提高海底電纜壽命預(yù)測(cè)綜述

周曄 張濟(jì)鵬 楊霖 金宇鵬 苗天聰

摘要：人類(lèi)改造地球的渴望和能力是驚人的。除了腳下四通八達(dá)的輸電網(wǎng)絡(luò)以外，廣袤幽深的海底也綿延著成千上萬(wàn)海里的海底電纜，隨著電纜專(zhuān)業(yè)的逐漸成熟，越來(lái)越多的難題得以攻克，但是海底電纜始終是電纜方面最重要也是最困難的一個(gè)項(xiàng)目。我國(guó)臨近四大海域，對(duì)這一項(xiàng)目更加重視。由于大海對(duì)電纜的破壞和腐蝕與陸地上完全不同，所以所需要的成本和預(yù)測(cè)也大不相同，為了更好地保護(hù)海底電纜，延長(zhǎng)海底電纜的壽命，我們對(duì)絕緣的選取則要復(fù)雜很多。

關(guān)鍵詞：海底電纜;電纜絕緣;電纜的破壞;壽命

引言

海底電纜研發(fā)、生產(chǎn)、敷設(shè)已有近170年歷史，1850年英國(guó)和法國(guó)之間鋪設(shè)了人類(lèi)歷史上第一條海底電纜，中國(guó)的第一條海底電纜是在1888年完成。海底電纜因其高標(biāo)準(zhǔn)、高門(mén)檻、高風(fēng)險(xiǎn)，被稱(chēng)為電纜制造“皇冠上的明珠”，制造海底電纜很困難，保護(hù)海底電纜更加困難。電纜的平均壽命是20年以上，而海底電纜的壽命可以達(dá)到25年以上。雖然陸地和海底電纜的壽命看似持平，但是海底電纜的制造成本和敷設(shè)難度卻是陸地電纜不可比擬的。

一、海底電纜受損原因

（一）自然環(huán)境

就國(guó)內(nèi)而言，海南海底電纜的深度不算太深（80m）、長(zhǎng)度也不太長(zhǎng)（31km），但是屬于地震多發(fā)區(qū)。而地震發(fā)生會(huì)使海底電纜所處發(fā)生斷裂。1929 年發(fā)生在紐芬蘭南面海底地震造成了密集分布在這個(gè)海域的海纜大量斷裂。2004 年在日本海域和我國(guó)臺(tái)灣海域發(fā)生的地震也造成了海纜的斷裂。海底地震是破壞海底電纜的一大殺手。

（二）人為環(huán)境

人為的捕撈現(xiàn)象。就國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)，中國(guó)對(duì)于漁業(yè)要求很高，這導(dǎo)致有些海域的漁船捕魚(yú)頻率過(guò)高，密度過(guò)大。并且現(xiàn)在隨著漁船上的設(shè)備越來(lái)越先進(jìn)，也會(huì)是海底電纜受到的損害可能性越來(lái)越大。

（三）損害類(lèi)型

1.捕撈和養(yǎng)殖業(yè)

由于近海的過(guò)渡捕撈，使得近海漁業(yè)遠(yuǎn)不如從前，漁民只能增加捕撈的頻率。捕撈的密度從 1993 年的 43656 艘次增加到 1996 年的 52000 艘次。過(guò)渡的捕撈會(huì)使海底電纜造成嚴(yán)重?fù)p害，減少海底電纜使用壽命甚至破壞電纜。

2.海洋航行和海洋工程船

損壞海纜的主要原因是船舶的任意拋錨，同時(shí)還有海洋工程施工船舶對(duì)海纜造成的錨害。這類(lèi)船只排水量很大，且線型簡(jiǎn)單，大部分呈箱型船體，水阻力較大，為了穩(wěn)定地錨泊在海上進(jìn)行有關(guān)作業(yè)，所配置錨數(shù)量很多，最多可有 10 只。配置錨數(shù)量很多，最多可有 10 只。由于此類(lèi)船只的錨上基本不設(shè)錨鏈，錨泊力全部由錨提供，故錨重都在 5～8t，甚至更大，錨型則都為大抓力海軍錨，入土深度達(dá)到2m 以上。

二、海底電纜的保護(hù)

（一）水下支撐法

設(shè)置支撐支架，是海底電纜懸空，以減少海底電纜的振動(dòng)。它可以防止懸空電纜由于渦激振動(dòng)引起的海纜斷裂。

（二）挖溝法

將懸跨電纜掩埋在穩(wěn)定的海床層面中，通過(guò)人工或自然力量進(jìn)行溝渠回填。對(duì)于運(yùn)行中的海底海纜，建議采用非接觸式水力噴射挖溝機(jī)。

