置设置于海床面以下一定深度(埋深根据具体条件计算分析确定)，使海缆不漏出原始海床面，即提前考虑了海床的冲刷预留深度，但是采用这种深埋法施工十分不便；(2)或者在海缆出I/J形管后，采用抛水泥沙袋或者抛石的方案进行防冲刷，但此方案由于环保要求往往很难实施；(3)或者采用专用的柔性多节保护管装置对海缆进行保护，但此套装置成本非常高。

发明内容

基于此，针对上述的问题，本发明提出一种海上风电场集电海缆出基础I/J型管的保护方法及结构，解决了海缆悬空无防护的问题，同时还解决了传统技术中采用深埋法施工不便以及二次掏刷问题，沙袋压载固定不牢固以及二次掏刷问题，柔性保护管方案价格昂贵问题。

其技术方案如下：

一种海上风电场集电海缆出I/J型管后的保护方法，包括如下步骤：

S100、根据海缆悬空情况，分析确定需要设置的混凝土密封膜袋的大小、层数及安装位置；

S200、根据确定的需要设置的混凝土密封膜袋的信息，在海缆底部设置混凝土密封膜袋；

S300、向混凝土密封膜袋中灌浆，实现对悬空段海缆的固定和支撑。

下面对其进一步技术方案进行说明：

进一步地，其中步骤S300还包括如下步骤：

S310、在悬空段海缆底部设置混凝土密封膜袋后，通过水上灌浆管接入混凝土密封膜袋的灌浆孔，向混凝土密封膜袋中灌注入预定量的混凝土浆料；

S320、拆除灌浆管，安装封堵塞密封混凝土密封膜袋的灌浆孔，完成对悬空段海缆的固定及支撑。

进一步地，对于新建海上风电场工程，其中步骤S100还包括如下步骤：

S110、收集场址资料、基础结构资料及海缆铺设图纸资料，通过对沉降预分析、后期冲刷预分析以及压载分析，确定需要设置的混凝土密封膜袋的大小；

S120、通过预估后期二次冲刷的可能性以及工程所在区域的海流大小，确定需要设置的混凝土密封膜袋的层数；

S130、通过冲刷坑模拟分析，确定混凝土密封膜袋的安装位置。

进一步地，其中步骤S200还包括如下步骤：

根据确定的需要设置的混凝土密封膜袋的安装位置，在海缆铺设前事先在海缆底部安置需要大小的单层或多层混凝土密封膜袋。

进一步地，对于已建海上风电场工程，其中步骤S100还包括如下步骤：

收集场址资料、基础结构资料、海缆铺设图纸资料以及目前的冲刷情况，通过对沉降预分析、后期冲刷预分析以及压载分析，确定需要设置的混凝土密封膜袋的大小。

进一步地，其中步骤S200还包括如下步骤：

根据确定的需要设置的混凝土密封膜袋的大小，将混凝土密封膜袋水下设置于悬空段海缆底部，并将悬空段海缆固定于混凝土密封膜袋上，该混凝土密封膜袋设置于冲刷坑中心位置处。

此外，本发明还提供一种海上风电场集电海缆出I/J型管后的保护结构，包括设置于悬空段海缆下方的混凝土密封膜袋，所述混凝土密封膜袋中灌注混凝土；设置于所述混凝土密封膜袋侧面的灌浆孔，以及多个并排设置于所述混凝土密封膜袋顶部的海缆固定扣。

通过将混凝土密封膜袋设置在悬空段海缆下方，并在混凝土密封膜袋侧面设置灌浆孔，可通过该灌浆孔往混凝土密封膜袋中灌设混凝土浆料，将悬空段海缆支撑起来，使悬空段海缆不再悬空。另外，通过在混凝土密封膜袋上设置海缆固定扣，可将海缆固定于混凝土密封膜袋上。从而实现对悬空段海缆的支撑和固定，避免海缆悬空而发生摆动。

进一步地，所述混凝土密封膜袋设置为单层或多层，且所述混凝土密封膜袋采用致密耐磨有弹性的材质制作。根据需要，可在悬空段海缆下设置单层或多次的混凝土密封膜袋，可更好地实现对悬空段海缆的支撑和固定。另外，选用采用致密耐磨有弹性的材质制作混凝土密封膜袋，可使混凝土密封膜袋防水性能扩张性能好，而且耐磨不易破损，使灌浆顺利可靠。

