我國是一個海洋大國，擁有1.8萬km長的海岸線，6000多個大小島嶼散布在海岸的外緣。海底電纜是沿海島嶼與城市之間電力與通訊的重要傳輸手段。為同時滿足電力及音頻和視頻信號傳輸?shù)男枨?，光電復合海底電纜也應運而生。

本文針對大長度高壓及超高壓光電復合海底電纜在設計開發(fā)中遇見的幾個問題，本著拋磚引玉的指導思想，簡述了在導體阻水等方面的設計思路或基本方法。

一、導體阻水的研究

在導體設計時除導電性能之外在海底電纜中最重要的就是導體的阻水性能了，一般都需要模擬海纜敷設的水深在受外力破壞情況下導體中水的傳播距離是有嚴格要求的，國際大電網(wǎng)會議推薦的技術規(guī)范，海纜的導體阻水試驗模擬電纜水深最深區(qū)段電纜故障情況，試樣浸入對應敷設水深的壓力的水中，一般至少試驗持續(xù)10天，水溫等于環(huán)境溫度20℃±15℃，對導體切開處作目測檢驗，在這些聲明的部位導體應無水。經過幾次分析研討以及根據(jù)掌握的國際上的情況，海纜導體的設計采用圓形緊壓的方式比較普遍。

由于電纜電壓等級高，標準規(guī)定的電纜截面大，因而給導體阻水帶來相當大的困難，主要原因就是組成導體的單線太粗，絞合緊壓后導體單線之間仍然有很大空隙，阻水效果很難理想。由此可知，多盤數(shù)的框絞機（至少91盤）是導體絞制的必要條件，這樣就能有效減小單線直徑，減小單線間的空隙，在阻水材料填充后就能達到良好的阻水效果。

為了設計合理的導體結構，建議導體采用同心式正規(guī)絞合緊壓結構，每層導體絞制時加入阻水繩一并絞合。若采用帶材，最好能采用繞包型，這樣就可在導體周圍形成環(huán)狀阻水結構，能充分達到阻水的目的。當然不否認，若采用縱包結構，重疊搭蓋效果好也能達到相同的目的。

二、電纜接地的研究

高壓電力電纜的屏蔽和鎧裝一般都需要接地，電力安全規(guī)程規(guī)定：35kV及以下電壓等級的電纜都采用兩端接地方式，這是因為這類電纜大多數(shù)是三芯電纜，在正常運行中，流過三個線芯的電流總和為零，在金屬屏蔽層外基本上沒有磁鏈，這樣，在金屬屏蔽層兩端就基本上沒有感應電壓，所以兩端接地后不會有感應電流流過金屬屏蔽層。

但是當電壓超過35kV時，大多數(shù)采用單芯電纜，單芯電纜的線芯與金屬屏蔽的關系，可看作一個變壓器的初級繞組。當單芯電纜線芯通過電流時就會有磁力線交鏈金屬屏蔽層，使它的兩端出現(xiàn)感應電壓。感應電壓的大小與高壓電纜線路的長度和流過導體的電流成正比，高壓電纜很長時，護套上的感應電壓疊加起來可達到危及人身安全的程度，在線路發(fā)生短路故障、遭受操作過電壓或雷電沖擊時，屏蔽上會形成很高的感應電壓，甚至可能擊穿護套絕緣。

據(jù)此，高壓電纜線路安裝時，應該按照要求，單芯電纜線路的金屬護套只有一點接地時，金屬護套任一點的感應電壓不應超過50-100V(未采取不能任意接觸金屬護套的安全措施時不大于50V；如采取了有效措施時，不得大于100V),并應對地絕緣。

如果大于此規(guī)定電壓時，應采取金屬護套分段絕緣或絕緣后連接成交叉互聯(lián)的接線。為了減小單芯電纜線路對鄰近輔助電纜及通信電纜的感應電壓，應盡量采用交叉互聯(lián)接線。對于高壓電纜長度不長的情況下，可采用單點接地的方式。為保護高壓電纜護層絕緣，在不接地的一端應加裝護層保護器。

對于大長度高壓及超高壓光電復合海底電纜，以上辦法都難以達到目的。因為長度長，電纜感應電勢將達到一個很大的值，使得電纜金屬護層發(fā)熱，從而很大程度上影響了電纜的輸電功率。為了有效的消除電纜金屬護層的感應電勢，我們不妨假定電纜能采用合理的途徑進行多點接地。

