CN117526151A - 一种海缆故障探测和维修方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海缆领域，提供了一种海缆故障探测和维修方法，包括气候环境预测、海底地形探测、海缆故障点定位、水下断缆、海缆回收、新海缆打捞、新海缆敷设至海缆故障点周边、第二施工船和第三施工船进点、第四施工船打捞海缆端头送至第二施工船和第三施工船、两个海缆接头制作、两个海缆接头制作、海缆交接、试验检测、送电、验收交付方法。本发明采用支腿船进行海缆抢修具有安全、高效、适应性强、成本低等优点：从不同角度和层面对海缆进行定位，提高定位的准确性，提高了海缆探测的精度和速度，提高了海缆维修的速度，解决了海缆发生故障时，探测和维修效率低的技术问题。

Description

一种海缆故障探测和维修方法

技术领域

本发明涉及海缆维修领域，尤其涉及一种海缆故障探测和维修方法。

背景技术

在信息时代，海底海缆的重要性不言而喻。当海底海缆受损时，修复成本高昂，而且维修作业也面临着巨大的困难。维修主要采用以下几个步骤：

1.探测海缆损坏位置：需要通过专用设备对受损的海底海缆进行精确定位，确认损坏位置。

2.切断海缆：需要使用海缆切割器等器械切断海缆，以便于后续的修复工作。

3.将海缆拉到水面：修复人员需要将被切割断的海缆拉到水面上进行维修。

4.进行修复和检测：修复人员会对损坏的海缆进行维修，包括焊接、保护护套等工作，然后进行电信号的检测和测试。

5.将海缆重新铺设：修复人员需要重新将海缆铺设在海底。

由于海底环境复杂、修复难度大，海缆的维护和修复需要专业的团队和设备，而且需要经过严格的审批和授权，由于海水深度和天气等因素，维修船只有在极其有利的情况下才能进入维修区域，然而，这种情况并不多见，导致维修作业往往耗时很长，费用高昂，探测和维修效率低。

发明内容

因此，针对上述的问题，本发明提出一种海缆故障探测和维修方法。其解决了海缆发生故障时，探测和维修效率低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种海缆故障探测和维修方法，包括以下方法：

(1)气候环境预测：预测海上的气温、气压、潮汐、波浪，制定施工时间；

(2)海底地形探测：探测出海底的水深、海底上物体、海缆位置；

(3)海缆故障点定位、水下断缆：检测出海缆故障的位置，潜水员潜水对海缆故障位置进行断缆；

(4)海缆回收：潜水员将断揽回收至甲板上，并进行检测；

(5)新海缆打捞：按照新海缆沉缆布置图及坐标，第一施工船抵达沉缆端头位置附近，对新海缆进行打捞；

(6)新海缆敷设至海缆故障点周边；

(7)第二施工船和第三施工船进点：第二施工船和第三施工船进点插腿，泥面标高为h1，淤泥层底标高为h2，桩腿的长度h≥h2+h0，h0为气隙高度；第二施工船和第三施工船上设有船舶定位系统、吊钩系统、桩腿；

(8)第四施工船打捞海缆端头送至第二施工船和第三施工船：第四施工船通过打捞浮标分别将新海缆端头与旧缆端头拉至甲板后，再移动至第二施工船和第三施工船旁，第二施工船和第三施工船通过吊机将海缆端头从两侧的弧板吊装至自身甲板，在甲板面适当位置布设导向轮，利用甲板上卷扬机及甲板吊机辅助进行海缆的打捞、牵引，牵引过程实施监护，保证海缆打捞时平顺、不弯折；

(9)两个海缆接头制作：光纤熔接前需对制作硬接头的两端海缆中光纤进行一次通断衰减检测，光纤熔接后、光缆接续盒放入壳体内及吊放入海后对所有光纤进行一次通断衰减检测，冲埋硬接头时，保证硬接头与海缆中轴线在一条直线上；海缆打捞至作业平台上后，并且进行海缆的绝缘性能测试；

(10)海缆接头沉放至海床：海缆硬接头经完工试验通过后，移除临时接头制作室，清空甲板，准备一个吊梁、吊带及卸扣，将海缆沉放至海床；

(11)海缆交接、试验检测：两处接头施工均完成后，进行海缆交流耐压试验、光纤测试，试验及测试合格后将海上升压站内及海缆终端复位，最后择机对硬接头及裸露海床上的海缆进行冲埋，冲埋深度不少于2米，并记录海缆及接头的路由坐标及埋深。

(12)送电、验收交付：通电观察，并进行检测。

进一步的：

方法(2)中，包括以下方法：

a1.勘测水深：采用多波束测深系统向水底发射声波脉冲,并接收声波传至水底目标物后反射和散射的回波，从反射和散射的回波信息中提取所需要的几何信息，通过接收波束的形式不同以及对回波的处理方式的不同，多波束测深系统通过接收回波信号能够实现空间精确定向，利用声波在传播途中所消耗的时间来确定斜距，而每一束波束都有一个固有的波束角，从而可以得到精确地水深信息；

a2.勘测海底上物体：侧扫声纳左右各安装一条换能器线阵，首先发射一个短促的声脉冲，声波按球面波方式向外传播，碰到海底或水中物体会产生散射，其中的反向散射波(也叫回波)会按原传播路线返回换能器被换能器接收，经换能器转换成一系列电脉冲，一般情况下，硬的、粗糙的、凸起的海底，回波强；软的、平滑的、凹陷的海底回波弱，被遮挡的海底不产生回波，距离越远回波越弱，初步判断海底地面物体的情况；

