1、海底電纜的發(fā)展前景與技術探索,周厚強 寧波東方集團有限公司,2008電線電纜論壇——聚焦市場與技術（電力與新能源）,2008. 7 上海,提綱,國內市場國際市場東方的現(xiàn)狀 解決的技術問題技術探索（舉例光纜的設計與用途）,前言,海底電纜是敷設在海底及河流水下用的電纜，分海底通信電纜和海底電力電纜。由于海底電纜工程被世界各國公認為復雜困難的大型工程，從環(huán)境探測、海洋物理調查，以及電纜的設計、制造和安裝,都應用復雜技術，因而海

2、底電纜的制造廠家在世界上為數不多。目前我國應用的海底電力電纜部分仍然需要進口,一、XLPE海底電力電纜的市場情況,我國是一個海洋大國，擁有300多萬平方公里的海域和18000公里長的海岸線，沿海分布有6000多個島嶼，在淺海大陸架蘊藏著豐富的海底油田和天然氣，沿海又是我國經濟發(fā)達區(qū)，國內沿海島嶼發(fā)展急需用電，由于建設電站成本高、周期長，再加上燃料供應困難等因素，故此，對中小型海島的供電、通信（尤其是軍用保密通信）都需要通過海底電纜來解決

3、。,面對國際日趨完善的海底電纜系統(tǒng)，國內目前的4～5家海底電纜生產企業(yè)，因受技術水平、企業(yè)條件方面的制約，不能完全滿足市場的需要。我國目前尚未完全解決浙江、山東、福建、江蘇、廣東等省的沿海島嶼上存在的缺電問題，一定程度上阻礙了當地經濟的發(fā)展，影響了國防建設。根據國家目前海底電纜的建設狀況及沿海經濟建設規(guī)劃的需求，海底電纜建設及應用范圍將會相應擴大。,沿海城市島嶼市場,擁有1.8萬公里長的海岸線，6000多個大小島嶼 2006年用量約為

4、500km，到2010年預計需求量為900km 國際上島國甚多，尤其是東南亞大小島國更多，同時經濟也相當發(fā)達，新一輪經濟的發(fā)展促使海洋、島嶼的利用大大遞增,海上石油開采給海底電纜帶來廣闊的市場,海洋石油開發(fā)將迎來一個高速發(fā)展期，計劃在2010年前使海洋石油的開采規(guī)模達到2003年的兩倍 海洋石油開發(fā)一是解決平臺與陸地之間電力傳輸和通信傳輸，另外是采油時用的動力傳輸和信號傳輸，這使海底電力電纜的使用量逐漸增加，同時為了適應環(huán)境要求在

5、海底電力電纜的基礎上開發(fā)的多用途臍帶纜的量也隨即猛增,據了解，各類每座海上石油平臺上電纜的用量是：自升式平臺150km，半潛式平臺180km，采油平臺200km，生產平臺200km，生活平臺100km。最近，韓國為俄羅斯建造的一座特大型海上石油平臺，共用各類電纜大約900km。我國每年新建、維修海上石油平臺需要用各類電纜13000km，約有15%的海纜采用光電復合海底電纜和海底電力電纜，保守估計使用各種型號規(guī)格海底電纜約2000km。,

6、海上風力發(fā)電及輸電用海底電纜,在陸地上風電快速發(fā)展的同時，風能利用的新的領域－海上風電悄然興起，世界上很多國家制訂計劃開發(fā)海上風電場。建設海上風電場是目前國際新能源發(fā)展的重要方向，也將是我國風電產業(yè)發(fā)展的“方向中的方向”。中國目前已有近百家陸上風電場，到2006年總裝機容量約260萬千瓦，2007年有望達到500萬千瓦，但海上風力發(fā)電場建設才剛剛起步。預計到2020年風力發(fā)電總裝機容量將達到3000萬千瓦。對于海底電纜來說，其在海上風

7、力發(fā)電及輸電上的應用擁有廣闊的市場前景，預計2010年市場需求量近1000km。,河流湖泊等水下電纜市場,由于改造江河、湖泊以及水庫大壩的需要，水下電纜應用越來越廣泛，主要分布在長江、黃河、怒江、錢塘江、珠江等市場，2006年海底電纜的用量約為300km，到2010年市場需求量約為400km。,國際市場,我國海底電纜的應用早于19世紀末期。但110kV的海底電纜還是使用充油電纜或進口交聯(lián)聚乙烯電纜，其中國外進口產品占中國市場的50％以上

