对于地处偏远的岛屿来说，只有接入大陆电力系统其供电可靠性才会得到提高，电价才会更便宜。

对于美国阿拉斯加州的小岛彼得堡，由阿拉斯加东南电力局 (SEAPA) 提供的海缆供电可将岛上电力用户的能源成本降低 70% 以上。

一艘小渔船驶向位于美国阿拉斯加州兰格尔岛的罐头厂。兰格尔岛是亚历山大群岛的一部分，该群岛位于美国阿拉斯加州与加拿大不列颠哥伦比亚省的边界附近，环抱北美大陆。图片由 Joy Prescott 拍摄，来源：Dreamstime

如果没有该零碳电力连接，彼得堡岛将被迫依赖柴油发电，每年将多排放约 92,250 磅（41,844 千克）二氧化碳。

2019 年 9 月，阿拉斯加东南电力局的四条 138 kV 充油海底电缆中的一条发生故障。它位于沃龙科夫斯基岛和万克两个无人岛之间的斯蒂堪海峡底部，深度约 700 英尺（213 米）处。

可能导致故障的原因是水下雪崩般的山体滑坡，将电缆拉断。该高压海缆安装于 1984 年，是阿拉斯加东南电力局 175 英里（282 公里）输电系统的一部分，该系统将阿拉斯加的彼得堡岛、兰格尔岛和凯奇坎社区与该公用事业公司的水力发电设施连接起来。

阿拉斯加东南电力局有四条海缆链路，每个链路由四个单相电缆组成，总长度超过 55 英里（86 公里）。每个链路的四根电缆中的三根保持带电，第四根电缆备用。每年，阿拉斯加东南电力局都会轮换电缆通电以确保这些链路的完整性，这样每根电缆不带电的时间不超过一年。

在备用电缆通电后，彼得堡岛恢复了供电，但该电源的安全性风险增加。运行的任一相电缆再出现故障都将导致彼得堡岛不得不使用柴油发电，其供电成本将比正常水平高四倍。为了避免这种情况发生，阿拉斯加东南电力局决定立即修复或更换故障的高压电缆。

如果没有与大陆连接的海底电缆，阿拉斯加的几个岛屿社区将完全依赖柴油发电。图片来源：阿拉斯加东南电力局

01

故障调查

在考虑更换电缆之前，阿拉斯加东南电力局研究了拼接损坏的电缆以有效修复故障的可能性，并使用“时域反射仪 (TDR) 测试”以确定故障位置。测试结果发现了负反射信号，表明电缆在离岸近 2000 英尺（610 米）、深度 350 英尺（107 米）处断裂。较小的正反射也很明显，这可能是错误信号或海水和油之间的重力或密度差异造成的进水产生的影响。

“时域反射仪 (TDR) 测试”结果。图片来源：阿拉斯加东南电力局

海底遥控车 (ROV) 的视频图像显示了故障电缆被切断，并且在电缆最深处的故障点很可能进水。

尽管阿拉斯加东南电力局有 2000 英尺（610米）的充油电缆备用，但在考虑到电缆进水长度可能超过 2000 英尺时，该公司得出结论，修复电缆是不现实的。

02

电缆更换

阿拉斯加东南电力局在海底电缆顾问中央海洋服务公司（Centre Marine Services Inc.）的支持下，编制了更换电缆规格书，并进行了招标。

通过竞标，电缆更换合同最终授予日本住友电气工业有限公司。之所以选择该公司，是因为其拥有 100 多年海缆制造经验、可靠的用户记录以及基于对美国市场理解的合理投标方案。

对故障的海底电缆进行时域反射仪测试。图片来源：阿拉斯加东南电力局

阿拉斯加东南电力局设计院和海洋水文勘测公司 eTrac Inc. 向住友电气提供了以下信息：

» 海底遥控车的视频图像

» 高分辨率多波束声纳测深图

» 磁力计海底轮廓

» 电缆位置定向高度勘查

portant; overflow-wrap: break-word !important;">» 从 2020 年 11 月，住友电气利用上述结果开始了电缆更换设计

03

设计阶段

阿拉斯加东南电力局彼得堡岛输电系统原来采用的是 138 kV 海底电缆设计，以满足潜在的 200% 负荷增长。

然而，自 1984 年投入使用以来，该输电系统一直以 69 kV 运行。因此，为了降低成本阿拉斯加东南电力局本次订购了 69 kV 电缆而不是 138 kV 电缆。同时仍可满足未来 100% 的负荷增长的需求。