a3.浅地层剖面仪系统的参量阵声纳在高压下同时向水底发射两个频率接近的高频声波信号(fl,f2)做为主频信号,当声波作用于水体时，会产生一系列二次频率，如f1,f2,(fl+f2),(f1-f2),2f1,2f2；其中f1高频用于探测水深，f1,f2的频率非常接近，因此(f1-f2)频率很低，具有很强的穿透性，可以用来探测海底浅地层剖面，实时获取海底沉积物分布和路由的几何信息，检测出海缆的位置；

a4.对这三种设备所采集的数据和图像的分析解读，最终确定路由在海底的埋深、故障点所在位置，确定暴露出的海缆的位置。

方法(3)中，根据检测结构，确定路由在海底的埋深、疑似故障点所在位置，第一船体搭载潜水员移动至故障点处，通过DP定位将船上潜水吊笼位置调整到已探测到的海缆故障点上方；潜水员通过潜水吊笼下潜至海底，到达海床后根据USBL信标指示位置朝待探摸海缆的疑似损伤点位置移动，探摸到海缆路由后主要检查海缆表面是否光顺、海缆铠装是否受损伤，如在疑似损伤点位置未探摸到故障点，潜水员则继续沿海缆路由朝海上升压站方向及集控中心方向进行探摸，直至找到海缆故障点；若发现海缆铠装破损、或者是海缆位置有明显的移动痕迹等其它异常情况，潜水员及时的通知定位人员记录相应坐标位置，针对海缆状态异常位置，潜水员对相应位置5米范围内的海床情况再进行探摸，如发现锚、大块锚石、钢桩等人造物体应对其位置、形状大小进行探查并告知定位人员详细记录；若是经探摸发现故障点位置附近海缆无明显的损伤点，为了保障受损海缆尽快恢复送电，经业主、监理、海缆厂、施工单位共同确认后，由潜水员水下在故障点位置附近切断(故障点及故障原因待海缆维修完成后再进一步探查)，切割完成后立即将两侧海缆端头回收至第一船体上，检测人员对海缆进行检测与测试。

方法(4)中，第四施工船搭载潜水员进入施工现场，潜水员水下将海缆在故障点位置附近切断，切割完成后立即将两侧海缆端头回收至甲板；海缆端头回收至甲板后，首先进行目测检查，如海缆内部进水严重则进行切除，直至无明显进水情况；再对海缆内部的阻水带进行检查，如阻水带膨胀则继续进行切除，直至阻水带完好；海缆去潮后，对两侧海缆进行完好性复测，通过绝缘测试判断海缆绝缘性能是否完好，通过光纤检测判断海缆光纤是否完好，通过低压脉冲法进行海缆全长数据采集和异常波形判断，两侧海缆端头均需按照上述方式进行检测，若发现其中一项检测不合格，则继续回收海缆并对海缆进行切断、检测，直至以上检测均合格，合格后对切口处进行铅封处理，以防止水汽进入海缆内部；铅封后将两侧海缆端头通过卸扣先连接钢丝绳，再用吊绳与钢丝绳连接，另一端用浮标绑定飘于海面，将海缆端头放置于海床并对其位置进行信标记录。

方法(5)中，第一施工船四锚定位锚泊，潜水员入水找到新海缆端头，连接牵引钢缆，利用船尾绞车进行绞收，同时沿着海缆走向移动船舶，将海缆角度保持在5°-10°，海缆进入布缆机以后，绞车跟着继续绞收直到海缆进入电动转盘，继续盘缆回收到新海缆另一端完全出水，缆头留置小车后对海缆进水情况排查处理，光纤测试、绝缘测试、铅封；新海缆打捞的时候需要结合之前切割海缆后端头相位，提前准备新海缆的方向；所述第一施工船右舷或左舷边缘设有潜水吊笼，所述第一船体甲板两侧均有围栏，所述第一施工船上设有布缆机、至少一个电动转盘、绞车，所述第一船体的甲板处设有至少一个弧板，以控制海缆最小弯曲半径，防止海缆过度弯曲而损伤。

方法(6)中，根据海底扫测的故障海缆位置，第一施工船按南偏离原设计路由5米至30米进行新海缆敷设作业，第一施工船抛锚进点，抛锚时，在和新海缆交叉锚的钢丝上绑上浮球。

方法(8)中，先对海缆两端头进水情况进行检查，切除海缆两端头进水及打捞时受外力拖拽的海缆(每端切除约5-10m)，然后每端海缆再各拉25m左右上甲板，并将海缆端头送至海缆接头室，保证两段海缆平行且交叉7m左右，在平台甲板上固定海缆，需确保海缆在平台上不发生位移，海缆固定宜采用双重固定方式，即船只边缘及进入接头室外各固定一道，中间可以留有海缆缓冲余地，同时平台船上配有将海缆垫高0.5米的支架6-8个，并做好海缆在制作平台上的固定工作。

方法(9)中，海缆就位时，由于光纤接续的原因海缆需要交错7米，从工棚中间位置再往后剥离约7米的铠装，预留剥离后的铠装长度每端2米，剥除铠装分出端海缆预留交错1.5米长度后切除剩余部分；中间接头制作完成后，先进行光缆接续及光缆接头盒安装；在保证质量和安全的前提下，同步进行保护外壳的安装；保护外壳安装完成后，灌胶孔灌入聚氨酯胶水。