（三）錨樁支撐法

依靠樁基深層土壤來(lái)承受波浪、海流作用，保持電纜穩(wěn)定，以減小橫向和縱向振動(dòng)幅度。沿電纜兩側(cè)交叉布置水下支撐樁，間距應(yīng)根據(jù)計(jì)算的最大允許懸跨長(zhǎng)度以及對(duì)電纜實(shí)際強(qiáng)度分析后確定，在每一鋼管樁或吸力錨樁靠近海管附近位置設(shè)有懸臂梁，懸臂梁上設(shè)有高強(qiáng)U型螺栓將懸跨的管段進(jìn)行固定，從而減小電纜懸跨長(zhǎng)度，達(dá)到固定海底電纜的目的。

（四）拋填礫石法

通過(guò)工作船向電纜上拋填礫石等材料，防止懸跨的惡化和旋渦沖刷，這種方法還可以抑制現(xiàn)有懸跨段的擺動(dòng)。但要求海床的承受能力足以支撐傾倒材料。

（五）重物壓載法

海床穩(wěn)定的深水中，混凝土或?yàn)r青壓塊更適合用來(lái)保護(hù)管線懸跨段。如果懸跨段較長(zhǎng)且懸跨高度較低，則在電纜可承受的應(yīng)力范圍內(nèi)，利用壓塊給管線加壓力使之貼近海底。

（六）人工海草法

種植海草等植物，穩(wěn)定流沙和沙丘。

三、海底電纜的檢測(cè)

水面拖體側(cè)掃聲吶系統(tǒng)是一種多脈沖高速側(cè)掃聲吶， 又是一種高分辨率雙模式側(cè)掃聲吶，? 其原理是通過(guò)放在水下拖魚(yú)中的換能器以一定的傾角向測(cè)線兩側(cè)發(fā)射脈沖寬度為零點(diǎn)幾毫米到幾毫米的超聲波至海底，按照聲波發(fā)射與散射原理， 其中必定有部分散射回到拖魚(yú)為換能器接收， 換能器在接收到回散射信號(hào)后， 便立刻轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并通過(guò)一系列的放大原理，在電腦中記錄下它的灰度強(qiáng)度， 然后通過(guò)對(duì)記錄上的回散射信號(hào)的判讀與解釋?zhuān)?可以得出水底地貌圖像與外來(lái)物體存在的情況， 從而用來(lái)達(dá)到尋找水下障礙物與疑存物的目的。

四、海底電纜的修復(fù)

當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)海底電纜收到損害時(shí)，要對(duì)故障點(diǎn)做出正確的定位。在此基礎(chǔ)上，把故障點(diǎn)以及損壞點(diǎn)還有進(jìn)水的部分都予以切除掉，之后，再把1號(hào)電纜和浮標(biāo)一起放回到海底。同樣的把2號(hào)電纜也拉至修理船的甲板上面，并對(duì)故障做出驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，把故障點(diǎn)以及損壞點(diǎn)還有進(jìn)水的部分都予以切除掉，同時(shí)，把防水密封工作做好后，針對(duì)剩余的電纜做出測(cè)量。并在電纜的末端把放水的工作做好，最終就可以把2號(hào)電纜和浮標(biāo)一起放回至海底，針對(duì)備用電纜，進(jìn)行長(zhǎng)度的計(jì)算。再將2號(hào)電纜拉至修理船的甲板上面，將其和備用電纜進(jìn)行連接，等到連接好之后，再把1號(hào)電纜也拉上修理船的甲板上面，并將其和備用電纜進(jìn)行連接，最終全部將其放回至海底;第十步，等到所有工作做完之后，實(shí)行最終的測(cè)試。

五、總結(jié)語(yǔ)

隨著這一專(zhuān)業(yè)的深入學(xué)習(xí)，以后學(xué)習(xí)到的電纜知識(shí)會(huì)越來(lái)越多，越來(lái)越深，越來(lái)越重要，而海底電纜則是這一工程較復(fù)雜的一部分。海底電纜的是壽命為25年，但是由于在大海，那是我們現(xiàn)在還沒(méi)有談探索完全的陌生世界，什么都有可能發(fā)生。我們無(wú)法去預(yù)測(cè)在我們實(shí)施前，實(shí)施時(shí)，和實(shí)施后會(huì)遇到的困難和險(xiǎn)阻。所以，只有更好的對(duì)海底電纜進(jìn)行保護(hù)才能提高它的使用壽命。

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