进一步地，所述灌浆孔设置于所述混凝土密封膜袋侧面中心位置处，且所述灌浆孔具有自密封性。将灌浆孔设置在中心位置，可使浆料在混凝土密封膜袋中均匀流动成型。另外，灌浆孔具有自密封性，需要一段灌浆压力才能灌注，不会使海水进入，影响混凝土灌浆成型过程。

进一步地，所述海缆固定扣设置为环形扣状，且所述海缆固定扣采用高强度尼龙带制作。将海缆固定扣设置为环形扣状，可将海缆穿设在环形海缆固定扣中心，能在两个方向上对海缆进行约束，使海缆固定可靠。

本发明具有如下突出的优点：

1、可以实现悬空段海缆的保护和受力传递作用，从根本上解决了该段海缆悬空无防护的问题，同时还解决了传统技术中采用深埋法施工不便以及二次掏刷问题，沙袋压载固定不牢固以及二次掏刷问题，以及柔性保护管方案价格昂贵问题。

2、另外，还从根本上解决了海底电缆与J形管喇叭口边缘磨损问题以及后续二次冲刷再修复问题，使海缆的使用寿命得到了很大的提升，确保了海上风电场运行的可靠性与安全性。

附图说明

图1是本发明实施例中所述海上风电场集电海缆出基础I/J型管处的海缆冲刷悬空的示意图；

图2是本发明实施例中对所述海上风电场集电海缆出基础I/J型管处悬空段海缆进行支撑固定的示意图；

图3是本发明实施例中所述海上风电场集电海缆受冲刷后悬空的示意图；

图4是本发明实施例中对所述海上风电场集电海缆的悬空段海缆进行支撑固定的示意图；

图5是本发明实施例中所述混凝土密封膜袋的结构示意图；

图6是本发明实施例中所述混凝土密封膜袋固定悬空段海缆的结构示意图；

图7是本发明实施例中所述海上风电场集电海缆出I/J型管后的保护方法的步骤示意框体。

附图标记说明：

10-基础桩基，20-I/J型管，22-I/J型管管口，30-冲刷坑，100-混凝土密封膜袋，110-灌浆孔，120-海缆固定扣，130-混凝土，200-海缆，210-悬空段海缆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1所示，对于正在建设的海上风电场新工程或者已经建好的海上风电场工程，设置在基础桩基10上的海缆200穿设在I/J型管20中，海缆200从I/J型管管口22引出并埋入到海床中，在靠近基础桩基10处因为海流冲刷形成冲刷坑30，会导致从I/J型管管口22到埋入海床之间的一段海缆200发生悬空，即产生一段悬空段海缆210。如图2所示，本发明提供一种海上风电场集电海缆出I/J型管后的保护结构，可对悬空段海缆210进行支撑和固定，避免该悬空段海缆210发生摆动而引发海缆200破坏导致海上风电场故障。另外，也能使海缆200不与喇叭状的I/J型管管口22接触，避免海缆200与I/J型管管口22的摩擦磨损。

另外，如图3所示，对于埋设在海床中的海缆200，由于海流的冲刷作用，也会形成冲刷坑30，从而使一段海缆200悬空漏出于该冲刷坑30形成悬空段海缆210，在海流的持续冲击下该悬空段海缆210也会发生摆动。如图4所示，本发明也提供一种海上风电场集电海缆出I/J型管后的保护结构，可对悬空段海缆210进行支撑和固定，从而避免该悬空段海缆210发生摆动。

如图5至图6所示，上述的海上风电场集电海缆出I/J型管后的保护结构包括设置于悬空段海缆210下方的混凝土密封膜袋100，混凝土密封膜袋100中灌注混凝土130。而且，根据需要可将混凝土密封膜袋100设置为单层或多层，且混凝土密封膜袋100采用致密耐磨有弹性的材质制作，如耐磨塑料或耐磨橡胶。根据需要，可在悬空段海缆210下设置单层或多次的混凝土密封膜袋100，可更好地实现对悬空段海缆210的支撑和固定。另外，选用采用致密耐磨有弹性的材质制作混凝土密封膜袋100，可使混凝土密封膜袋100防水性能扩张性能好，而且耐磨不易破损，使灌浆顺利可靠。

另外，在混凝土密封膜袋100侧面设置有灌浆孔110，并将该灌浆孔110设置于混凝土密封膜袋100侧面中心位置处，且该灌浆孔110具有自密封性。将灌浆孔110设置在中心位置，可使浆料在混凝土密封膜袋100中均匀流动成型。另外，灌浆孔110具有自密封性，需要一段灌浆压力才能灌注，不会使海水进入，影响混凝土灌浆成型过程。

