110kV光纤复合海底电缆光纤单元的设计及应用[1]

光电缆介绍

20 09年第 6期No 6 . 2 09 0

电线电缆El crc W ie& Ca l e ti r be

20 0 9年 1 2月De c., 0 2 09

10k V光纤复合海底电缆光纤单元的设计及应用 1周厚强 叶信红，( .宁波海缆研究院，江宁波 35 4; .宁波东方电缆股份有限公司，江宁波 3 50 ) 1浙 10 0 2浙 18 1

摘要：要论述了 l0k光纤复合海底电缆中的光纤单元的设计及其在海缆安装敷设及运行中的监控、警主 l V预等应用。

关键词： 1 V光纤复合海底电缆；纤单元；计；用 10k光设应

中图分类号：M 4 .; N l T 271T 88

文献标识码： A

文章编号：6 26 0 ( 09 0 .0 1 3 17 .9 1 2 0 )6 0 - 0 0

D e i n a pp ia in ft be sg nd A lc to o he Fi r Uni n 1 0 k Co po ie Su ti V m 1 st bm a i bls wih O ptc Fi r rne Ca e t i be ZHOU u i n Ho q a g,e l ta

( i b u m r eC be R srhI s t e N n b 0 0 hn ) N n oS b ai a l eac n tu, ig o3 4,C ia g n it 1 5Absr c t a t:I h spa r e i n o he f run ti 0 k c mp st u m ai e c blswih o tc f ra t p i n ti pe,d sg ft i i n 1 V o o i s b rn a e t p i be nd isa pl— be 1 e ic to n te mo io ig a e aa m y t m rng c bl n tlai n a p r to r e e e a in i h nt rn nd pr— l r s se du i a e i salto nd o e ai n a epr s ntd. Ke r y wo ds:11 V o p st ub rn a ls wih o i be ib ru t e in;a p ia in 0 k c m o ie s ma i e c be t ptcf r;f e ni;d sg i p lc to

0引言 交联聚乙烯绝缘海底电力电缆 (称交联海底简

情况的发生部

位，以便及时切换链路，证信息安保全。因此要求通信安全预警系统能够对威胁安全的事件进行实时监测和精确定位，速控制事故的发迅生。同样，以将这种安全预警系统用于电力系统可中，即将光纤复合于海缆中，可以很好地解决海底则

电缆 )和光纤复合海底电力电缆 (简称光电复合海底电缆 )由于安装在环境复杂的海底，期受到海，长浪冲击、海水腐蚀、石等意外撞击及许多未知因素礁(轮船铁锚、底漩涡、震和海啸 )海地的影响，因此，

电缆安全敷设和运行的问题。这将给电力、信和通电线电缆行业带来一场重大的改革，电力、信网使通络设计及电缆结构设计上有一个崭新的变化。

光电复合海底电缆、联海底电缆的制造技术一直交是为世界公认的大型复杂的技术工程，国外也只在有少数发达国家的几家大型电缆生产企业能够生产 10k海底电缆，内目前已成功敷设和使用的 1 V国 10k海底电缆大多从国外进口，国内尚处于可 1 V在行性研究者居多，宁波东方集团的产品首先在舟而山电网工程建设中取得了应用。 近年来，国在海底光缆和光电复合海底电缆我的敷设和应用中已投入了大量的人力物力。由于海底光缆或光电复合海底电缆的设备投资和工程造价昂贵，每公里的产品高达 1 0万元以上， 0因此一旦遭

1产品结构设计要实现光电复合海缆的大长度生产，要关键主技术是光纤单元设计、纤单元复合位置的安置和光海缆软接头技术的开发等。另外，电缆中的导体阻水、长度内外屏蔽及绝缘无缺陷挤制、缺陷压铅大无和无缺陷护套挤制等也是研究的主要内容。 由于海底地貌复杂，地形起伏波动大，缆敷设海

时船速不均或敷设措施不当也常有发生，些均会这使海缆承受较大的机械力。同时在实际生产中由于海缆制造长度长的原因也会积聚内部应力，生产在

受破坏，将造成极大的经济损失，而频繁发生的锚泊事件对海底电 ( )的破坏一直困扰着相关部门，光缆 成为电力或通信系统急需解决的重大科技难题。现代光通信系统不仅要求在链路出现故障的时候能够及时发现

