對于地處偏遠的島嶼來說，只有接入大陸電力系統(tǒng)其供電可靠性才會得到提高，電價才會更便宜。

對于美國阿拉斯加州的小島彼得堡，由阿拉斯加東南電力局 (SEAPA) 提供的海纜供電可將島上電力用戶的能源成本降低 70% 以上。

一艘小漁船駛向位于美國阿拉斯加州蘭格爾島的罐頭廠。蘭格爾島是亞歷山大群島的一部分，該群島位于美國阿拉斯加州與加拿大不列顛哥倫比亞省的邊界附近，環(huán)抱北美大陸。圖片由 Joy Prescott 拍攝，來源：Dreamstime

如果沒有該零碳電力連接，彼得堡島將被迫依賴柴油發(fā)電，每年將多排放約 92,250 磅（41,844 千克）二氧化碳。

2019 年 9 月，阿拉斯加東南電力局的四條 138 kV 充油海底電纜中的一條發(fā)生故障。它位于沃龍科夫斯基島和萬克兩個無人島之間的斯蒂堪海峽底部，深度約 700 英尺（213 米）處。

可能導致故障的原因是水下雪崩般的山體滑坡，將電纜拉斷。該高壓海纜安裝于 1984 年，是阿拉斯加東南電力局 175 英里（282 公里）輸電系統(tǒng)的一部分，該系統(tǒng)將阿拉斯加的彼得堡島、蘭格爾島和凱奇坎社區(qū)與該公用事業(yè)公司的水力發(fā)電設施連接起來。

阿拉斯加東南電力局有四條海纜鏈路，每個鏈路由四個單相電纜組成，總長度超過 55 英里（86 公里）。每個鏈路的四根電纜中的三根保持帶電，第四根電纜備用。每年，阿拉斯加東南電力局都會輪換電纜通電以確保這些鏈路的完整性，這樣每根電纜不帶電的時間不超過一年。

在備用電纜通電后，彼得堡島恢復了供電，但該電源的安全性風險增加。運行的任一相電纜再出現(xiàn)故障都將導致彼得堡島不得不使用柴油發(fā)電，其供電成本將比正常水平高四倍。為了避免這種情況發(fā)生，阿拉斯加東南電力局決定立即修復或更換故障的高壓電纜。

如果沒有與大陸連接的海底電纜，阿拉斯加的幾個島嶼社區(qū)將完全依賴柴油發(fā)電。圖片來源：阿拉斯加東南電力局

01

故障調(diào)查

在考慮更換電纜之前，阿拉斯加東南電力局研究了拼接損壞的電纜以有效修復故障的可能性，并使用“時域反射儀 (TDR) 測試”以確定故障位置。測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)了負反射信號，表明電纜在離岸近 2000 英尺（610 米）、深度 350 英尺（107 米）處斷裂。較小的正反射也很明顯，這可能是錯誤信號或海水和油之間的重力或密度差異造成的進水產(chǎn)生的影響。

“時域反射儀 (TDR) 測試”結(jié)果。圖片來源：阿拉斯加東南電力局

海底遙控車 (ROV) 的視頻圖像顯示了故障電纜被切斷，并且在電纜最深處的故障點很可能進水。

盡管阿拉斯加東南電力局有 2000 英尺（610米）的充油電纜備用，但在考慮到電纜進水長度可能超過 2000 英尺時，該公司得出結(jié)論，修復電纜是不現(xiàn)實的。

02

電纜更換

阿拉斯加東南電力局在海底電纜顧問中央海洋服務公司（Centre Marine Services Inc.）的支持下，編制了更換電纜規(guī)格書，并進行了招標。

通過競標，電纜更換合同最終授予日本住友電氣工業(yè)有限公司。之所以選擇該公司，是因為其擁有 100 多年海纜制造經(jīng)驗、可靠的用戶記錄以及基于對美國市場理解的合理投標方案。

對故障的海底電纜進行時域反射儀測試。圖片來源：阿拉斯加東南電力局

阿拉斯加東南電力局設計院和海洋水文勘測公司 eTrac Inc. 向住友電氣提供了以下信息：

??海底遙控車的視頻圖像

??高分辨率多波束聲納測深圖

??磁力計海底輪廓

??電纜位置定向高度勘查

portant; overflow-wrap: break-word !important;">??從 2020 年 11 月，住友電氣利用上述結(jié)果開始了電纜更換設計

03

設計階段

阿拉斯加東南電力局彼得堡島輸電系統(tǒng)原來采用的是 138 kV 海底電纜設計，以滿足潛在的 200% 負荷增長。

然而，自 1984 年投入使用以來，該輸電系統(tǒng)一直以 69 kV 運行。因此，為了降低成本阿拉斯加東南電力局本次訂購了 69 kV 電纜而不是 138 kV 電纜。同時仍可滿足未來 100% 的負荷增長的需求。

降低電壓的決定還基于以下方面考慮：

portant; overflow-wrap: break-word !important;">??電纜總重量

portant; overflow-wrap: break-word !important;">??便于運輸物流

portant; overflow-wrap: break-word !important;">??電纜安裝時間

根據(jù)合同要求，住友電氣設計了一種雙鎧裝 69 kV 交聯(lián)聚乙烯絕緣海底電纜，該電纜帶有集成光纖，可在 700 英尺（213 米）水深下承受 315 磅每平方英寸的壓力（psi）。