但我們知道，電纜金屬徑向防水層外都要采用防腐層結構，從而使電纜無法接地。因此，很多電纜專家為此傷透了腦筋，而目前國內已有相關企業(yè)通過工藝創(chuàng)新，已基本上解決了這一難題。

三、光纜復合的研究

光纜單元在光電復合海底電纜結構中是最薄弱的環(huán)節(jié)，設計時不僅要考慮光纜單元的光學性能，而且更多地要考慮光纜單元的機械性能。從理論上看，光纜單元的放置地方只能是在電纜的護層內，為了防止粗鋼絲對光纜單元的損壞，必須要保證鋼絲鎧裝層的作用力不直接施加到光纜單元上，因此，光纜單元要加強防護，經過研究探討，我們在結構設計時，將光纖很好地放置在鋼絲層內，使光纖得到有效的保護。

四、鎧裝層的研究

對于單芯電纜，標準規(guī)定，在交流系統(tǒng)場合，鎧裝層要采用非磁性材料，而使用于海底的鎧裝層不僅要有一定的防腐性能，而且要有足夠的抗拉強度，因而鋁絲鎧裝并不適合。在此，仍然建議采用不銹鋼絲進行鎧裝；在實際應用場合，考慮到成本問題，很多用戶選用普通的鍍鋅鋼絲再加隔磁結構。設計時，根據(jù)實際載流能力的需要，可以酌情選用。

五、大長度光電復合海底電纜生產裝備的研究

對于高壓及超高壓大長度的光電復合海底電纜的生產，最難實現(xiàn)的就是保證整根無接頭交貨。在目前競爭比較激烈的情況下，哪家企業(yè)生產的長度長，就可以占據(jù)先機，能迅速搶占市場。因此，眾多海底電纜生產企業(yè)都在探討實現(xiàn)大長度的方案，并且部分企業(yè)已經開始著手實施。

大家都知道，要實現(xiàn)大長度無接頭最大的困難就是電纜噸位大、長度長，中間制造環(huán)節(jié)周轉無法實現(xiàn)。比如，110kV 1×500的海底電纜，就算是用5米的電纜盤，最大長度也做不到6000米，而對于十幾公里甚至更長的電纜就只能考慮工廠接頭的方案了（目前，國內海纜接頭技術已經成熟）。

大長度光電復合海底電纜生產裝備的研究應圍繞解決各生產工序收、放線設備能力及半制品周轉靈便等海纜生產企業(yè)現(xiàn)存具體問題進行。實際上，受廠房及其它條件制約，現(xiàn)有海纜生產企業(yè)難以解決更大長度光電復合海底電纜生產的瓶頸問題。新（待）建海纜生產企業(yè)在進行廠房等的設計時，應結合設備產能及其將來可能改造、提升的產能確定好廠房高度、內部物流通道等關鍵數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)生產更大長度光電復合海底電纜的目標。

六、電纜試驗的研究

由于大長度海底電纜不同于普通電纜盤裝運的電纜，不便于移動運輸，因此要求電纜試驗的電源系統(tǒng)重量輕，可以運輸?shù)诫娎|存放現(xiàn)場。建議采用輸出電壓不低于320kV，頻率范圍30-300Hz的串聯(lián)諧振電源系統(tǒng)，該試驗系統(tǒng)目前被廣泛開發(fā)利用。

然而，由于電纜長度超長，電纜試驗設備的容量難以達到電纜局部放電試驗的要求，一般可以采用在原電纜成品上進行取樣來測量電纜的局部放電量作為電纜電性能的指標依據(jù)。

七、電纜搶修接頭的研究

任何海底電纜在敷設和運行時，都難以保證電纜不被意外損壞，甚至被拉斷，于是電纜及時搶修工作尤為重要。以下推薦一種110kV光電復合海纜搶修接頭的方案。

110kV光電復合海纜搶修接頭示意圖

本方案采用的是電纜和光纜接頭分開進行的方式，并采用了防水措施，接頭后體積小，操作方便，有效地解決了光電復合電纜的搶修困難、修理不便的難點，值得推廣應用。

（編自《電氣技術》，原文標題為“大長度高壓及超高壓光電復合海底電纜研究”，作者為高翔、陳洋 等。）