,希望安全预警系统能够提前发现意外更收稿日期：0 9 6 1 20 . . 0 5

过程中考虑不当将产生严重的质量事故。为使复合缆中的光纤能适应海底苛刻环境及使用条件，纤光

单元结构设计、光纤单元的绞合系数、光纤余长控制、光纤单元接头以及不锈钢管防护等将直接决定光纤的使用。

作者简介：厚强 (9 9一)男，级工程师，院长 .周 16,高副

2光纤单元的设计及其复合位置的选择 复合海缆中的电力电缆的设计与常规的海底电

作者地址：江宁波市国家高新区扬帆路 99弄 1号楼浙 9 2 2楼[ 10 0 . 3 54]

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电线电缆Elcrc W ie& Ca e e ti r bl

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力电缆安全一致，里不作详细的阐述。图 1为这 10k 1 V光电复合海底电缆结构示意图。光纤单元

采用了如图 2所示的无铠装结构的光纤单元。表 1光纤单元的有关技术参数 项目名称纤芯数光纤

复合位置的选择与过去的多芯光电复合海底电缆有所不同，多芯电缆中把光纤单元放置在电力电缆在

技术参数l 2

缆：隙即可，是， 1 V高压电缆通常为单芯芑空但 10 k结构，给光纤单元的安置增加了难度。这1

色码识别填充套管标称直径/ mm;内径/ m m材料护套厚度/ m m

标准色谱纤膏不锈钢管 3 02 6 .;.HD E P 1O .

材料材料

标称直径/ m a r

5O .

图 1 6/ 1 V光电复合海缆结构 4 10k1一体+阻水材料导层 2一半导电层 6一套铅 3一X P L E绝缘 4一绝缘屏蔽 5一半导电阻水缓冲层8一支撑金属丝

图 3单层钢丝铠装光纤单元结构 1一光纤+纤膏 2一不锈钢管 3一P E内护套4一磷化钢丝 5一H P D E外护套

7一半导电 P E套+内垫层1 O一聚乙烯填充条

9一光纤单元

1 1一铠装金属丝

l 2一P P绳+沥青+无纺布

我们把光单位安置于如图 1所示的位置，在并

光单元两侧各安置一根聚乙烯填充条，后再在

两然侧各安置两根金属丝，以承担压力或拉力等应力，保护光纤单元。因此，光纤单元采用无铠装结构，图如 2所示，有关技术参数见表 1。图 4双层钢丝铠装光纤单兀结构 1一光纤+纤膏 2一不锈钢管 3一P E内护套 4一O .化钢丝 1 5磷

5一O10磷化钢丝 .

6一HD E外护套 P

本设计的特点是将光纤单元放置在绕包的垫层中 (图 1,时为了确保光纤单元在生产和敷设见 )同时能顺利实施，在光纤单元两侧增加了两根金属丝

作为受力元件，承担外界的应力。当海缆受到外力挤压时，光纤单元将受到内垫层的保护而不会被压扁；光纤单元绞合结构及缓冲的内垫层均保证了海图 2无铠装光纤单兀结构1一光纤 2一纤膏 3~锈钢管不 4一HD E护套 P

缆弯曲情况下，纤单元会有一定的位移，光从而保证了光纤的良好传输性能；纤单元采用不锈钢套管光保护，既方便实用又安全可靠。另外，于光/由电复合于同一根海缆中，大大节省了制造和敷设费用，这

最初结构设计时，考虑采用以下两种光纤单曾元结构 (图 3和图 4。但在实际生产过程中， 见 )由

于光电复合海缆大长度连续生产，纤单元要承受光太大应力，因此，常出现不锈钢管的损坏，最终经故.

并且既能用于传输电力，可用于传输通信信号以又及光预警系统的监控，途极广泛。用

2 .

