海底電纜

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目錄

什麼是海底電纜[1]

  海底電纜指用絕緣材料包裹起來的導線稱為海底電纜,其敷設在河流水下以及海底,用來進行電信的傳輸。現代的海底電纜都是以光纖作為材料,進行電話互聯網信號的傳輸。1850年,英國和法國之間鋪設了世界上的第一條海底電纜。中國在1888年完成了第一次海底電纜的鋪設,其共有兩條,一條是由福州川石島通往臺灣的滬尾島,長度是327.804km,另一條則是由臺南的安平通往澎湖,全長98.156km。

  海底電纜又分為海底電力電纜和海底通信電纜。通訊業務中主要用到海底通信電纜,其費用比較昂貴,但是保密程度較高。海底電力電纜同地下電力電纜的作用相同,主要用於水下大功率電能的傳輸,只不過二者之間的應用場合以及敷設的方式不相同而已。海底電纜工程在世界上被公認為是最為複雜困難的大型工程,其從環境探測和海洋物理調查,以及電纜的設計、製造和安裝都應用到複雜的技術。由於以上原因,世界上只有挪威、丹麥、加拿大、日本,以及美英法意等少數國家擁有海底電纜的製造廠家,這些廠家除了製造海底電纜外,還提供專業的敷設技術。在我國,能生產海底電力電纜的廠家主要有上海電纜廠和沈陽電纜廠等,但是我國目前應用的海底電力電纜仍然需要從其他能夠生產海底電纜的國家進口。

海底電纜的用途[1]

  長距離的通訊網、遠距離的島嶼之間以及跨海軍事設施等較為重要的場合都需要應用海底通信電纜。海底電力電纜主要應用在橫越江河或者港灣、陸島之間,以及鑽井平臺之間的互相連接等場合,其敷設距離與海底通信電纜相比較而言會顯得短一些。通常情況下,與同樣長度的架空電纜傳輸電能相比較,應用海底電纜傳輸要顯得昂貴許多,但是在地區性發電時對其的應用,要比對較小同時孤立的發電站的應用要經濟的多,更多的優勢在近海地區的應用中得到尤為突出的體現。在一些島嶼和河流較多的國家,對海底電纜的應用尤為廣泛。

海底電纜的種類及應用範圍[1]

  在小於45kV的交流電以及小於400kV的直流電線路中主要對浸漬紙包電纜加以應用,500m以內的水深是現在限制的安裝水域;自容式充油電纜則在交流電線路或者高達750kV的直流電中得到應用。因為此種電纜屬於充油式電纜,所以可以將其毫無困難地敷設在水深高達500m的海域里。另外還有擠壓式絕緣電纜以及充氣式電纜,其中充氣式電纜又稱為壓力輔助電纜,屬於使用浸漬紙包的充氣式電纜,比充油式電纜更加適用於相對較長的海底電纜網,由於其需要使用高氣壓在深水下進行操作,這無疑加大了設計配件與電纜的困難性,所以現在只限於在水深300m以內的海域使用。

海底電纜的相關技術[2]

  1.海底電纜的防水

  當機械應力或外力造成電纜護套及絕緣損傷、接頭損壞時,潮氣或水分會沿著電纜縱向和徑向間隙浸入,降低絕緣的電氣強度,因此多數高壓海底電纜都具有防止水分入侵的縱向、徑向防水措施.徑向措施主要是在絕緣屏蔽和金屬屏蔽層外面繞包半導電阻水膨脹帶,在金屬屏蔽層外面添加金屬防水層即金屬護套,中壓電纜電場強度相對較低,一般使用鋁塑複合護套,也有僅用聚合物護套的,高壓電纜則採用鉛、鋁、不鏽鋼的金屬密封套.聚合物護套具有防水性,但卻有一定的吸水率,這是因為其結構主要是由結晶相和無定形相組成的半結晶高聚物.結晶相結構緊湊,無定形相中的分子排列疏鬆,分子間存在較大的問隙.在交變電場的作用下,極性的水分子不斷來回翻轉,可以透過間隙和晶界缺陷處滲透到絕緣材料中.採用聚合物護套時,護套里要加具有吸水作用的阻水劑。

  縱向阻水主要採用①壓緊型線心;②在導線之間和纜心屏蔽區添加阻水性物質,阻斷水分在纜心中的擴散通道.縱向阻水採用阻水粉填充效果好,它的吸水量為自身的幾十倍乃至幾千倍,吸水強度大、膨脹率高,吸水後可迅速膨脹形成凝膠狀物質,阻塞滲水通道,終止水分和潮氣的進一步擴散和延伸,使受潮電纜的長度降到最低。

  2.軟接頭技術

  連續長度是海底電纜的基本要求之一.在電纜生產過程中,如果單根電纜長度不能滿足要求,可以在製造廠內採用一定的方法,把2段或幾段電纜的各部分連接起來,連接處的性能滿足運行的需要,且連接處的外徑與電纜本體相差不大,這種接頭處理的方式稱為軟接頭.軟接頭與電纜本體一樣,不僅要保證電纜的電氣性能,還要承受拉、扭、彎曲等機械應力,其技術難度較大,對生產安裝環境要求苛刻,目前超高壓海底電纜軟接頭世界上只有少數幾個知名廠家能夠生產。

