0 引言

110kV及其以上电压等级的高压海缆是渤海油田海上电力系统中重要的输电设备，其安全运行对渤海油田的安全生产具有非常重要的意义。海缆投入运行后，会因为各种原因而产生损伤破坏，例如：由于运行中线路过负荷导致过热受损、由于敷设环境造成海缆护层腐蚀、由于船舶应急抛锚、坠物等对海底电缆产生外部机械损伤等等。一旦海底电缆发生故障，不仅会影响油田生产，还会产生巨大的经济损失。

从1850年第一条海底电缆铺设至今，绝大多数的海缆破坏均为人为原因造成。目前渤海地区的海缆均为埋设敷设，即通过铺缆船边铺边埋的方式进行敷设。海缆埋深达到一定深度可以有效地防止船舶应急抛锚、落物的损坏，延长海底电缆的使用寿命。近年来世界航运业的发展速度迅速，船舶抛锚作业频次不断增加，引发海底电缆落锚损伤事故偶有发生，船舶抛锚作业已成为造成海底电缆第三方破坏的主要因素^[1-3]。因此海底电缆埋深安全性的研究，是保障电力系统可靠供电至关重要的一个环节，对海底电缆安全运行意义重大。本文基于渤海油田的环境条件，研究了因为船舶抛锚作业引发的海底电缆损坏，根据船锚撞击入土深度确定海底电缆的安全埋深，同时提出一种海底电缆的防锚害保护装置，解决因船舶抛锚引起的海底电缆损伤问题。

1 国内外海缆保护标准与规范

20世纪七八十年代，国外就开展了海底管缆埋深的研究，并写入各国法规和规范^[9]，表1列出了国内外管缆埋深标准规范。DNV规范认为挖沟埋设的管缆对于抵抗坠落物体的破坏有一定的积极意义，没有关于海底管缆挖埋深度和管缆覆盖厚度的明确要求。ABS规范认为管缆挖沟的标准深度为从管缆顶端到海底的距离至少是3英尺(0.9144m)。对受社会环境因素影响的海底管缆的风险评价，应与管缆深度及其它保护措施结合起来。美国联邦法规规定墨西哥湾海域所有12~200ft水深的海底管缆都必须埋设到天然海底面以下，除非有锚固支撑等其他相应的保护措施。印尼管缆规范规定如果海洋深度小于13米，管缆必须埋在海床下至少2米。沙特阿美规定最低天文潮水深小于7m时需要挖沟，埋设深度不小于1m。ISO 15649标准提到：对于没有采取特殊保护措施的埋设管缆，管缆上的最小覆盖厚度为0.8 m，但未明确说明此标准是针对海底电缆。其他国家/地区没有关于海底管缆挖埋深度和管道覆盖厚度的明确要求。迄今为止，中国尚没有专门针对船舶航行水域海底管缆敷设埋深的施工标准，渤海地区常规区域海缆埋深为2m，对于跨航道等特殊区域，具体情况具体分析。

2 一种海底电缆的防锚害保护装置

一种海底电缆的防锚害保护装置如图1所示，其中1、弧翼板支架，2、缓冲垫层，3、弧翼板，4、支架顶部螺栓孔，5、弧翼板，6、支架底部螺栓孔，7、弧翼板支架。该装置可以解决因船舶抛锚引起的海底电缆损伤问题，以尽可能低的成本降低海底电缆被船舶抛锚发生损伤的风险。

为实现上述目的，该装置的具体技术方案如下：弧翼板支架、缓冲垫层、支架顶部螺栓、支架底部螺栓孔、弧翼板支架组成整个弧翼板支架系统，负责固定弧翼板于海底电缆上，也为弧翼板的安装提供基础与平台。弧翼板支架系统与弧翼板、纵向固定板、横向固定板组成弧翼板系统，负责在海底电缆铺设安装后，保护海底电缆免受船舶抛锚损害，可在一定程度降低海缆损伤风险。

在弧翼板支架安装时，半圆弧形弧翼板支架和弧翼板支架通过支架顶部螺栓孔和支架底部螺栓孔连接，固定在海底电缆外侧。弧翼板支架为对称半圆弧形，通过螺栓连接在6点方向和12点方向。弧翼板支架内侧材质为橡胶，与海底电缆之间垫有缓冲垫层，起到缓冲减震、保护海底电缆外侧不被刮伤和增加贴合度的作用。

弧翼板入泥深度和厚度根据海底管缆运行区域穿行船舶常用锚的重量进行调整。其计算原理为土体吸收能量大于船锚触底动能量。船锚触底动能量，式中为锚的质量；为锚的密度；为海水密度；为附加质量系数，其数值与锚的几何特征相关；为船锚在受力方向上的投影面积；为拖拽系数，其数值与锚的几何特征相关。海底土体吸收能量或者，式中为土壤单位有效重量；为形状系数；为土壤承载能力；为锚的贯入深度。通过计算得到锚的最大贯入深度，弧翼板入泥深度不应小于锚的最大贯入深度。

在弧翼板系统运行时，当有船舶在海底电缆周围抛锚时，由于弧翼板系统的材质与弧线形状，弧翼板系统首先可以吸收锚的动能，减小锚的落地速度；再者弧翼板系统可改变锚的走向，使锚的运动轨迹避开海底电缆，从而防止海底电缆受到损坏。

图1 一种海底电缆的防锚害保护装置

3 结论

本文针对高压海底电缆的安全性进行了研究，分析了国内外对于海缆埋深的标准规范。渤海地区海缆常规2米的埋深能抵抗普通渔船应急抛锚造成的损伤；对于通航船舶吨位较大的特殊区域，人工回填碎石可以有效减小船锚的贯入深度，从而减小对海缆的损伤。同时提出了一种海底电缆的防锚害保护装置，解决因船舶抛锚引起的海底电缆损伤问题，以尽可能低的成本降低海底电缆被船舶抛锚发生损伤的风险。

参考文献：

[1]王启福，李学东，宁君. 船舶锚泊活动对海底管道埋深的影响[J]. 2019,38（5）：595-600.

[2]马希钦，胡瀚誉，蔡新永，等.船舶应急抛锚计算方法研究[J]. 力学季刊，2020,41（2）：353-362.

[3]汪逸凡.海底线缆埋深指数（BPI）研究[D].杭州：杭州电子科技大学.2020.