1、海底電纜的發(fā)展前景與技術(shù)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(shù)（電力與新能源）,2008. 7 上海,提綱,國內(nèi)市場國際市場東方的現(xiàn)狀 解決的技術(shù)問題技術(shù)探索（舉例光纜的設(shè)計與用途）,前言,海底電纜是敷設(shè)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(fù)雜困難的大型工程，從環(huán)境探測、海洋物理調(diào)查，以及電纜的設(shè)計、制造和安裝,都應(yīng)用復(fù)雜技術(shù)，因而海

2、底電纜的制造廠家在世界上為數(shù)不多。目前我國應(yīng)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(jīng)濟發(fā)達區(qū)，國內(nèi)沿海島嶼發(fā)展急需用電，由于建設(shè)電站成本高、周期長，再加上燃料供應(yīng)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(nèi)目前的4～5家海底電纜生產(chǎn)企業(yè)，因受技術(shù)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(dāng)?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展，影響了國防建設(shè)。根據(jù)國家目前海底電纜的建設(shè)狀況及沿海經(jīng)濟建設(shè)規(guī)劃的需求，海底電纜建設(shè)及應(yīng)用范圍將會相應(yīng)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(yù)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(jīng)濟也相當(dāng)發(fā)達，新一輪經(jīng)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(yīng)環(huán)境要求在

5、海底電力電纜的基礎(chǔ)上開發(fā)的多用途臍帶纜的量也隨即猛增,據(jù)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(chǎn)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(fù)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(fēng)力發(fā)電及輸電用海底電纜,在陸地上風(fēng)電快速發(fā)展的同時，風(fēng)能利用的新的領(lǐng)域－海上風(fēng)電悄然興起，世界上很多國家制訂計劃開發(fā)海上風(fēng)電場。建設(shè)海上風(fēng)電場是目前國際新能源發(fā)展的重要方向，也將是我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“方向中的方向”。中國目前已有近百家陸上風(fēng)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(fēng)力發(fā)電場建設(shè)才剛剛起步。預(yù)計到2020年風(fēng)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(fēng)

7、力發(fā)電及輸電上的應(yīng)用擁有廣闊的市場前景，預(yù)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(yīng)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(yīng)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(chǎn)品占中國市場的50％以上

8、，其中110kV及以上產(chǎn)品一直為國外企業(yè)壟斷，直到去年東方生產(chǎn)。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(chǎn)能力，不少本地區(qū)域性海底電纜工程從西歐引進光電復(fù)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(chǎn)，也是中國5家海底電纜生產(chǎn)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(chǎn)基地，其大部份的市場在歐洲。,小結(jié),通過以上的分析可以看出，光電復(fù)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(wǎng)、海上平臺海底電纜用量超過2000km，到2010年預(yù)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(yīng)用現(xiàn)狀,寧波東方電纜目前是國內(nèi)海底電纜專業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)之一，歷時幾年的時間，成功研發(fā)35kV光電復(fù)合海纜、110kV光電復(fù)合海底交聯(lián)電纜，目前已經(jīng)建成國內(nèi)最大的海底電

10、纜研發(fā)生產(chǎn)基地，曾被邀請參加南方電網(wǎng)220kV海底電纜國產(chǎn)化招標(biāo)。寧波東方成功研制開發(fā)并大批量生產(chǎn)110kV光電復(fù)合交聯(lián)聚乙烯絕緣海底電纜后，產(chǎn)品投入舟山與寧波聯(lián)網(wǎng)工程，運行情況得到國家電網(wǎng)的肯定。在研究過程中，用先進的高端技術(shù)和可靠的產(chǎn)品質(zhì)量，迅速開拓國內(nèi)市場并得到廣泛應(yīng)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(nèi)光電復(fù)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(chǎn)110kV最高電壓

