国内外海底光缆试验标准对比分析与思考

国内外海底光缆试验标准对比分析与思考

海底光通信已成为国际社会主要的信息传输媒介，但由于海底环境复杂性，海底光缆一旦发生故障将对整个社会产生很大影响。海底光缆系统的安全性已越来越为系统设计、运行管理人员和广大用户所关注。因此，随着经济和技术水平的提高，性能更优、更能适应使用环境的海底光缆将成为工程设计的首选。海底光缆系统试验与合理的设计和技术评定一样十分重要，这是保证海底光缆系统的质量、寿命和可靠性的唯一方法。本文收集整理了国内外海底光缆的试验标准，并将其进行对比分析，通过对比分析国内的试验水平与国际存在的差距。国际海底光缆试验标准

海底光缆试验的目的是在海缆典型的安装、运行、回收条件下来量化海缆的规定设计性能。国际海底光缆的试验标准为ITU-TG.976《海底光缆系统试验方法》，其中规定的试验项目的试验方法及条件与国内试验标准规定的有所不同，这里对与国内试验标准规定的相同的部分只做简单介绍，以下对与国内试验标准规定的不同的部分进行详细阐述。

·传输性能

海底光缆制造和运行过程中会发生机械应力、温度和外部压力变化，需对海缆进行试验来量化光学和电气(如适用)传输性能。

海缆制造损耗——证明所组装的海缆段长衰减满足系统裕度要求。在所制造的海缆分段长上进行传输试验。在生产阶段系统地测量衰减情况。

成缆光纤应变——证明残余光纤应变水平或余长水平满足海缆设计极限要求。试验方法：可使用商用设备来测量光纤长度(应变)。通过与同等的海缆长度测量相比较，确定光纤的长度或余长。

试验条件：最好在海缆温度规范规定的温度范围内进行测量。

温度稳定性——证明海缆的光学特征不因海缆的运输、运行或存储温度等因素而发生变化。确定规定的运输或存储要求来确保上述目的的实现。

抗静水压试验——证明海缆(包括电气和光学性能)能够承受最大海床压力。

试验方法：将一长度海缆放置在压力密封装置中。光纤包出口的压力终端用来密封海缆样品端部。密封装置内的压力增加到最大海床模拟压力。在整个试验中监控光纤衰减情况。要评估规定海缆设计的以下特征：

光纤衰减增加水平；

试验样品结构的外形；

试验样品无渗水。压力试验后样品海缆的完整性可以通过合适的电压试验来确认。

试验条件：根据试验设备的精度来确定海缆样品长度。最少试验持续时间通常为大于等于30分钟；如果海缆出现蠕变、附加损耗，试验应延长至24小时。

·机械性能

根据海缆的敷设、回收和修复以及建立已知的安全度，需对海缆进行试验来量化其机械性能。限制扭矩的张力试验——在敷设和回收海缆期间的已知安全度内，证明海缆能够承受最大预期张力。在海缆承受负荷期间和卸载负荷后，证明光纤不会产生附加应变。海缆回收操作后，确定承受负荷的海缆是否可以再利用。

试验条件：将海缆固定，这样确保海缆在拉伸过程中不会发生扭转，将海缆上的负荷增加到标称短暂拉伸负荷强度(NTTS)，并持续一段时间，通常持续时间至少为1小时。

最小扭矩拉伸试验——在已知的安全度范围内，证明海缆在敷设和回收期间能够承受最大的预期拉力。证明在承受负荷或负荷卸载后，光纤不会产生附加应变。

试验条件：将海缆固定，但其一端可以自由扭转，海缆承载负荷至少要达到敷设深度的张力水平，并且要持续一段时间，通常持续时间至少为1小时。

负荷达到故障点的拉伸试验——在已知的安全度范围内，证明海缆在敷设和回收期间能够承受最大的预期拉伸负荷。证明海缆在低于额定拉伸强度条件下不会发生故障。

机械疲劳试验——证明海缆能够承受周期性负荷，相当于在缆船上对海缆进行修复的负荷。

试验方法：使用锚固装置对海缆样品末端进行端接，然后将其安装到拉伸装置(最好含有过滑轮)上。海缆拉伸负荷在低负荷和高负荷之间进行循环，模拟在最深设计深度和最恶劣的天气条件下缆船运动(波动原因产生的)对悬挂海缆的影响。在整个试验中监控光纤衰减和拉伸负荷。记录所模拟的设计深度和天气条件。对于具体的海缆设计要评估海缆的以下特征：

光纤衰减增加水平；

所试验海缆样品的外形和夹层粘结力水平。

试验海缆应有足够的长度，这样末端效应可以忽略不计并可以保证测量精度；多根光纤可以连接在一起来增加路径长度。循环次数应模拟所预期的船只修复时间和预期海浪循环时间。过滑轮试验——在海缆敷设、钩挂和回收期间，证明海缆在最大预期拉伸负荷条件下能够承受卷绕过滑轮的正常弯曲。