方法(10)中，将接头两端各30米左右的海缆用钢丝绳绑在上面，每5米用两种不同的颜色的油漆标记，专人看管，然后吊机使用多点吊具将接头和弯曲限制器吊起，以2-3米/分钟的速度以垂直路由方向趴臂，当左右两侧的钢丝绳受力以后慢慢放出，严禁海缆从甲板自由滑入海中，以免对接头及海缆形成冲击，然后将接头及海缆缓缓吊放入水，直至顺滑摆放到海床上，此过程中，吊机应始终保持钢丝微微向外，直到尼龙绳和钢丝都不受力，海缆呈“Ω”形状顶端垂直路由方向沉放入海底；硬接头着床后，潜水员入水先观察硬接头在海床上的摆放是否平顺、海缆有无弯曲打扭，同时对端头附近水下海缆轨迹进行探摸及信标打点，然后拆除吊具和绳索，回收上甲板；两组硬接头相隔距离需大于120米以上，防止两组硬接头互相干扰施工，并保证后续硬接头维修有足够的余量。

第二施工船和第三施工船为自升式平台船，由于平台船插腿位置周边海缆较多，需对自升式平台船进行精准定位，避开已铺设的海缆路由，采用Navpos导航/定位软件，可以满足各种海洋工程导航/定位任务的需要，根据海上定位工作的需要亦可进行及时调整、增加功能模块；首先在平台船上安装Trimble SPS855 DGPS天线，根据现场情况将GPS天线头架设在远离雷达、高频等辐射较大的、周围无遮挡的开阔区域保证GPS信号稳定不受干扰；连接主机和天线将其调试至正常工作状态；导航定位设备将安装在控制室里，Remote导航显示分别安装在驾驶台控制台等所需施工场所，对平台船驾驶台等关键岗位架设共享数据终端，待设备安装完成后，将DGPS，电罗经、USBL数据等通过网络实现数据共享，将所需要获取的数据接入Navpos导航定位软件中；准备工作结束后，平台船航行至施工区域进行抛锚定位，定位人员调整好导航定位系统，指挥人员根据定位软件显示的导航任务，避开水上和水下结构物，引导平台船就位于预定位置进行海上施工作业；就位期间，定位人员实时操作导航定位设备，监控船位，及时汇报平台船航行状态(航速、航向等)，并设置定点导航，实时显示平台船与就位点的方位距离，方便指挥人员观看，到达预定位置后，平台船进行插腿保压施工；施工期间，定位人员使用导航定位软件设置船位监控功能，实时显示平台船的偏移的方位与距离，如船位有非人为移动，及时通知船舶驾驶台值班人员及船长，从而采取相应的措施保证作业安全。

通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明综合利用各种数据和信息，从不同角度和层面对海缆进行定位，提高定位的准确性，减小误差，更精确地确定故障位置，提高定位进度；先勘测水深，采用多波束测深系统向水底发射声波脉冲,并接收声波传至水底目标物后反射和散射的回波，这种方式，能够准确的探测到各个位置的水深；再通过侧扫声纳勘测海底上物体，能够充分了解到海底的情况，防止海底上的物体影响潜水员的作业；采用浅地层剖面仪系统检测出埋在海底海缆的位置，对这三种设备所采集的数据和图像的分析解读，最终确定路由在海底的埋深、故障点所在位置，确定暴露出的海缆的位置；这种方式，施工前，能够充分了解海底的情况，潜水员通常只需要下水一次即可快速找出故障点的位置，大大节约了勘测的时间，同时也防止突发事故，保证施工的顺利和快速，提高海缆检修的效率；通过USBL水下定位系统，能够准确地计算出潜水员的目标方位及距离，能够精确指示潜水员，使得潜水员能快速到达指定地点；自升式平台船定位系统能够对平台船的位置进行固定，进行实时监控；潜水员对异常的相应位置5米范围内的海床情况再进行探摸，以找出海缆损坏的原因，有针对性地进行维修，提高效率；经探摸发现故障点位置附近海缆无明显的损伤点，检测人员故障点位置附近切断，在船上进行检测，提高检测效率；采用一种水下水压喷射装置如大流量开槽设备，清除覆盖在海缆上的砂石，防止砂石影响潜水员的探测；通过全站仪观测太阳角，能够使得第一船体的位置更加精确，潜水时位置更加准确；进一步的，通过水下摄像机对水底进行录像或拍照，能够将水底的情况，对海缆打捞、切断、沉放时，防止其他物体影响到施工；本发明采用四搜施工船进行检修，采用第一施工船对新海缆的打捞、切断铅封，采用自升式支腿平台船的第二施工船和第三施工船为主维修船，主要工作为两个海缆接头同时制作及沉放，第四施工船为辅助维修船，主要进行海缆切断及海缆打捞等工作，可分别同时进行准备工作，分工明确，工序环环相扣，能够准确的定位，提高了检修的精度，大大缩短了维修的时间，提高了维修的效率，防止气候变化导致维修的中止甚至失败；新海缆打捞时，角度保持在5°-10°，防止新海缆弯曲较大发生损坏；海缆交叉锚的钢丝上绑上浮球，以免摩擦海缆，抛锚避开已铺设的海缆路由；海缆需要交错7米，预留交错1.5米长度，防止海缆长度不够，提高维修的顺利进行；海缆接头沉放时，采用吊梁、吊带及卸扣，使得海缆呈“Ω”形状顶端垂直路由方向沉放入海底，防止接头及海缆形成冲击，有利于海缆平放，防止海缆弯曲损坏。

