提高海底電纜壽命預測綜述

周曄 張濟鵬 楊霖 金宇鵬 苗天聰

摘要：人類改造地球的渴望和能力是驚人的。除了腳下四通八達的輸電網絡以外，廣袤幽深的海底也綿延著成千上萬海里的海底電纜，隨著電纜專業的逐漸成熟，越來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項目。我國臨近四大海域，對這一項目更加重視。由于大海對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測也大不相同，為了更好地保護海底電纜，延長海底電纜的壽命，我們對絕緣的選取則要復雜很多。

關鍵詞：海底電纜;電纜絕緣;電纜的破壞;壽命

引言

海底電纜研發、生產、敷設已有近170年歷史，1850年英國和法國之間鋪設了人類歷史上第一條海底電纜，中國的第一條海底電纜是在1888年完成。海底電纜因其高標準、高門檻、高風險，被稱為電纜制造“皇冠上的明珠”，制造海底電纜很困難，保護海底電纜更加困難。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）自然環境

就國內而言，海南海底電纜的深度不算太深（80m）、長度也不太長（31km），但是屬于地震多發區。而地震發生會使海底電纜所處發生斷裂。1929 年發生在紐芬蘭南面海底地震造成了密集分布在這個海域的海纜大量斷裂。2004 年在日本海域和我國臺灣海域發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）人為環境

人為的捕撈現象。就國內來說，中國對于漁業要求很高，這導致有些海域的漁船捕魚頻率過高，密度過大。并且現在隨著漁船上的設備越來越先進，也會是海底電纜受到的損害可能性越來越大。

（三）損害類型

1.捕撈和養殖業

由于近海的過渡捕撈，使得近海漁業遠不如從前，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。過渡的捕撈會使海底電纜造成嚴重損害，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，同時還有海洋工程施工船舶對海纜造成的錨害。這類船只排水量很大，且線型簡單，大部分呈箱型船體，水阻力較大，為了穩定地錨泊在海上進行有關作業，所配置錨數量很多，最多可有 10 只。配置錨數量很多，最多可有 10 只。由于此類船只的錨上基本不設錨鏈，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，入土深度達到2m 以上。

二、海底電纜的保護

（一）水下支撐法

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

（二）挖溝法

將懸跨電纜掩埋在穩定的海床層面中，通過人工或自然力量進行溝渠回填。對于運行中的海底海纜，建議采用非接觸式水力噴射挖溝機。

（三）錨樁支撐法

依靠樁基深層土壤來承受波浪、海流作用，保持電纜穩定，以減小橫向和縱向振動幅度。沿電纜兩側交叉布置水下支撐樁，間距應根據計算的最大允許懸跨長度以及對電纜實際強度分析后確定，在每一鋼管樁或吸力錨樁靠近海管附近位置設有懸臂梁，懸臂梁上設有高強U型螺栓將懸跨的管段進行固定，從而減小電纜懸跨長度，達到固定海底電纜的目的。

（四）拋填礫石法

通過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有懸跨段的擺動。但要求海床的承受能力足以支撐傾倒材料。

（五）重物壓載法

海床穩定的深水中，混凝土或瀝青壓塊更適合用來保護管線懸跨段。如果懸跨段較長且懸跨高度較低，則在電纜可承受的應力范圍內，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，穩定流沙和沙丘。

三、海底電纜的檢測

水面拖體側掃聲吶系統是一種多脈沖高速側掃聲吶， 又是一種高分辨率雙模式側掃聲吶，? 其原理是通過放在水下拖魚中的換能器以一定的傾角向測線兩側發射脈沖寬度為零點幾毫米到幾毫米的超聲波至海底，按照聲波發射與散射原理， 其中必定有部分散射回到拖魚為換能器接收， 換能器在接收到回散射信號后， 便立刻轉變為電信號并通過一系列的放大原理，在電腦中記錄下它的灰度強度， 然后通過對記錄上的回散射信號的判讀與解釋， 可以得出水底地貌圖像與外來物體存在的情況， 從而用來達到尋找水下障礙物與疑存物的目的。

四、海底電纜的修復

當我們發現海底電纜收到損害時，要對故障點做出正確的定位。在此基礎上，把故障點以及損壞點還有進水的部分都予以切除掉，之后，再把1號電纜和浮標一起放回到海底。同樣的把2號電纜也拉至修理船的甲板上面，并對故障做出驗證。在此基礎上，把故障點以及損壞點還有進水的部分都予以切除掉，同時，把防水密封工作做好后，針對剩余的電纜做出測量。并在電纜的末端把放水的工作做好，最終就可以把2號電纜和浮標一起放回至海底，針對備用電纜，進行長度的計算。再將2號電纜拉至修理船的甲板上面，將其和備用電纜進行連接，等到連接好之后，再把1號電纜也拉上修理船的甲板上面，并將其和備用電纜進行連接，最終全部將其放回至海底;第十步，等到所有工作做完之后，實行最終的測試。

五、總結語

隨著這一專業的深入學習，以后學習到的電纜知識會越來越多，越來越深，越來越重要，而海底電纜則是這一工程較復雜的一部分。海底電纜的是壽命為25年，但是由于在大海，那是我們現在還沒有談探索完全的陌生世界，什么都有可能發生。我們無法去預測在我們實施前，實施時，和實施后會遇到的困難和險阻。所以，只有更好的對海底電纜進行保護才能提高它的使用壽命。

參考文獻：

[1]王星.? 海底電纜絕緣監測方法研究.? 華中科技大學，2008，01（6） 10-12

[2]岑貞錦;吳聰;張維佳;蔡馳;陳奕杭.? 一種新型海底電纜防沖刷保護裝置的設計.? 廣東造船，2019，25（10）

[3]岑貞錦;蔣道宇;張維佳;蔡馳.? 海底電纜檢修方法選擇分析.? 南方能源建設，2017，25（9）