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[摘 要]由国家投资700亿人民币建设的港珠澳大桥全线位于海洋上，因大桥的建设需大量的电力供应，为解决港珠澳大桥施工建设所需的电量，需采用海底电缆从陆地上输送电源至大桥施工的各个桥墩。本文对用于输送主电源的10kV海底电缆建设方案进行全方面的探讨。
[关键词]港珠澳大桥 海底电缆 设计 放缆 保护
中图分类号：P 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2013）25-0151-01
港珠澳大桥是一座连接香港、珠海和澳门的巨大桥梁，大桥主体工程采用桥隧结合方案，穿越伶仃西航道和铜鼓航道段约6.7公里采用隧道方案，其余路段约22.9公里采用桥梁方案。港珠澳大桥全线位于海洋上，大桥的建设需大量的电力供应，为解决港珠澳大桥施工建设所需的电量，需采用海底电缆从陆地上输送电源至大桥施工的各个桥墩位置。
1、海底电缆供电方式选择
大桥建设的用电采用树形方式供电，在每八个桥墩之间建设一个海上配电箱平台。海上配电箱平台与陆地电源点采用10kV海底电缆方式输送电流。在海上配电箱平台通过配电箱采用网状型式输送380V低压电流至8个主桥墩，低压输送电缆可采用普通的水下电缆。在10kV电缆入海点及海上配电箱平台处均设置漏电保护开关，一旦电缆受外力作用破坏时，保护开关瞬间动作，确保故障段电缆不带电，同时所选用的电缆带有光纤单元，可迅速的识别故障点位置，便于及时打捞故障电缆，恢复供电。
工程沿线海域的地形分布具有如下特点，工程所在的九洲湾海域，水下地形十分平坦，水深较浅，浅滩段水深一般在3米以内，在海洋中部水深一般在3-6米。经对海底电缆拟放缆的路径进行的勘测，了解到该海域的海底无沉船，无重要的输油管道及长途电信海底光缆。从海岸滩至海洋中部的淤泥深度在19米～21米之间，该海域的洋流动力较大，敷设电缆后，在洋流作用下，一周时间海缆的自沉深度达1.5米至2米之间。本海底高压电缆选用10kV单根三芯铜芯海底光电复合缆，根据不用负荷需求电缆截面拟选用400mm2。
拟采用的光电复合电缆结构图如（图1）所示。
2、海底电缆放缆的要点
由于海底电缆是水下施工，具有不可见性，电缆敷设船为了保证按设计确定的路由施工，必须装有GPS动态卫星定位定位系统和四个方向的推动装置才能保证敷设船的航向。敷设船上必须有一定直径的旋转滑轮和牵引及制动设备，以保证水下电缆敷设时不小于其最小弯曲半径和控制敷设时的海底电缆的张力。
施工中采用慢速绞锚敷埋的施工方法，在施工船前方由钢缆牵引，后方的埋设机（自重约15吨）相当于另1只稳船锚；此外，施工船由施工拖轮、锚艇在施工船背水侧或背风侧进行顶推、侧推动力定位，控制电缆敷埋施工时的航向偏差。
下面就施工船所受外力作用进行计算：
施工船所受水流抵抗（Rw）外力作用计算：
Rw=0.5*ρw*Aw*C*Vw2
符号说明：Rw：施工船所受水流作用力
ρw：水密度；淡水：100Kg*sec2/m2；海水：104.6Kg* sec2/m4
Aw： 受压面积：m2
C：抵抗系数：1.29
Vw：水流速度：m/sec
可见，施工船所受水流作用力由水流流速V和迎水受压面积决定。施工作业期间流速按照2.8节， 1.45m/sec考虑。根据施工船的实际迎水面积，以及水流速度进行计算，船体所受的最大水流作用力为32kN。
风压抵抗
Ra=Ah×Af
符号说明：Ra：施工船体所受风力
Ah：受压面积：m2
Af： 风压（千克力/m2）
可见，施工船所受风力大小由风速和迎风抵抗面积决定，施工期间最大风压按照78.4千克力/ m2考虑。
根据施工船体的最大迎风面积以及最大风速，计算船体所受风力为60kN。