住有電氣制造的新電纜為連續(xù) 17,400 英尺（5, 304 米），中間沒有接頭。未來維修所需的輔助設備也必須滿足類似的嚴苛的應力要求。

除了新電纜，住友電氣還設計了一個兩用電纜存儲轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)，用于將電纜從日本運輸?shù)桨⒗辜?，并在安裝新電纜之前回收的現(xiàn)有充油電纜。

該設計包括儲油設施，用于從海底回收電纜時防止因溫度、壓力變化而導致的漏油。

2021 年 7 月 4 日，69kV 交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的安裝。圖片來源：阿拉斯加東南電力局

04

舊電纜拆除

住友電氣作為總承包商，將合同的電纜安裝和電纜拆除部分分包給加拿大海纜敷設和海洋工程公司 ITB Subsea Ltd. (ITBS)。

新的 17,400 英尺（5304 米）電纜，重量超過 600,000 磅（272,155 公斤），從日本運輸?shù)郊幽么蟮臏馗缛A，并在那里被轉(zhuǎn)移到 ITBS 的動態(tài)定位船上。

2021 年 7 月 1 日，ITBS 開始了損壞電纜的拆除。在抽出絕緣油過程中，根據(jù)流體動力原理，在海平面以下 350 英尺（107 米）的電纜斷裂處，充入海水，然后在岸上抽出絕緣油。當抽出 140 加侖（530 升）絕緣油后，將近 8000 英尺（2438 米）的電纜的流體絕緣物質(zhì)被抽出。

69 kV 交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜在萬克島的安裝。圖片來源：阿拉斯加東南電力局

隨后，電纜被封蓋并液壓鎖定，準備拆除。在電纜末端加蓋的情況下，移除電纜的過程包括以下內(nèi)容：

? 從岸上將電纜頭拉到船上（ITB 45號船舶），使用繩索和網(wǎng)固定拉手

? 使用動態(tài)定位，損壞的電纜被拖上 ITB 45，盤入電纜存儲系統(tǒng)，該系統(tǒng)專門設計了防止漏油的設施

? 監(jiān)控張力，以免超過電纜制造商公布的張力限制

? 計算流體動力以確定潛水員在安裝防止漏油擒縱機構的蓋子時保持平衡壓力所需的深度

? 在故障電纜末端部署潛水員，在水下使用電纜蓋防止漏油

? 故障電纜拆除取得了成功，沒有發(fā)生漏油事故，實現(xiàn)了 100% 的故障電纜移除?？偤臅r四天半，包括潛水作業(yè)、水下遙控車電纜定位、岸上線拆除和動態(tài)定位船海底電纜拆除。

05

電纜安裝階段

拆除現(xiàn)有電纜可能是該項目中風險最大的操作，但事實證明，安裝新電纜更具有挑戰(zhàn)性。

阿拉斯加東南部有超過 20 英尺（6 米）的潮汐變換，有世界上最極端的激流和潮汐洋流。萬克島和沃龍科夫斯基島位于亞歷山大群島內(nèi)，海岸線陡峭，沒有通行道路，水面下有堅硬的火山巖層。

為了這一階段項目取得成功，需要使用精確的布線設備，制定精確的布線計劃。盡管電纜最好完全鋪設在海底，但電纜懸空也是允許的，只是長度必須小于 20 英尺，并且電纜必須完全鋪設在現(xiàn)有的路權上。電纜敷設必須避開突出的巖石、巨石、懸崖、陡坡以及海床輪廓急劇變化的區(qū)域。

項目計劃在當年 7 月份——最小潮汐轉(zhuǎn)換期間進行安裝，以最大程度地減少潮汐洋流的影響，同時將電纜鋪設在水面以下 700 英尺（213 米）的深度。

巧合的是，安裝窗口期定在 2021 年 7 月 4 日。當蘭格爾島的居民正在享受獨立日慶?；顒訒r，阿拉斯加東南電力局、住友電氣和其它分包商正努力執(zhí)行電纜敷設作業(yè)，以在較小潮汐變換窗口期間成功安裝新的海底電纜。

06

成功修復故障

海風輕拂，碧空萬里，潮汐溫柔，新的海底電纜從一個海岸部署到另一個海岸，完美安裝，沒有發(fā)生任何意外狀況。

敷設過程中，采用水下遙控車的視頻采集，以確認新安裝的電纜符合既定的路線和規(guī)格。3.3 英里（5.3 公里）的海底電纜只有兩段懸空，最高 6 英寸（152 毫米），跨度均小于 15 英尺。

蘭格爾島附近充油海底電纜的拆除。圖片來源：阿拉斯加東南電力局

電纜敷設完成后，采用局部放電測試來確認安裝項目是否成功。在住友電氣、ITBS、Westpark 電氣公司和所有參建分包商的共同努力下，阿拉斯加東南電力局的島間海底高壓電纜成功得到了新的部署。

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