降低电压的决定还基于以下方面考虑：

portant; overflow-wrap: break-word !important;">» 电缆总重量

portant; overflow-wrap: break-word !important;">» 便于运输物流

portant; overflow-wrap: break-word !important;">» 电缆安装时间

根据合同要求，住友电气设计了一种双铠装 69 kV 交联聚乙烯绝缘海底电缆，该电缆带有集成光纤，可在 700 英尺（213 米）水深下承受 315 磅每平方英寸的压力（psi）。

住有电气制造的新电缆为连续 17,400 英尺（5, 304 米），中间没有接头。未来维修所需的辅助设备也必须满足类似的严苛的应力要求。

除了新电缆，住友电气还设计了一个两用电缆存储转盘系统，用于将电缆从日本运输到阿拉斯加，并在安装新电缆之前回收的现有充油电缆。

该设计包括储油设施，用于从海底回收电缆时防止因温度、压力变化而导致的漏油。

2021 年 7 月 4 日，69kV 交联聚乙烯绝缘电缆的安装。图片来源：阿拉斯加东南电力局

04

旧电缆拆除

住友电气作为总承包商，将合同的电缆安装和电缆拆除部分分包给加拿大海缆敷设和海洋工程公司 ITB Subsea Ltd. (ITBS)。

新的 17,400 英尺（5304 米）电缆，重量超过 600,000 磅（272,155 公斤），从日本运输到加拿大的温哥华，并在那里被转移到 ITBS 的动态定位船上。

2021 年 7 月 1 日，ITBS 开始了损坏电缆的拆除。在抽出绝缘油过程中，根据流体动力原理，在海平面以下 350 英尺（107 米）的电缆断裂处，充入海水，然后在岸上抽出绝缘油。当抽出 140 加仑（530 升）绝缘油后，将近 8000 英尺（2438 米）的电缆的流体绝缘物质被抽出。

69 kV 交联聚乙烯绝缘电缆在万克岛的安装。图片来源：阿拉斯加东南电力局

随后，电缆被封盖并液压锁定，准备拆除。在电缆末端加盖的情况下，移除电缆的过程包括以下内容：

» 从岸上将电缆头拉到船上（ITB 45号船舶），使用绳索和网固定拉手

» 使用动态定位，损坏的电缆被拖上 ITB 45，盘入电缆存储系统，该系统专门设计了防止漏油的设施

» 监控张力，以免超过电缆制造商公布的张力限制

» 计算流体动力以确定潜水员在安装防止漏油擒纵机构的盖子时保持平衡压力所需的深度

» 在故障电缆末端部署潜水员，在水下使用电缆盖防止漏油

» 故障电缆拆除取得了成功，没有发生漏油事故，实现了 100% 的故障电缆移除。总耗时四天半，包括潜水作业、水下遥控车电缆定位、岸上线拆除和动态定位船海底电缆拆除。

05

电缆安装阶段

拆除现有电缆可能是该项目中风险最大的操作，但事实证明，安装新电缆更具有挑战性。

阿拉斯加东南部有超过 20 英尺（6 米）的潮汐变换，有世界上最极端的激流和潮汐洋流。万克岛和沃龙科夫斯基岛位于亚历山大群岛内，海岸线陡峭，没有通行道路，水面下有坚硬的火山岩层。

为了这一阶段项目取得成功，需要使用精确的布线设备，制定精确的布线计划。尽管电缆最好完全铺设在海底，但电缆悬空也是允许的，只是长度必须小于 20 英尺，并且电缆必须完全铺设在现有的路权上。电缆敷设必须避开突出的岩石、巨石、悬崖、陡坡以及海床轮廓急剧变化的区域。

项目计划在当年 7 月份——最小潮汐转换期间进行安装，以最大程度地减少潮汐洋流的影响，同时将电缆铺设在水面以下 700 英尺（213 米）的深度。

巧合的是，安装窗口期定在 2021 年 7 月 4 日。当兰格尔岛的居民正在享受独立日庆祝活动时，阿拉斯加东南电力局、住友电气和其它分包商正努力执行电缆敷设作业，以在较小潮汐变换窗口期间成功安装新的海底电缆。

06

成功修复故障

海风轻拂，碧空万里，潮汐温柔，新的海底电缆从一个海岸部署到另一个海岸，完美安装，没有发生任何意外状况。

敷设过程中，采用水下遥控车的视频采集，以确认新安装的电缆符合既定的路线和规格。3.3 英里（5.3 公里）的海底电缆只有两段悬空，最高 6 英寸（152 毫米），跨度均小于 15 英尺。

兰格尔岛附近充油海底电缆的拆除。图片来源：阿拉斯加东南电力局

电缆敷设完成后，采用局部放电测试来确认安装项目是否成功。在住友电气、ITBS、Westpark 电气公司和所有参建分包商的共同努力下，阿拉斯加东南电力局的岛间海底高压电缆成功得到了新的部署。

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