  在工廠中製作軟接頭首先進行的是導體連接,採用銀焊等直徑線芯焊接,焊接時要避免產生未連接上、裂縫、微孔等焊接缺陷,可以用x射線檢查焊接質量.臨近焊接處的導體因為受到煅燒,是薄弱環節,機械強度只有正常導體的70%左右.其次要連接絕緣,先在待連接的電纜兩端製作反應力錐,再纏繞與電纜本體相似的絕緣紙帶或聚合物絕緣帶,或者採用“擠塑模鑄法”,用擠塑機將XLPE直接擠入成型模具.為避免一次擠出的厚度過大(15—30mm),導致在後期加壓加熱硫化過程中產生大的氣孔,可改成分層擠塑硫化處理.但其結果是加工工期長,可達1個多月].在處理導體屏蔽層和與接頭屏蔽層的過渡時,周圍環境對產品質量有相當大的影響,必須在有一定濕度和溫度控制要求的密閉空間進行.護套則是用事先套在絕緣外的鉛管焊接而成,最後與電纜本體一起裝鎧,因此可以說軟接頭是一種隱藏式的電纜接頭,除非特殊標註,否則在外觀上很難識別。

  3.金屬護套及鎧裝的防腐、防蝕設計

  海底電纜的壽命某種程度上取決於鋼絲鎧裝的耐腐蝕壽命,因此需要採用一種特殊的鋼絲——鋅鋁鎂合金鍍層鋼絲鎧裝.由中高密度聚乙烯構成的外護套可以剋服瀝青的易磨損、易脫落等缺點,且可對鋼絲鎧裝形成更好的保護.鋼絲鎧裝外加裝聚丙烯繩外被層,可以提高電纜抗海水侵蝕和施工磨損的能力。

  4.海底電纜的監測及安全預警和測溫控制

  海底地質環境複雜,地震、海床塌陷、滑坡、洋流變化、海洋生物及船隻拋錨,都有可能造成電纜斷裂、破損,影響電纜的安全運行.海底電纜監測可採用絕緣電阻法和電阻故障測距儀,可迅速測出電纜是否受損以及故障點的位置.絕緣電阻法根據電纜絕緣情況即可找出故障相,簡單明瞭。採用電纜故障測距儀時,根據讀取到的故障點的波形及其位置,也可確定故障點與電纜任意一端的位置距離。

  隨著光纖複合海底電纜的發展,利用分散式光纖感測技術,可以實現海底電纜的線上監測和故障預警.在物質的微結構中,光照射在分子、原子等微粒上,在微粒的轉動、振動、晶格振動及各種微粒運動參與的作用下,會出現光的散射頻率不等同於入射頻率的非彈性散射現象.而布里淵散射是這種典型的散射之一.散射光的頻率相對入射光的頻率發生變化,這一變化的大小與散射角和光纖的材料特性有關.與布里淵散射光頻率相關的光纖材料特性主要受溫度和應變的影響,因此,通過測定脈衝光的後向布里淵散射光的頻移就可實現分散式溫度、應變測量.利用分散式光纖感測技術的海底電纜外部安全預警和定位系統,可全天候實時線上監護電纜安全.當電纜受到外部侵害後,系統可在幾秒鐘內,迅速判斷電纜周圍環境的異常擾動變化和受到侵害的具體位置,完成報警定位功能。

  此外,利用海底電纜護套中的電容電流與電纜護套絕緣之間單一的函數對應關係,可以從電纜兩端測得電容電流的大小,分析計算出電纜護套故障的相別和位置,進而實現對海底電纜外絕緣情況的監測、維護。

海底電纜的註意事項[1]

  海底電纜作為實施出口質量許可制度的產品生產企業需要按照規定獲得國家出入境的校驗檢疫部門所頒發的出口質量許可證書後,才能生產出口產品。我國目前在大陸和臺灣島之間並沒有直接相連的通信光纜,通常情況下都是通過美國的海底光纜進行信息的交換。

  目前,那些全球性Internet互聯網都是通過海底通信光纜實現的,現在正在籌備中的海底光纜系統“太平洋高速公路”,其長度為25000km,將中國、美國,日本以及南韓等許多太平洋國家連接起來。1966年,跨大西洋的海底電纜鋪設成功,使歐美大陸之間跨大西洋的電報通訊得到了實現。伴隨著社會經濟及科技的飛速發展,海底管線的種類也越來越多。按照用途來劃分,海底管道又可分為輸油管道、輸水管道以及輸氣管道等;海底纜線則主要有輸電光纜、通信光纜以及通信電纜之分。

  在電力電纜線路保護區中,規定在電纜線路地面標樁兩側各0.75m所形成的兩條平行線內的區域為地下電纜的線路保護區;海底電纜通常為線路兩側各3.704km,也就是港內為兩側各100m,江河電纜通常則是大於線路兩側各100m所形成的兩平行線內的水域,而中小河流中則一般不小於線路兩側各50m。

參考文獻

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 郭學勇.淺談海底電纜的實際應用[J].《企業技術開發》.2011,1
  2. 邱巍,鮑潔秋等.海底電纜及其技術難點[J].《沈陽工程學院學報:自然科學版》.2012,1
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