ROV在海底电缆运维领域的应用 - 海洋电缆布设

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什么是海底电缆？

海上风电场和海上油气开发平台需要在平台和主陆地之间安装电力、控制和监控以及通信 0 ~! i' F9 m% A& g* o+ Z

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电缆，这就是海底电缆，这些电缆也会用于岛屿与大陆之间，国家之间甚至大陆之间的电力或通信。

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全球海缆分布图

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海底电缆的特性

因为用于安装在水下，铺设在海底，所以海底电缆在设计和制造时需要考虑很多特殊因素，比如高盐分海水的冲刷，多岩石又崎岖的海床，海洋动物生态，甚至海啸和火山活动以及附近渔船的船锚和拖网 2 [4 I' }' R9 y0 ]# D8 u3 E0 O

，为此，IEC（国际电工委员会）制定了专门的海底电缆防护标准。

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235 毫米海底电缆横截面

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为保护海底电缆的安全，人们给它穿上了“铠甲”——铠装，根据厚度不同，分为双铠装、单铠装、轻铠装等，离岸边越近，铠装的厚度越大，近海海缆的粗细和成人胳膊类似，到了深海则一般会采用轻铠装。作为海底电缆重要的结构元件，铠装为海缆提供了机械保护和张力的稳定性，有效阻挡了水下的外部威胁。

海底电缆的敷设

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海底电缆的敷设原理并不复杂，但是施工难度大，是世界各国公认为最复杂且困难的大型工程之一。首先需要借助水下机器人进行海底勘探，然后根据海底的状况来设计铺设路线，制定好敷设路线后，再由海缆敷设船来将海缆下放到海水之中 & i4 b# B, s! w. {' |- o( v

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为了避免在敷设过程中发生断裂，不同敷设船运输和敷设海缆的方式会影响到海底电缆成缆与钢丝铠装绞制方向的设计；同时越粗的电缆柔韧性也越差，因此敷设线路的曲度不能过大，船的前进速度也需要严格控制。

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海缆敷设船 启帆 9 号

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在海底电缆在铺设过程中，通常需要用犁式挖沟机进行“挖沟填埋”，简单而言，海缆敷设船复杂放缆线，犁式挖沟机负责在海底铺设电缆。海底电缆的目标填埋深度一般为 3 米。但受制于海床结构的不同，很多地方难以达到 3 米的填埋深度，这也是近海段故障频发的原因之一。

海底电缆的运维

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实际上，海底电缆多被认为是安全可靠的，陆上电缆出现故障的情况比海底电缆多百倍，但海底电缆确实存在风险。当海底电缆出现问题时，首先需要花大量时间找到故障点，然后由运维船将电缆提升到地面再进行修复——通常是切断损坏的部分后再将备用的电缆用粘合剂和接头拼接好，修复完成后再次沉降到海底。地面电缆的修复可能是几天，而在海底环境中可能需要花费数周，这使得海底电缆的修复变得困难，时间长且成本高昂 + u4 s3 d6 B; ~0 b& L- ?8 K

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海底电缆的接头

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全球平均每年大约有 100 次海底电缆故障，虽然有一些是因为动物活动和极端自然状况，但绝大多数故障都是由捕鱼和航运活动造成的。

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陆上电缆经常会遇到动物尤其是啮齿类的破坏，早前一则鲨鱼啃咬电缆的监控录像在网络上走红，一时间人们将鲨鱼视为海底电缆的一大威胁。第一次已知的电缆鲨鱼袭击发生在1985年的在加那利群岛附近，在一系列鱼类破坏时间后，人们对电缆保护护套的设计进行了改进。截至2006年，鲨鱼和其他鱼类造成的电缆故障不到百分之一，而且自那之后就没有再记录到同类的电缆故障。

视频中的六鳃钝鼻鲨咬了一口就游走了，

电缆没有明显的外部损坏，也不太可能遭受内部损坏

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电缆也可能因自然事件而断裂，由地震海啸泥石流等原因造成的故障占总数的 10% 左右，虽然占比不高，但是它们造成的影响会比其他事件更为严重，这些自然灾害往往会在多使得电缆在多个地方断裂，从而导致整个地区都会出现问题。例如，2020 年西非附近的两条海底电缆被刚果河洪水造成的海底泥石流损坏；2011 年在日本沿海震后使得海底电缆大幅损坏，这直接导致中国国内互联网用户在当时无法正常访问国外网站。

3·11 日本地震引发了海啸

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正如前文所述，尽管听上去人类活动比自然灾害和海洋生物更可控，海底电缆最大的威胁仍是附近航行的船只，即便海缆已经按照目标填埋深度铺设好，也难以抗击船锚和拖网对于它的破坏。一些国家为了应对这些问题不得不在铺设光缆的海域提出禁令，阻止渔民在附近进行捕捞活动。21 年 8 月，Vocus 澳大利亚-新加坡电缆在澳大利亚珀斯海岸附近“具有挑战性的深度的多个位置”发生断裂，故障原因基本判定为船锚导致的，自发现问题到电缆修复完成恢复使用花费了 12 天的时间。

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海底电缆的运维工作大部分是依靠工程人员在运维船上操控 ROV（遥控无人潜水器）来完成的。一旦发现问题，观测级的ROV 可以潜到水下观测海缆的状况，逐步排查找出故障点，然后再通过工作级的 ROV 完成修复的工作。

2021 年 4 月，博雅工道携带缆控无人潜航器 R1-45 通过水上摄像系统及前置多波束声呐对海缆的情况进行监测，目的是确认海缆断裂情况，对故障点进行定位并进行驻足观测，为之后维修提供了有力的支持。

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海缆断裂情况，可以看到渔网和被锚勾过的痕迹

工程队员按照提供的路由位置的经纬度信息布设测线，沿着测线两侧进行多波束测量，再通过侧扫声呐开展二维数据测量，最后通过水下机器人进行水下异常点位水下实时观测获取视频图像信息。

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岛外部海缆多波束测绘

一条海缆的使用寿命大概在 25 年左右，但也有许多海缆因为高昂的维护成本等经济因素提前退休，虽然铜具有回收价值，但是回收海底电缆所花费的成本显然更高，所以很多海底电缆最终就被放置在海底等待腐烂，尽管有环保人士对此提出异议，但是将埋在海床下的海缆再重新挖掘出来对该地区的海洋生物同样会产生危害，目前人们只能两害相权取其轻，仍有学者对此进行相关的研究。

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不可否认，海底电缆的存在为我们的工作生活提供了极大的便利，很多岛屿因为海底电缆才过上了有电的生活，全球各地之间的通讯网络也离不开它的功劳。如何平衡人类活动和自然环境的关系，将一直会是人们钻研的课题。

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