8、，其中110kV及以上產品一直為國外企業(yè)壟斷，直到去年東方生產。東南亞各國如日本、韓國、菲律賓、馬來西亞、印度尼西亞、越南、泰國、緬甸等目前還不具備海底電纜的生產能力，不少本地區(qū)域性海底電纜工程從西歐引進光電復合海底電纜，耗費巨大。世界上海底電纜使用量的40%左右是由耐克森公司生產，也是中國5家海底電纜生產企業(yè)的3倍以上，從而使耐克森公司成為世界海底電纜最大生產基地，其大部份的市場在歐洲。,小結,通過以上的分析可以看出，光電復合海底

9、電纜和海底交聯(lián)電纜的需求近來增長較快，未來需求看好。2006年我國沿海電網、海上平臺海底電纜用量超過2000km，到2010年預計海底電纜需求量為4000km。再加上海外市場的需求，到2010年海底電纜的市場需求量約為6500km。,寧波東方電纜股份有限公司海底電纜研究與應用現(xiàn)狀,寧波東方電纜目前是國內海底電纜專業(yè)化生產企業(yè)之一，歷時幾年的時間，成功研發(fā)35kV光電復合海纜、110kV光電復合海底交聯(lián)電纜，目前已經建成國內最大的海底電

10、纜研發(fā)生產基地，曾被邀請參加南方電網220kV海底電纜國產化招標。寧波東方成功研制開發(fā)并大批量生產110kV光電復合交聯(lián)聚乙烯絕緣海底電纜后，產品投入舟山與寧波聯(lián)網工程，運行情況得到國家電網的肯定。在研究過程中，用先進的高端技術和可靠的產品質量，迅速開拓國內市場并得到廣泛應用，打破了國外企業(yè)壟斷中國高端海纜市場的局面。,取得的成績,寧波東方電纜創(chuàng)舉了國內光電復合交聯(lián)聚乙烯絕緣海底電纜史上的三個第一：（1）第一家能夠生產110kV最高電壓

11、等級交聯(lián)聚乙烯絕緣光電復合海底電纜，大批量投放市場并有效運行；(2)生產出中國第一根35kV 3*300mm2最大截面交聯(lián)聚乙烯絕緣光電復合海底電纜；(3)生產出中國單根無接頭最長的110kV 1*500mm2交聯(lián)聚乙烯絕緣海底電纜。,重點解決的問題,6-110kv全系列海纜軟接頭開發(fā) (導體焊接為例)大長度海纜內外屏蔽及絕緣無缺陷擠制技術大長度海纜無缺陷壓鉛和無缺陷護套擠制技術 聯(lián)合成纜技術光纖通訊復合單元結構研究,軟接頭,在

12、電纜制造過程中,采用一定的方法,把電纜各部分連接在一起,把兩段或幾段電纜,連接成為一根電纜,連接處的性能達到一定要求,滿足電纜運行的結果,外徑及各部分的尺寸和電纜本體相差不大,這種接頭處理的方式叫軟接頭。,獨特的優(yōu)勢,1、團隊與技術優(yōu)勢。 2、海纜生產銷售的規(guī)模優(yōu)勢。 3、區(qū)域優(yōu)勢。 4、積極組建國家級海底電纜研究中心為打造海底電纜生產基地建筑好研發(fā)平臺。,國內外海纜技術狀況,海底電纜技術被世界各國公認為是一項困難復雜的大型技術工

13、程，無論是電纜的設計、制造、施工均遠遠地高于其它電纜產品，其中包括電纜長度、電纜接頭和電纜壽命在內的一些關鍵技術指標，決定于電纜的設計、制造與安裝水平。,海底電纜技術要求高、難度大，而且隨著經濟的不斷發(fā)展，對海底電纜的電壓等級需求也越來越高。以前多為35kV，現(xiàn)在多采用110kV。導體截面越來越大。如原長島海底電纜截面僅95mm2，現(xiàn)在已要求1200mm2，廣東汕頭電力局南澳島海底電纜單根長9km，電壓等級110kV，截面為300mm2

14、。由于受海底高壓電力電纜制造長度的限制，質量風險大、水密性能要求高等因素，世界上只有法國耐克森公司、意大利比瑞利公司、ABB公司、日本藤倉等公司已經成功研制開發(fā)該產品。,我國海底電纜的應用早于19世紀末期。但110kV的海底電纜還是使用充油電纜或進口交聯(lián)聚乙烯電纜,其中國外進口產品占中國市場的50%以上，其中110KV及以上產品一直為國外企業(yè)壟斷。在海底電纜在技術上，國外比國內成熟。國內在技術水平上，還遠遠不能與國外同行相比，特別是