11、等級交聯(lián)聚乙烯絕緣光電復(fù)合海底電纜，大批量投放市場并有效運行；(2)生產(chǎn)出中國第一根35kV 3*300mm2最大截面交聯(lián)聚乙烯絕緣光電復(fù)合海底電纜；(3)生產(chǎn)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(dǎo)體焊接為例)大長度海纜內(nèi)外屏蔽及絕緣無缺陷擠制技術(shù)大長度海纜無缺陷壓鉛和無缺陷護套擠制技術(shù) 聯(lián)合成纜技術(shù)光纖通訊復(fù)合單元結(jié)構(gòu)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(jié)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(shù)優(yōu)勢。 2、海纜生產(chǎn)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(chǎn)基地建筑好研發(fā)平臺。,國內(nèi)外海纜技術(shù)狀況,海底電纜技術(shù)被世界各國公認為是一項困難復(fù)雜的大型技術(shù)工

13、程，無論是電纜的設(shè)計、制造、施工均遠遠地高于其它電纜產(chǎn)品，其中包括電纜長度、電纜接頭和電纜壽命在內(nèi)的一些關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，決定于電纜的設(shè)計、制造與安裝水平。,海底電纜技術(shù)要求高、難度大，而且隨著經(jīng)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(dǎo)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(zhì)量風(fēng)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(jīng)成功研制開發(fā)該產(chǎn)品。,我國海底電纜的應(yīng)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(chǎn)品占中國市場的50%以上，其中110KV及以上產(chǎn)品一直為國外企業(yè)壟斷。在海底電纜在技術(shù)上，國外比國內(nèi)成熟。國內(nèi)在技術(shù)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(shù).220kV及以下光電復(fù)合海底電纜、海底交聯(lián)電纜技術(shù)，國際沒有研制,目前國內(nèi)還正在開發(fā)之中。,國內(nèi)廠家生產(chǎn)技術(shù)水平將快速發(fā)展,目前國內(nèi)主要生產(chǎn)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(chǎn)工藝技術(shù)正處于一個快速發(fā)展的時期，這與我國經(jīng)濟社會、國防、能源等領(lǐng)域的發(fā)展都是息息相關(guān)的。各電纜生產(chǎn)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(chǎn)品，不但能夠在國內(nèi)市場占有一席之地，也很有可能充分發(fā)揮國內(nèi)成本優(yōu)勢，進軍國際市場。,海底電纜的技術(shù)探索,我們積極利用承擔(dān)國家科技支撐計劃項目的機會，匯聚了國內(nèi)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(dǎo)體阻水的研究；二、電纜接地的研究；三、光纜復(fù)合的研究；四、鎧裝層的研究；,探索,五、大長度生產(chǎn)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(chǎn)裝備的研究；九、

17、材料的研究；十、海底電纜敷設(shè)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(fù)合海底交聯(lián)電纜生產(chǎn)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(jié)構(gòu)參數(shù);同時研究電纜磁場應(yīng)力消除材料和技術(shù)；研制生產(chǎn)電纜專用關(guān)鍵裝備，滿足大長度光電復(fù)合海底交聯(lián)電纜生產(chǎn)，解決生產(chǎn)大長度高電壓光電復(fù)合海底交聯(lián)電纜的工藝技術(shù)，生產(chǎn)出單根長度最長5-8km的光電復(fù)合海底交聯(lián)電纜；,攻克光電復(fù)合海底交聯(lián)電纜的接頭技術(shù)，研發(fā)22

18、0kV光電復(fù)合海底交聯(lián)電纜注塑交聯(lián)型軟接頭工藝技術(shù)及電纜附件；解決光電復(fù)合海底交聯(lián)電纜安全敷設(shè)和安全運行問題，研制出確保海纜敷設(shè)及安全運行智能保障系統(tǒng)。,通過攻克制約光電復(fù)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(chǎn)大長度高電壓等級的光電復(fù)合海底交聯(lián)電纜工藝技術(shù)與關(guān)鍵裝備、光電復(fù)合海底交聯(lián)電纜軟接頭及海纜敷設(shè)與電纜安全保障的技術(shù)難點，著重解決制造電力輸送“動脈”的材料、關(guān)鍵裝備、工藝技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)安全保障的關(guān)鍵技術(shù)問題，使光電復(fù)合海