进一步的，采用支腿船进行海缆抢修具有安全、高效、适应性强、成本低等优点：

(1)提高安全性：支腿船可以提供一个稳定的平台，使得抢修工作更加安全。在海上进行作业时，支腿船可以保持平衡，减少了因海浪和海风造成的船体晃动，从而降低了操作人员和设备的风险；

(2)提高效率：支腿船可以在海上进行长时间的作业，不需要返回岸边进行补给和维修。同时，支腿船上可以搭载各种维修设备和工具，可以快速进行抢修工作，从而提高了作业效率；

(3)适应复杂海洋环境：海缆故障通常发生在海底，需要在海洋环境中进行抢修。支腿船可以适应不同的海洋环境和天气条件，可以在海浪较大的情况下进行作业，提高了抢修的成功率；

(4)降低成本：采用支腿船进行海缆抢修可以减少人员和设备的运输成本，同时也可以减少抢修时间和人力成本。采用支腿船进行海缆抢修可以在复杂海况下减少抢修时间，减少因海缆受损造成的发电量损失，提高运营效率。

附图说明

图1是本发明的施工流程图：

图2是第二施工船和第三施工船抛锚进点的结构示意图；

图3是第二施工船海缆牵引上甲板的结构示意图；

图4是新海缆和旧海缆交错的结构示意图；

图5是新海缆和旧海缆铠装剥离示意图；

图6是中间接头的结构示意图；

图7是接头保护壳体的结构示意图；

图8是海缆维修后的结构示意图；

图9是吊梁的结构示意图；

图10是吊梁吊起海缆的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

参考图1至图10，本实施例提供一种海缆故障探测和维修方法，包括以下方法：

(1)气候环境预测：预测海上的气温、气压、潮汐、波浪，制定施工时间；

适合作业的海况为：水深1.5M～50M，能够准确地潜水探查、摄像；风力不大于6级,使得每10m能够进行准确打点定位；流速﹤3Kn，使得船舶定位误差在±1m以内；浪高﹤0.7M，使得铺设精度在±5m以内，气温-20℃～45℃。

(2)海底地形探测：

a1.勘测水深：采用多波束测深系统向水底发射声波脉冲,并接收声波传至水底目标物后反射和散射的回波，从反射和散射的回波信息中提取所需要的几何信息，通过接收波束的形式不同以及对回波的处理方式的不同，多波束测深系统通过接收回波信号能够实现空间精确定向，利用声波在传播途中所消耗的时间来确定斜距，而每一束波束都有一个固有的波束角，从而可以得到精确地水深信息；

a2.勘测海底上物体：侧扫声纳左右各安装一条换能器线阵，首先发射一个短促的声脉冲，声波按球面波方式向外传播，碰到海底或水中物体会产生散射，其中的反向散射波(也叫回波)会按原传播路线返回换能器被换能器接收，经换能器转换成一系列电脉冲，一般情况下，硬的、粗糙的、凸起的海底，回波强；软的、平滑的、凹陷的海底回波弱，被遮挡的海底不产生回波，距离越远回波越弱，初步判断海底地面物体的情况；

a3.浅地层剖面仪系统的参量阵声纳在高压下同时向水底发射两个频率接近的高频声波信号(fl,f2)做为主频信号,当声波作用于水体时，会产生一系列二次频率，如f1,f2,(fl+f2),(f1-f2),2f1,2f2；其中f1高频用于探测水深，f1,f2的频率非常接近，因此(f1-f2)频率很低，具有很强的穿透性，可以用来探测海底浅地层剖面，实时获取海底沉积物分布和路由的几何信息，检测出海缆的位置；

a4.对这三种设备所采集的数据和图像的分析解读，最终确定路由在海底的埋深、故障点所在位置，确定暴露出的海缆的位置。

(3)海缆故障点定位、水下断缆：根据检测结构，确定路由在海底的埋深、疑似故障点所在位置，第一船体搭载潜水员移动至故障点处，通过DP定位将船上潜水吊笼位置调整到已探测到的海缆故障点上方；潜水员通过潜水吊笼下潜至海底，到达海床后根据USBL信标指示位置朝待探摸海缆的疑似损伤点位置移动，探摸到海缆路由后主要检查海缆表面是否光顺、海缆铠装是否受损伤，如在疑似损伤点位置未探摸到故障点，潜水员则继续沿海缆路由朝海上升压站方向及集控中心方向进行探摸，直至找到海缆故障点；若发现海缆铠装破损、或者是海缆位置有明显的移动痕迹等其它异常情况，潜水员及时的通知定位人员记录相应坐标位置，针对海缆状态异常位置，潜水员对相应位置5米范围内的海床情况再进行探摸，如发现锚、大块锚石、钢桩等人造物体应对其位置、形状大小进行探查并告知定位人员详细记录；若是经探摸发现故障点位置附近海缆无明显的损伤点，为了保障受损海缆尽快恢复送电，经业主、监理、海缆厂、施工单位共同确认后，由潜水员水下在故障点位置附近切断(故障点及故障原因待海缆维修完成后再进一步探查)，切割完成后立即将两侧海缆端头回收至第一船体上，检测人员对海缆进行检测与测试。

