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8 k( r5 Y3 G: g9 C- K 人类改造地球的渴望和能力是惊人的！除了您脚下四通八达的输电网络以外，广袤幽深的海底也绵延着成千上万海里的海底电缆，在海底的平原、峡谷和高山之间穿梭，实现着海岛和大陆、地区和地区之间的密切联系，您用的一度电能，您接到的一通越洋电话，也许正是通过广袤大洋底下哪根海缆传送而来。 * A u' J# c0 D0 {9 S9 }5 F
海缆的种类可以从四个方面来简单划分。从结构上看，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；从功能上看，半个世纪前，海缆只有单纯的电能传输功能，现在的海缆集成了两种功能，有效地实现了电能和信号在同一根缆线上传送，这种结构节约了大量的传输通道和物料成本；从绝缘组成看，分为充油绝缘海缆和挤出塑料绝缘海缆，最早得到发展的是充油海缆，但维护成本高，环境不友好，随着技术的发展，轻型、环境相对友好、易生产和维护的挤出塑料绝缘海缆走进了历史舞台，逐渐占据了全球市场；从负荷类型看，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。 ! u9 p6 `: ~. Q0 v6 _: v: s
发展大事记 & k( z" c1 x8 n2 @! L
1954 年
$ I j) `5 O* ~9 l6 C, { 瑞典哥特兰岛与大陆之间敷设了世界上第一条商业运行的100 kV，长度 98 km海缆。 ( y# Z# I% ` }- z
1986 年 ; {- q( V1 H- U9 X
珠江-虎门海缆工程投运，该工程是我国最早的海缆工程，输电电压等级 220kV，长度2.7 km，输送容量 380 MW。
& u: Y0 a3 M8 l9 L% s, L 2009年 * J1 z8 @7 v2 | P# a' o. E- m+ F ~
中国海南500 kV联网工程投运，该工程是目前世界最高电压等级的交流海缆工程之一，实现了600 MW的电能传输。
3 x; d% Q- P) ^( o9 _( o 2018年
' U- {5 y0 U. K" Q3 K* Y 拟于2018年投运的舟山500 kV联网输变电工程将使用国际首创，国内自主研发的500 kV交联聚乙烯绝缘海底电缆，该海缆系统正在中国电科院电力工业电气设备质量检验测试中心进行试验检测。 / y2 c$ a3 F4 L$ h' h. ?) \
国外权威市场研究机构Navigant Research称，保守预计2023年，全球海底电力电缆安装数量将达到304条，预计2017-2021年全球海底电力电缆年复合增率将达到5.12%。这是近年世界经济一体化、能源需求日益强烈、环境友好要求等因素共同推动的结果，越来越多的海缆工程已经为世界海洋经济的发展吹响了号角。全球海缆连接如下图所示。 6 Y9 v2 ^' g/ l7 p- c1 O9 r( I
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全球海缆连接示意图
7 B! }- S9 _! w( O% F6 C3 X" P1 e! b 生命起源于海洋，人类繁衍于陆地，人类对海洋有天生的亲近感，但海洋的神秘莫测并不逊色于浩瀚的宇宙。海洋环境的复杂性对海缆工程提出了很高的要求，海缆工程是世界公认的难题，施工难度大，维护成本高，世界上只有少数企业有能力进行海底高压电缆的敷设与调试，海缆市场的发展受到了很大的限制。不过，随着技术的发展，需求的快速增长，越来越多的企业开始投入到海缆输电整体解决方案中。
3 Q! }7 t9 V, ?0 k 对于深度小于200米的浅海区，通常采用埋设，对于深度大于200米的深海区，通常采用敷设，主要涉及三个阶段：勘察清理，海缆敷设和冲埋保护。首先，敷设船从海缆制造厂装载着成盘的海缆来到岸边，在海缆上每隔一段距离绑一个“救生圈”，将海缆浮起，陆地上的牵引机将海缆牵引上岸，电缆上岸后拆除“救生圈”，电缆就下沉至海底，敷设船沿设计线路“边走边放”，同时利用水下监控设备反馈工况，控制敷设船的前进速度、方向和敷设速度，绕开凹凸地面和岩石等不良工况，避免损伤电缆。海缆敷设示意如下图所示。
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1 I4 z! x I% l: E! u 海缆的敷设
G8 P% C+ C8 u 海缆的绝缘结构和陆地电缆基本一致，但是由于海缆的应用环境比陆地复杂很多，因此设计者们给它多穿了一套“软猬甲”，保护海缆免受损伤。典型的海缆结构如下图所示。
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典型的海缆结构
, A/ P1 N6 \9 Z' j2 t 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、基于阻水考虑，采用紧压导体引导能量传输。正是这些独特的机械和电气设计，海缆才可以“安心”地躺在海底工作。
/ Q. x' S6 M) Z j% Y- B 尽管如此，海缆应用仍然面临着很多的技术难点。如何有效地连接两根大长度超高压海缆？如何减少海缆接头，生产尽可能长的海缆和安全敷设？对于深度大于200 m，甚至500 m的敷设条件，如何保护海缆免受超大自重和不良地形的伤害？如何提高海缆的载流量和使用寿命？如何有效地对故障海缆进行打捞抢修？不限于此，这些问题都对海缆，特别是超高压海缆的制造、生产、敷设和运行维护提出了更高的要求。
* D7 _8 ~$ l( G' T 问题多，但解决问题的办法更多，不正是由于人类天生拥有坚韧的精神，才实现了伟大的进步吗？未来，海缆的应用空间会越来越广阔，它是“地球村”概念的重要基础设备，是人类实现将自身活动区域有效扩展的重要技术支撑。它将清洁海洋能源输送到大陆，缓解了大陆资源的紧张，也将大陆能源输送到海洋，为海洋经济发展做贡献。 s: u7 ]" i' S; z
可以说，海底电缆一直在您身边，它的大规模应用将给我们带来碧水蓝天。
4 P$ H/ k* G8 r9 U4 k& T! @" T: Z 信息及图片分别来源于中国电力科学研究院、电力专家联盟。
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