此外，还在混凝土密封膜袋100顶部并排设置有多个海缆固定扣120。并将海缆固定扣120设置为环形扣状，且该海缆固定扣120采用高强度尼龙带制作。将海缆固定扣120设置为环形扣状，可将海缆200穿设在环形海缆固定扣120中心，能在两个方向上对海缆200进行约束，使海缆200固定可靠。

通过将混凝土密封膜袋100设置在悬空段海缆210下方，并在混凝土密封膜袋100侧面设置灌浆孔110，可通过该灌浆孔110往混凝土密封膜袋100中灌设混凝土浆料，将悬空段海缆210支撑起来，即可使得悬空段海缆210不再悬空。另外，通过在混凝土密封膜袋100上设置海缆固定扣120，可将海缆200固定于混凝土密封膜袋100上。从而实现对悬空段海缆210的支撑和固定，避免海缆200悬空而发生摆动。

此外，如图7所示，为解决海缆悬空无防护的问题，本发明还提出一种海上风电场集电海缆出I/J型管后的保护方法，包括如下步骤：

S100、根据海缆200悬空情况，分析确定需要设置的混凝土密封膜袋100的大小、层数及安装位置；

S200、根据确定的需要设置的混凝土密封膜袋100的信息，在海缆200底部设置混凝土密封膜袋100；

S300、向混凝土密封膜袋100中灌浆，实现对悬空段海缆210的固定和支撑。

进一步地，对于新建海上风电场工程，进行海上风电场集电海缆出I/J型管后的保护方法具体包括如下步骤：

S100'、根据海缆200悬空情况，分析确定需要设置的混凝土密封膜袋100的大小、层数及安装位置，具体又包括如下步骤：

S110'、收集场址资料、基础结构资料及海缆铺设图纸资料，通过对沉降预分析、后期冲刷预分析以及压载分析，确定需要设置的混凝土密封膜袋100的大小；

S120'、通过预估后期二次冲刷的可能性以及工程所在区域的海流大小，确定需要设置的混凝土密封膜袋100的层数。通常混凝土密封膜袋100层数设置两层，第一层混凝土密封膜袋100为主要作为对悬空段海缆210的固定以及支撑使用，第二层混凝土密封膜袋100作为备用，后期可能存在二次冲刷等原因造成海缆二次悬空问题，就可以向备用混凝土密封袋100中灌浆解决海缆二次悬空问题；

S130'、通过冲刷坑模拟分析，确定混凝土密封膜袋100的安装位置。该安装位置距离基础桩基10外侧n倍桩基半径(n根据具体工程，通过冲刷坑30模拟分析确定)；

S200'、根据确定的需要设置的混凝土密封膜袋100的安装位置，在海缆200铺设前在海缆200底部安置需要大小的单层或多层混凝土密封膜袋100；

S300'、向混凝土密封膜袋100中灌浆，实现对悬空段海缆210的固定和支撑，具体又包括如下步骤：

S310'、在悬空段海缆210底部设置混凝土密封膜袋100后，通过水上灌浆管接入混凝土密封膜袋100的灌浆孔110，向混凝土密封膜袋100中灌注入预定量的混凝土浆料；

S320'、拆除灌浆管，安装封堵塞密封混凝土密封膜袋100的灌浆孔110，并将悬空段海缆固定于混凝土密封膜袋100上设置的海缆固定扣120上，完成对悬空段海缆210的固定及支撑。

在上述过程中，还需注意对海缆200的弯曲半径进行限制，确保海缆200实际弯曲半径大于其允许的最小弯曲半径，避免对海缆造成损坏。

此外，对于已建海上风电场工程，进行海上风电场集电海缆出I/J型管后的保护方法具体包括如下步骤：

S100＂、收集场址资料、基础结构资料、海缆铺设图纸资料以及目前的冲刷情况，通过对沉降预分析、后期冲刷预分析以及压载分析，确定需要设置的混凝土密封膜袋100的大小。因为已经出现了冲刷坑30，所以不需要再确认混凝土密封膜袋100的安装位置；

S200＂、根据确定的需要设置的混凝土密封膜袋100的大小，将混凝土密封膜袋100水下设置于悬空段海缆210底部，并将悬空段海缆210固定于混凝土密封膜袋100上，该混凝土密封膜袋100设置于冲刷坑30中心位置处；