(4)海缆回收：第四施工船搭载潜水员进入施工现场，潜水员水下将海缆在故障点位置附近切断，切割完成后立即将两侧海缆端头回收至甲板；海缆端头回收至甲板后，首先进行目测检查，如海缆内部进水严重则进行切除，直至无明显进水情况；再对海缆内部的阻水带进行检查，如阻水带膨胀则继续进行切除，直至阻水带完好；海缆去潮后，对两侧海缆进行完好性复测，通过绝缘测试判断海缆绝缘性能是否完好，通过光纤检测判断海缆光纤是否完好，通过低压脉冲法进行海缆全长数据采集和异常波形判断，两侧海缆端头均需按照上述方式进行检测，若发现其中一项检测不合格，则继续回收海缆并对海缆进行切断、检测，直至以上检测均合格，合格后对切口处进行铅封处理，以防止水汽进入海缆内部；铅封后将两侧海缆端头通过卸扣先连接钢丝绳，再用吊绳与钢丝绳连接，另一端用浮标绑定飘于海面，将海缆端头放置于海床并对其位置进行信标记录。

(5)新海缆打捞：按照新海缆沉缆布置图及坐标，第一施工船抵达沉缆端头位置附近，第一施工船四锚定位锚泊，潜水员入水找到新海缆端头，连接牵引钢缆，利用船尾绞车进行绞收，同时沿着海缆走向移动船舶，将海缆角度保持在5°-10°，海缆进入布缆机以后，绞车跟着继续绞收直到海缆进入电动转盘，继续盘缆回收到新海缆另一端完全出水，缆头留置小车后对海缆进水情况排查处理，光纤测试、绝缘测试、铅封；新海缆打捞的时候需要结合之前切割海缆后端头相位，提前准备新海缆的方向；所述第一施工船右舷或左舷边缘设有潜水吊笼，所述第一船体甲板两侧均有围栏，所述第一施工船上设有布缆机、至少一个电动转盘、绞车，所述第一船体的甲板处设有至少一个弧板，以控制海缆最小弯曲半径，防止海缆过度弯曲而损伤。

(6)新海缆敷设至海缆故障点周边：根据海底扫测的故障海缆位置，第一施工船按南偏离原设计路由5米至30米进行新海缆敷设作业，第一施工船抛锚进点，抛锚时，在和新海缆交叉锚的钢丝上绑上浮球。

(7)第二施工船和第三施工船进点：第二施工船和第三施工船进点插腿，泥面标高为h1，淤泥层底标高为h2，桩腿的长度h≥h2+h0，h0为气隙高度；第二施工船和第三施工船上设有船舶定位系统、吊钩系统、桩腿；如图2和图3，第二施工船1和第三施工船2位于海上，A点为海缆故障点，旧海缆3与新海缆4在接头制作室5内接头和检测。

弧板上海缆位置距离原海缆端头距离L，(L-L1)2≥(h0+h3+h4)+L2，L1为海缆甲板长度，L2为与原海缆的直线距离，h3为最高潮水深，h4为型深；弧板上海缆位置距离新海缆端头距离L0，(L0-L1)2≥(h0+h3+h4)+L3，L1为海缆上甲板长度，L3为与新海缆的直线距离，h3为最高潮水深，h4为型深。

(8)第四施工船打捞海缆端头送至第二施工船和第三施工船：第四施工船通过打捞浮标分别将新海缆端头与旧缆端头拉至甲板后，再移动至第二施工船和第三施工船旁，第二施工船和第三施工船通过吊机将海缆端头从两侧的弧板吊装至自身甲板，在甲板面适当位置布设导向轮，利用甲板上卷扬机及甲板吊机辅助进行海缆的打捞、牵引，牵引过程实施监护，保证海缆打捞时平顺、不弯折；先对海缆两端头进水情况进行检查，切除海缆两端头进水及打捞时受外力拖拽的海缆(每端切除约5-10m)，然后每端海缆再各拉25m左右上甲板，并将海缆端头送至海缆接头室，保证两段海缆平行且交叉7m左右，在平台甲板上固定海缆，需确保海缆在平台上不发生位移，海缆固定宜采用双重固定方式，即船只边缘及进入接头室外各固定一道，中间可以留有海缆缓冲余地，同时平台船上配有将海缆垫高0.5米的支架6-8个，并做好海缆在制作平台上的固定工作。

(9)两个海缆接头制作：光纤熔接前需对制作硬接头的两端海缆中光纤进行一次通断衰减检测，光纤熔接后、光缆接续盒放入壳体内及吊放入海后对所有光纤进行一次通断衰减检测，冲埋硬接头时，保证硬接头与海缆中轴线在一条直线上；海缆打捞至作业平台上后，并且进行海缆的绝缘性能测试；参考图4和图5，海缆就位时，由于光纤接续的原因海缆需要交错7米，从工棚中间位置再往后剥离约7米的铠装，预留剥离后的铠装长度每端2米，剥除铠装分出端海缆预留交错1.5米长度后切除剩余部分；中间接头制作完成后，先进行光缆接续及光缆接头盒安装；在保证质量和安全的前提下，同步进行保护外壳的安装；保护外壳安装完成后，灌胶孔64灌入聚氨酯胶水(双组份胶水，需要搅拌)。