19、底交聯(lián)電纜在技術(shù)應(yīng)用上得到質(zhì)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(fù)合海纜、海底交聯(lián)電纜及生產(chǎn)裝備開發(fā) 正在聯(lián)合申報國家863項目臍帶電纜,光電復(fù)合海纜中光纜的設(shè)計及最新用途,光電復(fù)合海底電纜、海底交聯(lián)電纜由于安裝在環(huán)境復(fù)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(fù)合海底電纜、海底交聯(lián)電纜的制造技術(shù)一直為世界公認的大

20、型復(fù)雜的技術(shù)工程,影響因素,光纜或光電復(fù)合纜的設(shè)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(jīng)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(guān)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(yù)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(yù)警系統(tǒng)能夠?qū)ν{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(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計,要實現(xiàn)光電復(fù)合海纜的大長度生產(chǎn)，光纜單元設(shè)計、光電纜復(fù)合位置的設(shè)計、軟接頭技術(shù)開發(fā)等是關(guān)鍵，另外導(dǎo)體阻水、大長度內(nèi)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(nèi)容。,2．光電纜復(fù)合位置的設(shè)計,,本設(shè)計的特點是將光纜單元放置在繞包的墊層中，當(dāng)電纜受到外界的擠壓時，光纜單元受內(nèi)護層的保護而不會被壓扁，繞包結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)大大節(jié)省了制造和敷設(shè)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(yù)警系統(tǒng)設(shè)計,光電復(fù)合海底電纜外部安全預(yù)警和定位系統(tǒng)將利用光電復(fù)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(nèi)空閑的光纖或者波分復(fù)用通道，通過自主研制的外圍設(shè)備（和清華大學(xué)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(yù)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(yīng)單元（型號2211）和后端感應(yīng)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(chǎn)品定型。,電纜安全保障運營的技術(shù)關(guān)鍵是長距離激光干涉技術(shù)的光學(xué)傳感系統(tǒng)的硬件構(gòu)架方法，使傳感系統(tǒng)在附加設(shè)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(yù)警功能；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(xué)習(xí)和精確定位的功能；典型事件模型綜合數(shù)據(jù)庫的建立，使系統(tǒng)具備多目標(biāo)和多事

24、件的判斷功能，可以同時對作用于預(yù)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(jié)構(gòu)，采用傳統(tǒng)通信光纜，構(gòu)建傳感光學(xué)系統(tǒng)；采用高速AD轉(zhuǎn)換模塊和DSP數(shù)字處理技術(shù)，構(gòu)建信號采集和預(yù)處理子系統(tǒng)，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，建立典型事件的模型數(shù)據(jù)庫，根據(jù)數(shù)學(xué)仿真和實驗研究的結(jié)果修正模型，最后結(jié)合現(xiàn)場試驗結(jié)果，建立和修正可實際應(yīng)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(yù)警和定位系統(tǒng)。,（2）基

25、于單模光纖拉曼散射效應(yīng)，采用大功率超窄脈沖光源技術(shù)和溫度無關(guān)的光纖分光濾光技術(shù)，構(gòu)建低損耗的光學(xué)檢測系統(tǒng)，結(jié)合高速數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)及自主研發(fā)的算法軟件，實現(xiàn)對大長度光電復(fù)合纜的運營溫度檢測。,預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo),報警響應(yīng)：響應(yīng)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(shè)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(yù)警、準確定位。同時，電力安

26、全保障系統(tǒng)的應(yīng)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(wǎng)絡(luò)設(shè)計，電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計上有顛覆性的變化。,目前進展情況,已經(jīng)生產(chǎn)出樣機,正在調(diào)試和數(shù)據(jù)采集階段,意義,大長度光電復(fù)合海底電纜市場需求潛力巨大。通過本產(chǎn)品的研究開發(fā)并實施后，對海底電纜生產(chǎn)的上下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展有著積極的推動作用。安全預(yù)警及定位系統(tǒng)是電力網(wǎng)絡(luò)安全運營的保障，中國各種網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)長度超過10億公里，各種保密通信網(wǎng)絡(luò)也在上千萬公里，網(wǎng)絡(luò)安全是目前國家提倡