在施工过程中，施工船的路由前方是牵引锚缆，船体受到主动牵引力F1；而其尾部拖曳水下埋设机，船体受到埋设机的反作用力F2。该反作用力主要由埋设机与海床的摩擦力，以及安装于埋设机腹部的高压射水水流的反作用力引起。实测F1最大为63KN，在牵引速度保持在3-8m/min时，基本保持在55KN-60KN之间。由于施工船前后均受到60kN的牵引力，故船体在沿路由前后方向的稳性较好，保持在3-8m/min的速度匀速移动。该牵引速度由16吨绞缆卷扬机控制。
因此，引导埋设机铺埋电缆，主要是控制施工船船体在沿设计路由的左右方向的偏差。
在上述计算中，船体所受水流作用力与风力的最大合力为92kN。船体在沿设计路由左右方向的偏差拟采用动力船顶推控制。根据经验值，动力拖轮的作用力每HP约合14—17kgf。根据实际设备情况，采用1000HP拖轮与900HP锚艇合作顶推。顶推动力船的最大合作用力：F=（600+180）×14=110kN。则F大于Rw 与Ra之和；因此，采用动力船顶推辅助，在计算上是可行的。
3、海底电缆运行保护的要点
在海底电缆入海口两侧及海上中间平台设置警示牌及警示灯，在穿越施工船只通航航道的电缆顶部覆盖钢筋混凝土保护板，避免海缆被抛锚击穿。为确保海底电缆运行安全，尽量减少锚害，应在电缆铺设海域设立禁锚禁渔区，这样可大大减少海底电缆受人为破坏的可能性。同时海底电缆采用光电复合缆，两侧设置光电通信接收设施，海底电缆一旦受到外力作用损坏时，可马上在监控台进行自动警报，并通知安全监控人员对损坏行为进行制止。
参考文献
[1] 张元兴，刑丽吟.110kV澄海至南澳第Ⅱ回海底电缆的选型[J].供用电，2006，（03）
[2] 肖立华，肖宗斌.超长度、大截面海缆过缆的研究与实践[J].电力建设， 2003， （03）
[3] 苏永森.硇洲岛35kV大外径海底电缆的敷设[J].东北电力技术，2001， （08）
[4] 曹火江.海底电（光）缆的保护和管理[J].电线电缆，2006，（03）
作者简介
（刘良建，男，广西北流市，1984年9月，珠海电力建设工程有限公司，助理工程师，输电线路设计）。
[关键词]港珠澳大桥 海底电缆 设计 放缆 保护
中图分类号：P 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2013）25-0151-01
港珠澳大桥是一座连接香港、珠海和澳门的巨大桥梁，大桥主体工程采用桥隧结合方案，穿越伶仃西航道和铜鼓航道段约6.7公里采用隧道方案，其余路段约22.9公里采用桥梁方案。港珠澳大桥全线位于海洋上，大桥的建设需大量的电力供应，为解决港珠澳大桥施工建设所需的电量，需采用海底电缆从陆地上输送电源至大桥施工的各个桥墩位置。
1、海底电缆供电方式选择
大桥建设的用电采用树形方式供电，在每八个桥墩之间建设一个海上配电箱平台。海上配电箱平台与陆地电源点采用10kV海底电缆方式输送电流。在海上配电箱平台通过配电箱采用网状型式输送380V低压电流至8个主桥墩，低压输送电缆可采用普通的水下电缆。在10kV电缆入海点及海上配电箱平台处均设置漏电保护开关，一旦电缆受外力作用破坏时，保护开关瞬间动作，确保故障段电缆不带电，同时所选用的电缆带有光纤单元，可迅速的识别故障点位置，便于及时打捞故障电缆，恢复供电。
工程沿线海域的地形分布具有如下特点，工程所在的九洲湾海域，水下地形十分平坦，水深较浅，浅滩段水深一般在3米以内，在海洋中部水深一般在3-6米。经对海底电缆拟放缆的路径进行的勘测，了解到该海域的海底无沉船，无重要的输油管道及长途电信海底光缆。从海岸滩至海洋中部的淤泥深度在19米～21米之间，该海域的洋流动力较大，敷设电缆后，在洋流作用下，一周时间海缆的自沉深度达1.5米至2米之间。本海底高压电缆选用10kV单根三芯铜芯海底光电复合缆，根据不用负荷需求电缆截面拟选用400mm2。