参考图6至图8，硬接头6包括220kV整体预制绝缘件中间接头61、接头保护壳体62、弯曲限制器63，每个接头两端各一组弯曲限制器63，接头保护壳体62上设有两个灌胶孔64，硬接头总装完成后直径约1m，总长约27m，含两端各10m弯曲限制器，中间接头包括多个小接头，多个小接头上下交错设置。接头保护壳体62外径为1m，弯曲限制器外径为0.56m，通常接头保护壳体的外径不小于0.8m，弯曲限制器外径不小于0.5m。这种结构，海缆吊起和沉降时，不会过渡弯曲，防止海缆损坏。

(10)海缆接头沉放至海床：海缆硬接头经完工试验通过后，移除临时接头制作室，清空甲板，准备一个吊梁7、吊带70及卸扣；参考图9和图10，吊梁12米的，20T以上承重，吊带10T以上承重，卸扣10T以上承重；所述吊梁顶部设有两个第一吊点71，两个第一吊点71中心对称间距6米，每个可承重至少20T，所述吊梁底部设有八个第二吊点72，第二吊点72中心对称，两端第二吊点72间距2米，其余第二吊点间距1.5米，每个可承重至少10T。中间四个第二吊点72连接接头保护壳体，位于两侧的其他第二吊点72连接弯曲限制器。将接头两端各30米左右的海缆用钢丝绳绑在上面，每5米用两种不同的颜色的油漆标记，专人看管，然后吊机使用多点吊具将接头和弯曲限制器吊起，以2-3米/分钟的速度以垂直路由方向趴臂，当左右两侧的钢丝绳受力以后慢慢放出，严禁海缆从甲板自由滑入海中，以免对接头及海缆形成冲击，然后将接头及海缆缓缓吊放入水，直至顺滑摆放到海床上，此过程中，吊机应始终保持钢丝微微向外，直到尼龙绳和钢丝都不受力，海缆呈“Ω”形状顶端垂直路由方向沉放入海底；硬接头着床后，潜水员入水先观察硬接头在海床上的摆放是否平顺、海缆有无弯曲打扭，同时对端头附近水下海缆轨迹进行探摸及信标打点，然后拆除吊具和绳索，回收上甲板；两组硬接头相隔距离需大于120米以上，防止两组硬接头互相干扰施工，并保证后续硬接头维修有足够的余量。

第二施工船和第三施工船为自升式平台船，由于平台船插腿位置周边海缆较多，需对自升式平台船进行精准定位，避开已铺设的海缆路由，采用Navpos导航/定位软件，可以满足各种海洋工程导航/定位任务的需要，根据海上定位工作的需要亦可进行及时调整、增加功能模块；首先在平台船上安装Trimble SPS855 DGPS天线，根据现场情况将GPS天线头架设在远离雷达、高频等辐射较大的、周围无遮挡的开阔区域保证GPS信号稳定不受干扰；连接主机和天线将其调试至正常工作状态；导航定位设备将安装在控制室里，Remote导航显示分别安装在驾驶台控制台等所需施工场所，对平台船驾驶台等关键岗位架设共享数据终端，待设备安装完成后，将DGPS，电罗经、USBL数据等通过网络实现数据共享，将所需要获取的数据接入Navpos导航定位软件中；准备工作结束后，平台船航行至施工区域进行抛锚定位，定位人员调整好导航定位系统，指挥人员根据定位软件显示的导航任务，避开水上和水下结构物，引导平台船就位于预定位置进行海上施工作业；就位期间，定位人员实时操作导航定位设备，监控船位，及时汇报平台船航行状态(航速、航向等)，并设置定点导航，实时显示平台船与就位点的方位距离，方便指挥人员观看，到达预定位置后，平台船进行插腿保压施工；施工期间，定位人员使用导航定位软件设置船位监控功能，实时显示平台船的偏移的方位与距离，如船位有非人为移动，及时通知船舶驾驶台值班人员及船长，从而采取相应的措施保证作业安全。

(11)海缆交接、试验检测：两处接头施工均完成后，进行海缆交流耐压试验、光纤测试，试验及测试合格后将海上升压站内及海缆终端复位，最后择机对硬接头及裸露海床上的海缆进行冲埋，冲埋深度不少于2米，并记录海缆及接头的路由坐标及埋深。

(12)送电、验收交付：通电观察，并进行检测。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种海缆故障探测和维修方法，其特征在于：包括以下方法：

(1)气候环境预测：预测海上的气温、气压、潮汐、波浪，制定施工时间；

(2)海底地形探测：探测出海底的水深、海底上物体、海缆位置；

(3)海缆故障点定位、水下断缆：检测出海缆故障的位置，潜水员潜水对海缆故障位置进行断缆；

(4)海缆回收：潜水员将断揽回收至甲板上，并进行检测；

(5)新海缆打捞：按照新海缆沉缆布置图及坐标，第一施工船抵达沉缆端头位置附近，对新海缆进行打捞；

(6)新海缆敷设至海缆故障点周边；

(7)第二施工船和第三施工船进点：第二施工船和第三施工船进点插腿，泥面标高为h1，淤泥层底标高为h2，桩腿的长度h≥h2+h0，h0为气隙高度；第二施工船和第三施工船上设有船舶定位系统、吊钩系统、桩腿；

(8)第四施工船打捞海缆端头送至第二施工船和第三施工船：第四施工船通过打捞浮标分别将新海缆端头与旧缆端头拉至甲板后，再移动至第二施工船和第三施工船旁，第二施工船和第三施工船通过吊机将海缆端头从两侧的弧板吊装至自身甲板，在甲板面适当位置布设导向轮，利用甲板上卷扬机及甲板吊机辅助进行海缆的打捞、牵引，牵引过程实施监护，保证海缆打捞时平顺、不弯折；