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3光电复合海缆的预警系统设计光电复合海底电缆外部安全预警和定位系统是

术，构建低损耗的光学检测系统，构高速数据采集结和处理技术及自主研发的算法软件，实现对大长度光电复合海缆的运行温度的检测。 解决这一难题的技术措施中，于激光干涉原基

利用光电复合海缆中的光纤单元，不影响系统本在身通信的前提下，用缆内空闲的光纤或波分复用利通道，通过自主研制的外围设备 (清华大学及宁和波诺可电子科技发展有限公司合作开发 )实现对，外部威胁事件

的预警和定位。该系统在控制单元 (型号 4 1 )处理单元 (号 3 1 )前端感应单元 21、型 21、 (型号 2 1 ) 2 1和后端感应单元 (号 2 2 )型 2 1的硬件和主机系统软件 ( H S软件 ) D P等完成自主开发的基础上进行产品定型。系统的应用将以光电复合海缆对外部安全预警的迫切需求为切入点，进一步扩展再

理的分布式光纤传感技术是唯一的解决方案。目 前，国在该技术领域的研究和开发还处于起步阶我段，尚没有成熟的技术或产品可提供市场。 本产品的创新点在于海缆的设计不仅提供了电 力传输和通信信号传输，且还把报警和监控融为而一

体，到提前预警、做准确定位。 同时，电力安全保障系统的应用将给电力、通

信、电缆行业带来一场重大的改革，而使电力、从通信网络设计、电缆结构设计上有一个崭新的变化。 主要技术指标：警响应——响应时间< ;报 4s

为通用通信光缆的链路安全和数据安全的预警设备，实现预期的应用价值和社会效益。 保障电缆安全运行的技术关键是长距离激光干

定位精度±5 误报率≤2次/;范距离<5 0 m;年防 0k分布式温度监测可达到指标——分布式检测距 m;离> m,间分辨率<1m,度检测范围一1 4k空 温 5~ 1 0。温度检测精度≤±1。。 0 C, C

涉技术的光学传感系统的硬件构架方法，传感系使统在附加设备不影响通信系统运行的前提下，用利

通信链路本身实现传感预警功能；神经网络和小波分析方法的算法软件核心，系统具有自动判别事使件、自学习和精确定位的功能；典型事件模型综合数

4结束语 随着中国经济的高速发展和产业结构的稳定调整，进了电线电缆行业产品结构的变化，促近年中国

据库的建立，系统具备多目标和多事件的判断功使能，以同时对作用于预警系统的多个事件进行判可断和定位。

电线电缆行业总体上保持着较快增长速度。另外，我国又是一个海洋大国，有 3 0万平方公里的海拥 0域和 10 0公里长的海岸线， 80沿海分布有 6 0 0 0多个

( )基

于双向共光路光纤干涉仪的基本结构， 1 采用传统通信光缆，建传感光学系统；用高速构采

岛屿，浅海大陆架蕴藏着丰富的海底油田和天然在气，沿海又是我国经济发达地区，大长度光电复合海底电缆市场需求潜力巨大。通过本产品的研究开发并实施后，海底电缆生产的上下游产业发展有着对积极的推动作用。 安全预警及定位系统是电力网络安全运行的保

A D转换模块和 D P数字处理技术，建信号采集 S构和预处理子系统，结合神经网络算法，立典型事件建

的模型数据库；据数学仿真和实验研究的结果修根正模型，最后结合现场试验结果，建立可实际应用的模式识别软件子系统，现一套可实际运行的具有实抗误报和定位功能的光纤通信安全预警和定位系统。

障，国各种网络敷设长度超过 1公里，种保中 0亿各密通信网络也在上千万公里，网络安全是目前国家

( )基于单模光纤拉曼散射效应，用大功率 2采

提倡的重点领域研究课题之一，此安全保障系统故应用前景广阔。

超窄脉冲光源技术和温度无关的光纤分光滤光技

21 0 0年度《电线电缆》志征订通知杂21 0 0年度《电线电缆》志征订工作于 2 0杂 0 9年 1 0月开始办理，广大订户速到所在地区邮电局 ( )请所的报划发行处征订。

《电线电缆》邮局发行代号为 42 6订价每期 5元，年 6期共 3的 .7,全 0元，欢迎广大读者就近订阅《电线电缆》杂志。读者也可以向编辑部订购，但需另加邮费 1 0元，即全年共 4 O元。 汇款地址：海市军工路 1 0上 0 0号电线电缆编辑部邮政编码：0 0 3电话： 0 1 6 4 4 0—0 8 2 0 9 ( 2 ) 5 9 6 52 5

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