拟采用的光电复合电缆结构图如（图1）所示。
2、海底电缆放缆的要点
由于海底电缆是水下施工，具有不可见性，电缆敷设船为了保证按设计确定的路由施工，必须装有GPS动态卫星定位定位系统和四个方向的推动装置才能保证敷设船的航向。敷设船上必须有一定直径的旋转滑轮和牵引及制动设备，以保证水下电缆敷设时不小于其最小弯曲半径和控制敷设时的海底电缆的张力。
施工中采用慢速绞锚敷埋的施工方法，在施工船前方由钢缆牵引，后方的埋设机（自重约15吨）相当于另1只稳船锚；此外，施工船由施工拖轮、锚艇在施工船背水侧或背风侧进行顶推、侧推动力定位，控制电缆敷埋施工时的航向偏差。
下面就施工船所受外力作用进行计算：
施工船所受水流抵抗（Rw）外力作用计算：
Rw=0.5*ρw*Aw*C*Vw2
符号说明：Rw：施工船所受水流作用力
ρw：水密度；淡水：100Kg*sec2/m2；海水：104.6Kg* sec2/m4
Aw： 受压面积：m2
C：抵抗系数：1.29
Vw：水流速度：m/sec
可见，施工船所受水流作用力由水流流速V和迎水受压面积决定。施工作业期间流速按照2.8节， 1.45m/sec考虑。根据施工船的实际迎水面积，以及水流速度进行计算，船体所受的最大水流作用力为32kN。
风压抵抗
Ra=Ah×Af
符号说明：Ra：施工船体所受风力
Ah：受压面积：m2
Af： 风压（千克力/m2）
可见，施工船所受风力大小由风速和迎风抵抗面积决定，施工期间最大风压按照78.4千克力/ m2考虑。
根据施工船体的最大迎风面积以及最大风速，计算船体所受风力为60kN。
在施工过程中，施工船的路由前方是牵引锚缆，船体受到主动牵引力F1；而其尾部拖曳水下埋设机，船体受到埋设机的反作用力F2。该反作用力主要由埋设机与海床的摩擦力，以及安装于埋设机腹部的高压射水水流的反作用力引起。实测F1最大为63KN，在牵引速度保持在3-8m/min时，基本保持在55KN-60KN之间。由于施工船前后均受到60kN的牵引力，故船体在沿路由前后方向的稳性较好，保持在3-8m/min的速度匀速移动。该牵引速度由16吨绞缆卷扬机控制。
因此，引导埋设机铺埋电缆，主要是控制施工船船体在沿设计路由的左右方向的偏差。
在上述计算中，船体所受水流作用力与风力的最大合力为92kN。船体在沿设计路由左右方向的偏差拟采用动力船顶推控制。根据经验值，动力拖轮的作用力每HP约合14—17kgf。根据实际设备情况，采用1000HP拖轮与900HP锚艇合作顶推。顶推动力船的最大合作用力：F=（600+180）×14=110kN。则F大于Rw 与Ra之和；因此，采用动力船顶推辅助，在计算上是可行的。
3、海底电缆运行保护的要点
在海底电缆入海口两侧及海上中间平台设置警示牌及警示灯，在穿越施工船只通航航道的电缆顶部覆盖钢筋混凝土保护板，避免海缆被抛锚击穿。为确保海底电缆运行安全，尽量减少锚害，应在电缆铺设海域设立禁锚禁渔区，这样可大大减少海底电缆受人为破坏的可能性。同时海底电缆采用光电复合缆，两侧设置光电通信接收设施，海底电缆一旦受到外力作用损坏时，可马上在监控台进行自动警报，并通知安全监控人员对损坏行为进行制止。
参考文献
[1] 张元兴，刑丽吟.110kV澄海至南澳第Ⅱ回海底电缆的选型[J].供用电，2006，（03）
[2] 肖立华，肖宗斌.超长度、大截面海缆过缆的研究与实践[J].电力建设， 2003， （03）
[3] 苏永森.硇洲岛35kV大外径海底电缆的敷设[J].东北电力技术，2001， （08）
[4] 曹火江.海底电（光）缆的保护和管理[J].电线电缆，2006，（03）
作者简介
（刘良建，男，广西北流市，1984年9月，珠海电力建设工程有限公司，助理工程师，输电线路设计）。