(9)两个海缆接头制作：光纤熔接前需对制作硬接头的两端海缆中光纤进行一次通断衰减检测，光纤熔接后、光缆接续盒放入壳体内及吊放入海后对所有光纤进行一次通断衰减检测，冲埋硬接头时，保证硬接头与海缆中轴线在一条直线上；海缆打捞至作业平台上后，并且进行海缆的绝缘性能测试；

(10)海缆接头沉放至海床：海缆硬接头经完工试验通过后，移除临时接头制作室，清空甲板，准备一个吊梁、吊带及卸扣，将海缆沉放至海床；

(11)海缆交接、试验检测：两处接头施工均完成后，进行海缆交流耐压试验、光纤测试，试验及测试合格后将海上升压站内及海缆终端复位，最后择机对硬接头及裸露海床上的海缆进行冲埋，冲埋深度不少于2米，并记录海缆及接头的路由坐标及埋深；

(12)送电、验收交付：通电观察，并进行检测。

2.根据权利要求1所述的一种海缆故障探测和维修方法，其特征在于：方法(2)中，包括以下方法：

a1.勘测水深：采用多波束测深系统向水底发射声波脉冲,并接收声波传至水底目标物后反射和散射的回波，从反射和散射的回波信息中提取所需要的几何信息，通过接收波束的形式不同以及对回波的处理方式的不同，多波束测深系统通过接收回波信号能够实现空间精确定向，利用声波在传播途中所消耗的时间来确定斜距，而每一束波束都有一个固有的波束角，从而可以得到精确地水深信息；

a2.勘测海底上物体：侧扫声纳左右各安装一条换能器线阵，首先发射一个短促的声脉冲，声波按球面波方式向外传播，碰到海底或水中物体会产生散射，其中的反向散射波(也叫回波)会按原传播路线返回换能器被换能器接收，经换能器转换成一系列电脉冲，一般情况下，硬的、粗糙的、凸起的海底，回波强；软的、平滑的、凹陷的海底回波弱，被遮挡的海底不产生回波，距离越远回波越弱，初步判断海底地面物体的情况；

a3.浅地层剖面仪系统的参量阵声纳在高压下同时向水底发射两个频率接近的高频声波信号(fl,f2)做为主频信号,当声波作用于水体时，会产生一系列二次频率，如f1,f2,(fl+f2),(f1-f2),2f1,2f2；其中f1高频用于探测水深，f1,f 2的频率非常接近，因此(f1-f2)频率很低，具有很强的穿透性，可以用来探测海底浅地层剖面，实时获取海底沉积物分布和路由的几何信息，检测出海缆的位置；

a4.对这三种设备所采集的数据和图像的分析解读，最终确定路由在海底的埋深、故障点所在位置，确定暴露出的海缆的位置。

3.根据权利要求1所述的一种海缆故障探测和维修方法，其特征在于：方法(3)中，根据检测结构，确定路由在海底的埋深、疑似故障点所在位置，第一船体搭载潜水员移动至故障点处，通过DP定位将船上潜水吊笼位置调整到已探测到的海缆故障点上方；潜水员通过潜水吊笼下潜至海底，到达海床后根据USBL信标指示位置朝待探摸海缆的疑似损伤点位置移动，探摸到海缆路由后主要检查海缆表面是否光顺、海缆铠装是否受损伤，如在疑似损伤点位置未探摸到故障点，潜水员则继续沿海缆路由朝海上升压站方向及集控中心方向进行探摸，直至找到海缆故障点；若发现海缆铠装破损、或者是海缆位置有明显的移动痕迹等其它异常情况，潜水员及时的通知定位人员记录相应坐标位置，针对海缆状态异常位置，潜水员对相应位置5米范围内的海床情况再进行探摸，如发现锚、大块锚石、钢桩等人造物体应对其位置、形状大小进行探查并告知定位人员详细记录；若是经探摸发现故障点位置附近海缆无明显的损伤点，为了保障受损海缆尽快恢复送电，经业主、监理、海缆厂、施工单位共同确认后，由潜水员水下在故障点位置附近切断(故障点及故障原因待海缆维修完成后再进一步探查)，切割完成后立即将两侧海缆端头回收至第一船体上，检测人员对海缆进行检测与测试。

4.根据权利要求1所述的一种海缆故障探测和维修方法，其特征在于：方法(4)中，第四施工船搭载潜水员进入施工现场，潜水员水下将海缆在故障点位置附近切断，切割完成后立即将两侧海缆端头回收至甲板；海缆端头回收至甲板后，首先进行目测检查，如海缆内部进水严重则进行切除，直至无明显进水情况；再对海缆内部的阻水带进行检查，如阻水带膨胀则继续进行切除，直至阻水带完好；海缆去潮后，对两侧海缆进行完好性复测，通过绝缘测试判断海缆绝缘性能是否完好，通过光纤检测判断海缆光纤是否完好，通过低压脉冲法进行海缆全长数据采集和异常波形判断，两侧海缆端头均需按照上述方式进行检测，若发现其中一项检测不合格，则继续回收海缆并对海缆进行切断、检测，直至以上检测均合格，合格后对切口处进行铅封处理，以防止水汽进入海缆内部；铅封后将两侧海缆端头通过卸扣先连接钢丝绳，再用吊绳与钢丝绳连接，另一端用浮标绑定飘于海面，将海缆端头放置于海床并对其位置进行信标记录。

