眾所周知，集電線路海纜和送出海纜是海上風(fēng)電場(chǎng)的重要組成部分，不但承擔(dān)著將電量匯集并輸送至岸上的職責(zé)，更是海上升壓站、海上風(fēng)機(jī)自用電的第一道保障，其可靠性對(duì)整個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)安全運(yùn)行的重要性不言而喻。


海纜故障風(fēng)險(xiǎn)是整個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中不可回避的問(wèn)題。雖然，以往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)得到的結(jié)論是海纜幾乎沒(méi)有自發(fā)的電氣故障，但海纜附件故障（例如終端安裝不當(dāng)、接頭未處理好等）或外力因素（錨害、暴力施工等）造成的損傷則是不可忽略的潛在威脅。

在【秒懂系列】海上風(fēng)電集電線拓?fù)浯笕校覀冊(cè)o大家介紹了一種“環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)”的集電線路，這種在歐洲不少海上風(fēng)場(chǎng)中應(yīng)用的集電線路型式，就是考慮了足夠的冗余度，以防止海纜故障造成較大的發(fā)電量損失。當(dāng)然，這種集電線路也大大增加了投資成本。

那么，如何權(quán)衡海纜故障損失與投資成本呢？換言之——

如何來(lái)評(píng)估海上風(fēng)電集電線路故障的影響？

如何在發(fā)電量計(jì)算過(guò)程中使用可信度高的海纜可利用率呢？

來(lái)看一下歐洲同行們是如何做的吧。

海纜故障導(dǎo)致的發(fā)電量損失估算

目前，歐洲海上風(fēng)電集電線路系統(tǒng)電壓等級(jí)普遍采用66kV，考慮高壓海纜（≥60kV）故障原因分為內(nèi)部原因和外部原因，對(duì)故障導(dǎo)致的發(fā)電量損失可按下述方法進(jìn)行估算：

1）內(nèi)部原因?qū)е鹿收希↖nternal Origin Failures）

在“CigreTB379 - 2009: Update of Service Experience of HV Underground and SubmarineCable Systems”（國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議文件）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行估算。


由于CigreTB379中未能統(tǒng)計(jì)到交聯(lián)聚乙烯海上交流電纜的故障次數(shù)，故選用陸上交流電纜內(nèi)部原因?qū)е鹿收系慕y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，即回路故障次數(shù)0.03次/(年·100回路km)，終端故障次數(shù)0.007次/(年·100個(gè))，中間接頭故障次數(shù)0.005次/(年·100個(gè))。

因此，單位回路km的海纜故障次數(shù)可由下式計(jì)算（無(wú)中間接頭）：


2）外部原因?qū)е鹿收希‥xternal Origin Failures）

外部原因主要包括墜落物、緊急落錨或拖拽、漁業(yè)活動(dòng)三種外部原因，其中：

① 墜落物：當(dāng)在船只和風(fēng)機(jī)或升壓站之間進(jìn)行吊運(yùn)物品過(guò)程中，考慮物品意外掉落墜海并損傷海纜。由于缺乏僅針對(duì)海上風(fēng)電的事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，故采用“OTO 95 959–An examination of the number and frequency of seriousped object and swinging load incidents involving cranes and lifting deviceson offshore installations for the period 1981-1992”歐洲海上油氣工業(yè)的相關(guān)統(tǒng)計(jì)進(jìn)行計(jì)算。


根據(jù)統(tǒng)計(jì)1981至1992年間，所有海上吊運(yùn)物品的作業(yè)有1777次，其中發(fā)生與物品墜海相關(guān)嚴(yán)重事故次數(shù)為56次，由此計(jì)算其事故率為3.15%。

② 緊急落錨和落錨拖拽：考慮航行在風(fēng)場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的船只在緊急情況下落錨或拖拽錨的發(fā)生概率（一般小于10-6），對(duì)于限制航行的風(fēng)場(chǎng)區(qū)域內(nèi)幾乎忽略不計(jì)。

③ 漁業(yè)活動(dòng)：考慮拖網(wǎng)捕魚(yú)對(duì)淺敷海纜的損害，可通過(guò)預(yù)測(cè)漁具潛入海床的深度（0.1-0.3米），從而加深海纜敷設(shè)深度來(lái)避免影響；其他捕魚(yú)方式對(duì)保護(hù)或埋設(shè)好的電纜影響較小，可不考慮。

3) 集電線路海纜故障損失分析

當(dāng)集電線路海纜故障發(fā)生后，海纜維修所帶來(lái)的發(fā)電量損失將以可利用率系數(shù)的形式體現(xiàn)在風(fēng)場(chǎng)實(shí)際發(fā)電量計(jì)算中。故對(duì)此系數(shù)進(jìn)行的計(jì)算如下：

故障維修時(shí)長(zhǎng)估算：

需考慮海纜故障發(fā)生后，從診斷、故障定位、維修到最后復(fù)位的全過(guò)程時(shí)間估算。下表以歐洲某海上風(fēng)電場(chǎng)的預(yù)測(cè)為例，理想狀況下需要66天。


發(fā)電量損失估算：

考慮故障發(fā)生原因及位置的所有可能場(chǎng)景，計(jì)算發(fā)生導(dǎo)致1臺(tái)至n臺(tái)風(fēng)機(jī)無(wú)法發(fā)電的電量損失及其概率。

4）算例（敲黑板）

假設(shè)某海上風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量300MW，年均等效利用小時(shí)數(shù)3300h，配置50臺(tái)6MW風(fēng)機(jī)，集電線路采用35kV普通鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，每4-5臺(tái)風(fēng)機(jī)組成一組風(fēng)機(jī)組串，共12組，海纜總長(zhǎng)度為75km。

內(nèi)部原因?qū)е鹿收洗螖?shù)（不考慮設(shè)電纜中間接頭）：


外部原因?qū)е鹿收下蚀螖?shù)：

假設(shè)對(duì)海上升壓平臺(tái)的吊運(yùn)物品作業(yè)次數(shù)為6次/年，吊運(yùn)路徑經(jīng)過(guò)集電線路海纜上方的概率為1/10。則可計(jì)算得到海上升壓平臺(tái)的吊運(yùn)物品墜海事故發(fā)生并導(dǎo)致海纜的次數(shù)為


對(duì)風(fēng)機(jī)相關(guān)的設(shè)備運(yùn)輸作業(yè)，考慮采用專用登陸設(shè)備（walk to work system），則可不考慮因吊運(yùn)而發(fā)生的事故。

故障維修時(shí)長(zhǎng)估算：

為保守考慮，取90天維修時(shí)間。

發(fā)電量損失估算：

故障導(dǎo)致1臺(tái)風(fēng)機(jī)停機(jī)90天所損失的發(fā)電量為4882.2MWh，每段海纜內(nèi)部按等概率考慮，不考慮同時(shí)2段以上海纜發(fā)生故障。

綜合以上海纜事故發(fā)生率和每次發(fā)生事故造成的發(fā)電損失，因海纜故障導(dǎo)致的發(fā)電量損失可估算為936.66MWh/年，占風(fēng)場(chǎng)總發(fā)電量的0.095%。