15、大長度海纜制造技術.220kV及以下光電復合海底電纜、海底交聯(lián)電纜技術，國際沒有研制,目前國內還正在開發(fā)之中。,國內廠家生產技術水平將快速發(fā)展,目前國內主要生產海底電纜的廠家為五家：寧波東方電纜股份有限公司、上海騰倉電纜有限公司、湖北永鼎紅旗電氣有限公司、山東漢河電纜有限公司、中天科技。中國海纜市場和生產工藝技術正處于一個快速發(fā)展的時期，這與我國經濟社會、國防、能源等領域的發(fā)展都是息息相關的。各電纜生產企業(yè)如能抓住機遇、自主創(chuàng)新，利

16、用自己有利的條件發(fā)展有優(yōu)勢的海纜產品，不但能夠在國內市場占有一席之地，也很有可能充分發(fā)揮國內成本優(yōu)勢，進軍國際市場。,海底電纜的技術探索,我們積極利用承擔國家科技支撐計劃項目的機會，匯聚了國內外電纜行業(yè)的知名專家，從很方面對海纜進行了深入的研究一、導體阻水的研究；二、電纜接地的研究；三、光纜復合的研究；四、鎧裝層的研究；,探索,五、大長度生產裝備的研究；六、電纜試驗的研究；七、電纜搶修接頭的研究；八、生產裝備的研究；九、

17、材料的研究；十、海底電纜敷設及安全運行的研究。,重點難題,著重解決材料因素制約光電復合海底交聯(lián)電纜生產的瓶頸，著重攻克高等級聚乙烯絕緣高分子材料的配方及制造工藝，聚乙烯專用料的結構參數;同時研究電纜磁場應力消除材料和技術；研制生產電纜專用關鍵裝備，滿足大長度光電復合海底交聯(lián)電纜生產，解決生產大長度高電壓光電復合海底交聯(lián)電纜的工藝技術，生產出單根長度最長5-8km的光電復合海底交聯(lián)電纜；,攻克光電復合海底交聯(lián)電纜的接頭技術，研發(fā)22

18、0kV光電復合海底交聯(lián)電纜注塑交聯(lián)型軟接頭工藝技術及電纜附件；解決光電復合海底交聯(lián)電纜安全敷設和安全運行問題，研制出確保海纜敷設及安全運行智能保障系統(tǒng)。,通過攻克制約光電復合海底交聯(lián)電纜發(fā)展的高等級聚乙烯絕緣高分子材料、生產大長度高電壓等級的光電復合海底交聯(lián)電纜工藝技術與關鍵裝備、光電復合海底交聯(lián)電纜軟接頭及海纜敷設與電纜安全保障的技術難點，著重解決制造電力輸送“動脈”的材料、關鍵裝備、工藝技術及網絡安全保障的關鍵技術問題，使光電復合海

19、底交聯(lián)電纜在技術應用上得到質的飛躍。,與上海電纜研究所聯(lián)合開發(fā)申報項目,國家科技支撐項目: 220kV及以下光電復合海纜、海底交聯(lián)電纜及生產裝備開發(fā) 正在聯(lián)合申報國家863項目臍帶電纜,光電復合海纜中光纜的設計及最新用途,光電復合海底電纜、海底交聯(lián)電纜由于安裝在環(huán)境復雜的海底，長期受到海浪沖擊、海水腐蝕、礁石等意外撞擊及許多未知因素（輪船鐵錨、海底旋窩、地震、海嘯）影響，故此，光電復合海底電纜、海底交聯(lián)電纜的制造技術一直為世界公認的大

20、型復雜的技術工程,影響因素,光纜或光電復合纜的設備成本和工程造價昂貴，每公里達到了100萬元以上，因此一旦遭受破壞，將造成極大的經濟損失，而頻繁發(fā)生的錨泊事件對海底光纜的破壞一直困擾著有關部門，成為電力系統(tǒng)急需解決的重大科技難題 現(xiàn)代光通信系統(tǒng)不僅要求在鏈路出現(xiàn)故障的時候能夠及時發(fā)現(xiàn)，更希望安全預警系統(tǒng)能夠提前發(fā)現(xiàn)意外情況的發(fā)生部位，以便及時切換鏈路，保證信息安全。因此要求通信安全預警系統(tǒng)能夠對威脅安全的事件進行實時監(jiān)測和精確定位，迅