S300＂、向混凝土密封膜袋100中灌浆，实现对悬空段海缆210的固定和支撑，具体步骤与S300'基本相同。

本发明提出一种海上风电场集电海缆出基础I/J型管的保护方法及结构，可以实现悬空段海缆的保护和受力传递作用，从根本上解决了该段海缆悬空无防护的问题，同时还解决了传统技术中采用深埋法施工不便以及二次掏刷问题，沙袋压载固定不牢固以及二次掏刷问题，以及柔性保护管方案价格昂贵问题。另外，还从根本上解决了海底电缆与J形管喇叭口边缘磨损问题以及后续二次冲刷再修复问题，使海缆的使用寿命得到了很大的提升，确保了海上风电场运行的可靠性与安全性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种海上风电场集电海缆出I/J型管后的保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100、根据海缆悬空情况，分析确定需要设置的混凝土密封膜袋的大小、层数及安装位置；

S200、根据确定的需要设置的混凝土密封膜袋的信息，在海缆底部设置混凝土密封膜袋；

S300、向混凝土密封膜袋中灌浆，实现对悬空段海缆的固定和支撑。

2.根据权利要求1所述的海上风电场集电海缆出I/J型管后的保护方法，其特征在于，其中步骤S300还包括如下步骤：

S310、在悬空段海缆底部设置混凝土密封膜袋后，通过水上灌浆管接入混凝土密封膜袋的灌浆孔，向混凝土密封膜袋中灌注入预定量的混凝土浆料；

S320、拆除灌浆管，安装封堵塞密封混凝土密封膜袋的灌浆孔，完成对悬空段海缆的固定及支撑。

3.根据权利要求1所述的海上风电场集电海缆出I/J型管后的保护方法，其特征在于，对于新建海上风电场工程，其中步骤S100还包括如下步骤：

S110、收集场址资料、基础结构资料及海缆铺设图纸资料，通过对沉降预分析、后期冲刷预分析以及压载分析，确定需要设置的混凝土密封膜袋的大小；

S120、通过预估后期二次冲刷的可能性以及工程所在区域的海流大小，确定需要设置的混凝土密封膜袋的层数；

S130、通过冲刷坑模拟分析，确定混凝土密封膜袋的安装位置。

4.根据权利要求3所述的海上风电场集电海缆出I/J型管后的保护方法，其特征在于，其中步骤S200还包括如下步骤：

根据确定的需要设置的混凝土密封膜袋的安装位置，在海缆铺设前在海缆底部安置需要大小的单层或多层混凝土密封膜袋。

5.根据权利要求1所述的海上风电场集电海缆出I/J型管后的保护方法，其特征在于，对于已建海上风电场工程，其中步骤S100还包括如下步骤：

收集场址资料、基础结构资料、海缆铺设图纸资料以及目前的冲刷情况，通过对沉降预分析、后期冲刷预分析以及压载分析，确定需要设置的混凝土密封膜袋的大小。

6.根据权利要求5所述的海上风电场集电海缆出I/J型管后的保护方法，其特征在于，其中步骤S200还包括如下步骤：

根据确定的需要设置的混凝土密封膜袋的大小，将混凝土密封膜袋水下设置于悬空段海缆底部，并将悬空段海缆固定于混凝土密封膜袋上，该混凝土密封膜袋设置于冲刷坑中心位置处。

7.一种海上风电场集电海缆出I/J型管后的保护结构，其特征在于，包括设置于悬空段海缆下方的混凝土密封膜袋，所述混凝土密封膜袋中灌注混凝土；

设置于所述混凝土密封膜袋侧面的灌浆孔，以及多个并排设置于所述混凝土密封膜袋顶部的海缆固定扣。

8.根据权利要求7所述的海上风电场集电海缆出I/J型管后的保护结构，其特征在于，所述混凝土密封膜袋设置为单层或多层，且所述混凝土密封膜袋采用致密耐磨有弹性的材质制作。

9.根据权利要求7所述的海上风电场集电海缆出I/J型管后的保护结构，其特征在于，所述灌浆孔设置于所述混凝土密封膜袋侧面中心位置处，且所述灌浆孔具有自密封性。

10.根据权利要求7所述的海上风电场集电海缆出I/J型管后的保护结构，其特征在于，所述海缆固定扣设置为环形扣状，且所述海缆固定扣采用高强度尼龙带制作。