5.根据权利要求1所述的一种海缆故障探测和维修方法，其特征在于：方法(5)中，第一施工船四锚定位锚泊，潜水员入水找到新海缆端头，连接牵引钢缆，利用船尾绞车进行绞收，同时沿着海缆走向移动船舶，将海缆角度保持在5°-10°，海缆进入布缆机以后，绞车跟着继续绞收直到海缆进入电动转盘，继续盘缆回收到新海缆另一端完全出水，缆头留置小车后对海缆进水情况排查处理，光纤测试、绝缘测试、铅封；新海缆打捞的时候需要结合之前切割海缆后端头相位，提前准备新海缆的方向；所述第一施工船右舷或左舷边缘设有潜水吊笼，所述第一船体甲板两侧均有围栏，所述第一施工船上设有布缆机、至少一个电动转盘、绞车，所述第一船体的甲板处设有至少一个弧板，以控制海缆最小弯曲半径，防止海缆过度弯曲而损伤。

6.根据权利要求1所述的一种海缆故障探测和维修方法，其特征在于：方法(6)中，根据海底扫测的故障海缆位置，第一施工船按南偏离原设计路由5米至30米进行新海缆敷设作业，第一施工船抛锚进点，抛锚时，在和新海缆交叉锚的钢丝上绑上浮球。

7.根据权利要求1所述的一种海缆故障探测和维修方法，其特征在于：方法(8)中，先对海缆两端头进水情况进行检查，切除海缆两端头进水及打捞时受外力拖拽的海缆(每端切除约5-10m)，然后每端海缆再各拉25m左右上甲板，并将海缆端头送至海缆接头室，保证两段海缆平行且交叉7m左右，在平台甲板上固定海缆，需确保海缆在平台上不发生位移，海缆固定宜采用双重固定方式，即船只边缘及进入接头室外各固定一道，中间可以留有海缆缓冲余地，同时平台船上配有将海缆垫高0.5米的支架6-8个，并做好海缆在制作平台上的固定工作。

8.根据权利要求1所述的一种海缆故障探测和维修方法，其特征在于：方法(9)中，海缆就位时，由于光纤接续的原因海缆需要交错7米，从工棚中间位置再往后剥离约7米的铠装，预留剥离后的铠装长度每端2米，剥除铠装分出端海缆预留交错1.5米长度后切除剩余部分；中间接头制作完成后，先进行光缆接续及光缆接头盒安装；在保证质量和安全的前提下，同步进行保护外壳的安装；保护外壳安装完成后，灌胶孔灌入聚氨酯胶水。

9.根据权利要求1所述的一种海缆故障探测和维修方法，其特征在于：方法(10)中，将接头两端各30米左右的海缆用钢丝绳绑在上面，每5米用两种不同的颜色的油漆标记，专人看管，然后吊机使用多点吊具将接头和弯曲限制器吊起，以2-3米/分钟的速度以垂直路由方向趴臂，当左右两侧的钢丝绳受力以后慢慢放出，严禁海缆从甲板自由滑入海中，以免对接头及海缆形成冲击，然后将接头及海缆缓缓吊放入水，直至顺滑摆放到海床上，此过程中，吊机应始终保持钢丝微微向外，直到尼龙绳和钢丝都不受力，海缆呈“Ω”形状顶端垂直路由方向沉放入海底；硬接头着床后，潜水员入水先观察硬接头在海床上的摆放是否平顺、海缆有无弯曲打扭，同时对端头附近水下海缆轨迹进行探摸及信标打点，然后拆除吊具和绳索，回收上甲板；两组硬接头相隔距离需大于120米以上，防止两组硬接头互相干扰施工，并保证后续硬接头维修有足够的余量。

10.根据权利要求1所述的一种海缆故障探测和维修方法，其特征在于：第二施工船和第三施工船为自升式平台船，由于平台船插腿位置周边海缆较多，需对自升式平台船进行精准定位，避开已铺设的海缆路由，采用Navpos导航/定位软件，可以满足各种海洋工程导航/定位任务的需要，根据海上定位工作的需要亦可进行及时调整、增加功能模块；首先在平台船上安装Trimble SPS855DGPS天线，根据现场情况将GPS天线头架设在远离雷达、高频等辐射较大的、周围无遮挡的开阔区域保证GPS信号稳定不受干扰；连接主机和天线将其调试至正常工作状态；导航定位设备将安装在控制室里，Remote导航显示分别安装在驾驶台控制台等所需施工场所，对平台船驾驶台等关键岗位架设共享数据终端，待设备安装完成后，将DGPS，电罗经、USBL数据等通过网络实现数据共享，将所需要获取的数据接入Navpos导航定位软件中；准备工作结束后，平台船航行至施工区域进行抛锚定位，定位人员调整好导航定位系统，指挥人员根据定位软件显示的导航任务，避开水上和水下结构物，引导平台船就位于预定位置进行海上施工作业；就位期间，定位人员实时操作导航定位设备，监控船位，及时汇报平台船航行状态(航速、航向等)，并设置定点导航，实时显示平台船与就位点的方位距离，方便指挥人员观看，到达预定位置后，平台船进行插腿保压施工；施工期间，定位人员使用导航定位软件设置船位监控功能，实时显示平台船的偏移的方位与距离，如船位有非人为移动，及时通知船舶驾驶台值班人员及船长，从而采取相应的措施保证作业安全。