21、速的控制威脅事件的發(fā)生。,1、產品結構設計,要實現(xiàn)光電復合海纜的大長度生產，光纜單元設計、光電纜復合位置的設計、軟接頭技術開發(fā)等是關鍵，另外導體阻水、大長度內外屏蔽及絕緣無缺陷擠制、無缺陷壓鉛和無缺陷護套擠制等也是研究的主要內容。,2．光電纜復合位置的設計,,本設計的特點是將光纜單元放置在繞包的墊層中，當電纜受到外界的擠壓時，光纜單元受內護層的保護而不會被壓扁，繞包結構保證了彎曲時有一定的位移，從而保證了光纖的傳輸性能；光纜單元采用不銹

22、鋼套管，既方便實用又安全可靠；此外，整根電纜的結構大大節(jié)省了制造和敷設費用，既能用于傳輸電力，又可用于傳輸通信信號，用途廣泛。,3、預警系統(tǒng)設計,光電復合海底電纜外部安全預警和定位系統(tǒng)將利用光電復合海底電纜中的光通信單元，在不影響該系統(tǒng)本身通信的前提下，利用纜內空閑的光纖或者波分復用通道，通過自主研制的外圍設備（和清華大學及寧波諾可電子科技發(fā)展有限公司合作開發(fā)），實現(xiàn)對外部威脅事件的預警和定位。該系統(tǒng)將在控制單元（型號4211），處理單

23、元（型號3211），前端感應單元（型號2211）和后端感應單元（型號2221）的硬件和主機系統(tǒng)軟件（DHPS軟件）上完成自主的開發(fā)和產品定型。,電纜安全保障運營的技術關鍵是長距離激光干涉技術的光學傳感系統(tǒng)的硬件構架方法，使傳感系統(tǒng)在附加設備不影響通信系統(tǒng)運行的前提下，利用通信鏈路本身實現(xiàn)傳感預警功能；神經網絡和小波分析方法的算法軟件核心，使系統(tǒng)具有自動判別事件、自學習和精確定位的功能；典型事件模型綜合數據庫的建立，使系統(tǒng)具備多目標和多事

24、件的判斷功能，可以同時對作用于預警系統(tǒng)的多個事件進行判斷和定位。,（1）基于雙向共光路光纖干涉儀的基本結構，采用傳統(tǒng)通信光纜，構建傳感光學系統(tǒng)；采用高速AD轉換模塊和DSP數字處理技術，構建信號采集和預處理子系統(tǒng)，結合神經網絡算法，建立典型事件的模型數據庫，根據數學仿真和實驗研究的結果修正模型，最后結合現(xiàn)場試驗結果，建立和修正可實際應用的模式識別軟件子系統(tǒng)，實現(xiàn)一套可實際運行的具有抗誤報和定位功能的光纖通信安全預警和定位系統(tǒng)。,（2）基

25、于單模光纖拉曼散射效應，采用大功率超窄脈沖光源技術和溫度無關的光纖分光濾光技術，構建低損耗的光學檢測系統(tǒng)，結合高速數據采集和處理技術及自主研發(fā)的算法軟件，實現(xiàn)對大長度光電復合纜的運營溫度檢測。,預警系統(tǒng)設計指標,報警響應：響應時間4km，空間分辨率<1米，溫度檢測范圍:-15度~100度，溫度檢測精度：優(yōu)于+-1度。,本電纜的設計不僅提供了電力傳輸和通信信號傳輸，而且，把把報警和監(jiān)控融為一體，做到提前預警、準確定位。同時，電力安

26、全保障系統(tǒng)的應用將給電力、通信、電線電纜行業(yè)帶來一場革命性的變革，從而使電力、通信網絡設計，電纜結構設計上有顛覆性的變化。,目前進展情況,已經生產出樣機,正在調試和數據采集階段,意義,大長度光電復合海底電纜市場需求潛力巨大。通過本產品的研究開發(fā)并實施后，對海底電纜生產的上下游產業(yè)發(fā)展有著積極的推動作用。安全預警及定位系統(tǒng)是電力網絡安全運營的保障，中國各種網絡鋪設長度超過10億公里，各種保密通信網絡也在上千萬公里，網絡安全是目前國家提倡