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有中继深海光缆的结构及性能
徐军 林剑 黄卓杰
(江苏通光海洋光电科技有限公司 江苏海门226100)
摘要:深海有中继海光缆设计、施工和运行在我国均属首次,该海光缆采用了不等径双内铠缆芯和铜管结构。本文较全面地介绍了该海光缆的设计和论证、生产和试验全过程。缆中的光纤从着色起直至竣工,在1550nm处的衰减为0.182~0.192dB/km,在整个过程中衰减变化≤±0.004dB/km;在内绝缘层完成后直至竣工,缆的绝缘≥250GΩ?km。
关键词:有中继海光缆;深海;不等径双内铠;铜管
引言
按ITU相关定义:海光缆系统分为“无中继”和“有中继”两大类,海光缆也应相应地分为“无中继海光缆”和“有中继海光缆”两类;以水深1000m为界,分别称为“浅水(海)”或“深水(海)”。
一个完整的海光缆通信线路至少包括了两个陆地部分和一个水下部分,即“登陆点—
水下—登陆点”,而水下部分则可能是浅海也可能是深海。根据某工程需要,首次设计、生产、敷设并投运的带馈电铜管导体的有中继海光缆,两侧为浅海埋设、中间段则敷设在最大水深超过5000m的深水海域。
光缆设计选型
工程要求
工程需要百公里级带馈电铜导体的有中继海光缆,敷设方式为深海抛设。要求缆在深海区的工作水深不小于5000m。
海缆结构
根据有中继海光缆需带馈电导体的要求以及敷设要求,本工程选用LWP(轻型保护海底光缆)作为深海缆,结构示意图见图1。
图1 有中继深海LWP光缆结构示意图
海光缆的综合性能和论证验算
1.3.1 海光缆性能的多参数特征
要让一条海光缆线路真正实用化,所设计的海光缆并是一个或某几个参数就能决定的,如缆的允许工作水深绝不是简单地唯一取决于某对应水压下的纵向渗水性能,也不是再加上高的抗拉强度,还要求缆符合指定施工船的设施条件不但可以正常布放,并且可以在指定海深条件下打捞维修并重新布放而不影响缆寿命。
这就必须进行包括布放张力和入水角及船速、打捞回收张力等多参数论证和验算,以判断所设计的缆结构和参数是否能满足本工程施工、运行和维护要求。
利用自行开发的专用软件,利用该软件对LWP缆的验算结果列于表1。
表1 两种缆的验算结果
参数名称
单位
LWP-80kN-12B1/R
缆直径
mm
23.5
空气中重量
kg/km
890
海水中重量
kg/km
420
断裂拉伸负荷CBL
kN
80
缆模量
km
19.44
瞬时抗张强度NTTS
kN
60
缆瞬时模量
km
14.58
工作抗张强度NOTS
kN
32
缆工作模量
km
7.77
永久抗张强度NPTS
kN
20
缆完全安全模量
km
4.86
水动力常数H
m/s
0.53
最大布放深度
m
5000
布放张力Ts
kN
20.58
NOTS/Ts
1.55
布放角(1节船速)
α
53.51
静态回收张力Tsta
kN
56.25
NOTS/Tstat
0.57
动态回收张力Tdy
kN
0.5
最大回收张力Tmax
kN
56.75
NTTS/Tmax
1.06
1.5.2 缆的综合性能
从表1可知,本工程深海区LWP缆的综合性能如下:
缆满足不小于5000m施工要求;
缆布放张力为20.58kN,小于缆工作拉伸负荷32kN;
瞬时拉伸负荷(NTTS)与最大回收张力的比值为1.06,可安全回收;
缆最大回收张力与缆永久拉伸负荷(NPTS)相等,缆回收后可再利用;
缆水动力常数和布放角与布放设施相匹配,可安全施工和运行。
验算结果表明:
所设计的LWP缆可以在本工程给定的条件下安全可靠地布放、回收、运行和发生故障后需要的维护。
光缆的检验
在生产和交货的每个过程中都需要作必要的检验,除了在工厂检验时检验部分主要机械性能和高压水密外协外,过程检验主要是光学和电气性能。
2.1 光学性能
用同一台仪表在工艺过程检测每根光纤在波长1550nm处的衰减(100km完整长度),图2给出的是缆中衰减最大值和最小值光纤的变化。
0.175
0.175
0.18
0.185
0.19
0.195
着色后
光单元后
内铠及铜管后
绝缘后
外护层后
厂验时
上船后
最大值
最小值
光纤衰减(dB/km)
0.192
0.182
0.192
0.192
0.192
0.192
0.192
0.189
0.182
0.182
0.182
0.182
0.182
0.184
图2 各工艺过程中的衰减变化
实测结果表明:
在从光纤着色后到外铠装完成(含铠装变换)的各道工艺过程中,每根光纤的衰减几乎没有变化,直至通过码头输缆到船上盘绕后才有一些细微的变化。
2.2 电气性能
按标准绝缘电阻要求为100GΩ?km,用同一台仪表在各工艺过程定期监测绝缘电
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