海底电缆基础介绍

海底电缆（submarine cable）是用绝缘材料包裹的电缆，铺设在海底，用于电信传输。海底电缆分海底通信电缆和海底电力电缆，前者主要用于电话、网络等通信业，后者主要用于水下传输大功率电能。与陆用电缆相比，海底电缆在应用场合和铺设方式方面存在不同，但发挥的作用基本相同。

1850年，世界第一条海底电缆铺设成功，连接了法国加莱和英国多弗。至此，越来越多的海缆增强了国与国之间的联系，甚至很大程度上促进了全球一体化进程的发展。同时，海缆也实现了能源传输形式的创新。随着海底电缆技术的发展，如今海底电缆被广泛运用于洲际通讯、岛屿互联、海上油气平台、海上风电等领域。

能源需求是人类社会永恒不变的需求。我国拥有1.8万余千米长的海岸线，沿海分布6000多个岛屿，沿海地区又是我国经济发达区域，沿海岛屿发展急需用电。由于建设电站成本高、周期长，再加上燃料供应不便且有污染等因素，中小型海岛的供电与通信都需要通过海底电缆来解决。近年来，随着跨海输电、通讯，海上油气田等海洋项目的发展，尤其是海上风电等海洋新能源的快速增长，作为能源传输的关键通道，海缆被提出越来越高的要求。一方面，海洋中新敷设的海底电缆数量日益增加，另一方面，海底电缆的设计、制造、施工技术要求也不断提高，尤其是将环保提到了前所未有的高度。

图1 世界海底电缆地图（2019）

海底电缆种类

海缆的种类可以从以下三个方面来划分：

1、导电芯数量。主要分为三芯海缆和单芯海缆，中低压线路使用三芯海缆居多，高压线路使用单芯海缆居多。

2、传输功能。传统海缆只有单纯的电能传输功能，新型海缆属于光电复合缆，有效地实现了电能和信号在同一根缆线上传送。

3、负荷类型。分为直流海缆和交流海缆，直流海缆特点是损耗小，易于实现长距离输电，但直流海缆的应用经验并不丰富，直流换流站等配套建设费用高昂，交流海缆损耗大，但运维技术成熟，配套建设费用小，因此海缆线路设计者们通常要进行技术和经济上的权衡，实现效益最大化。

图2 海底电缆电压、兆瓦数和距离的关系

图3 三芯海底电缆截面图

图4 单芯海底电缆截面图

海底电缆结构

海底电缆发展至今，结构设计上做出多种探索和尝试，主要包括以下几种型式：

1、浸渍纸包电缆。适用于不大于45kV交流电及不大于400kV直流电的线路。目前只限安装于水深500m以内的水域。

2、充油电缆。利用补充浸渍剂的方法消除电缆中的气隙。当电缆温度升高时，浸渍剂膨胀，电缆内部压力增加，浸渍剂流入供油箱；电缆冷却时浸渍剂收缩，电缆内部压力降低，供油箱内浸渍剂又流入电缆，防止了气隙的产生，故可以用于110千伏及以上线路。敷设于水深可达500m。

3、充气式（压力辅助）电缆。使用浸渍纸包的充气式电缆比充油式电缆更适合于较长的海底电缆网，但由于须在深水下使用高气压操作，故此增加了设计电缆及其配件的困难，一般限于水深为300m以内。

4、“油压”管电缆。只适用于数公里长的电缆系统，因为要把极长的电缆拉进管道内，受到很大的机械性限制。

5、挤压式绝缘（交联聚乙烯绝缘、乙丙橡胶绝缘）电缆。适用于高达200kV交流电压。乙丙橡胶较聚乙烯更能防止树枝现象及局部泄电，使海底电缆更有效地发挥功能。

浸渍纸包绝缘和充油式电缆受水深与敷设落差限制，现已基本淘汰。油压管电缆受机械性限制也已淘汰。目前挤压式绝缘电缆使用最为广泛。

图5 浸渍纸包电缆示意图

图6 充油电缆示意图

图7 充气式电缆示意图

图8 交联聚乙烯绝缘海底电缆示意图

经过多年的总结和沉淀，目前海底电缆典型结构如下：

最外层是PP绳和沥青，用来抵御海水腐蚀；

下一层是钢丝铠装，用来加强海缆的机械强度，防止外力破坏；

铅护套用来抵御海水腐蚀和强大的水压；

阻水层可以阻止当铅护套损坏时，海水渗入铅护套并沿轴向扩散；

海缆绝缘层和陆缆绝缘层没有区别，用来传送能量；

内外屏蔽层用来均匀电场分布，提高绝缘寿命。

正是以上独特的机械和电气设计，海缆才可以“安心”地躺在海底工作。

来源:千尧科技