试验条件：以恒定的速度和负荷将海缆通过过滑轮进行循环，并以相当于海缆最大敷设负荷的低负荷力进行30～50次的海缆往返移动。然后将负荷增到相当于海缆在最深的设计深度和最恶劣天气条件下承受的回收拉力；然后至少进行3次额外的海缆往返移动。同时应阐述过滑轮的直径，通常为2.5m～3.0m。

·操作性能

在较为广阔的温度范围内的海缆运输和储存期间，需对海缆进行试验来量化其操作性能，同时要考虑到可能的碰撞和冲击。

抗压扁试验——证明海缆能够承受因存储在缆池中或因船上设备而产生的压扁力，如牵引/锚固工具。

试验条件：模拟作用在单位长度海缆上的最大负荷力，将该负荷力施加到海缆的试验部分，持续至少1小时，然后将负荷释放。最大负荷力以缆线装满缆船上缆池的重量为依据，通常缆池为10m深，或最大负荷由船上机械设备提供，以负荷大的为准。

注意：如果发现永久性的机械损伤，应进行试验。

抗冲击试验——证明海缆在敷设或制造操作期间能够承受受到的碰撞和冲击。

抗卷绕试验——在海缆设计的温度范围内，证明海缆能够承受工厂到船、缆池到缆池或船到岸的操作。

试验条件：海缆样品在室温下进行50次卷绕，然后样品在设计温度范围内的低温和高温条件下进行50次卷绕。

·可靠性性能

考虑到海缆长期暴露在海水中并在电场梯度中运行，以及潜在的腐蚀、电极调节和缆线断裂时进水情况，要对海缆进行试验来量化其可靠性性能。

渗水极限试验——万一海缆在海床上发生断裂，量化沿海缆渗水的极限。证明最大的渗水长度满足设计规范要求。

抗腐蚀试验——证明水下设备能够长期暴露在海水中；证明任何的腐蚀不会影响水下设备的电气、机械和光学性能。水下设备包含海缆、接头盒和终端。

试验方法：将水下设备浸入较高温度的海水中一段时间后，然后检测腐蚀的程度，如适用的话，确定氢气的产生。在试验前要制定海缆端部合适的密封的措施。

试验条件：加速老化的试验条件正在研究中；将试验样品浸入在50℃的充气海水中18个月。高压试验——证明所设计能够进行中继或再生器供电的海缆在其寿命期间能够承受不中断的电场梯度增减。

绝缘完整性试验——证明海缆绝缘的连续性，防止发生内部裂缝腐蚀。证明海缆绝缘具备通过低音调电极进行海缆定位的特征。

·施工性能

考虑到海缆会受到外部的夹紧，如在最恶劣的天气条件下使用制动器以及使用常规的安装设备，因此要对海缆进行试验来量化其这方面的性能。

海缆夹层粘结力试验——证明海缆的元件具备足够的夹层粘结力，能够进行外部挤压而不会发生损坏。

试验方法：深海光缆最适合进行夹层粘结力试验，如轻型海缆和轻型保护海缆。准备标称为150～250mm海缆样品，对预暴露承力元件进行挤压后，要进行一定长度的绝缘试验，通常为25mm。根据海缆的要求，要对引起相邻海缆元件之间发生夹层移动的力进行评估。

试验条件：将样品放置到拉伸装置中，在装置中承力元件被挤压和牵引，而同时防止特殊的元件发生移动，将牵引力增加，直至相邻海缆元件的夹层发生移动。

海缆制动器试验——证明海缆在最恶劣的天气条件下能够承受制动器的挤压。

试验方法：在海缆的一端使用锚固装置将其端接，海缆的另一端使用制动器端接，该制动器离海缆另一端大约10m。海缆样品被安装在拉伸装置中。然后增加在样品上的负荷，负荷增加到相当于海缆在最恶劣天气条件下和最大设计水深条件下承受的应力。在整个试验中监控光纤衰减情况；记录所模拟的设计深度和天气条件。对于具体的海缆设计，要评估海缆的以下特征：

光纤衰减增加水平；

海缆上制动器的位移情况；

所试验海缆结构的外观和夹层粘结力水平；

试验条件：试验持续时间通常至少为90分钟。

国内外海底光缆试验标准对比分析与思考

国际海底光缆试验标准将试验项目分为5大类，共18项；国内海底光缆标准将试验项目分为4大类，共16项。国际海底光缆试验标准注重检验海底光缆系统的性能，并且试验条件尽量模拟海底光缆的敷设、回收、维修等实际工程条件对海底光缆进行试验，量化其性能。国内海底光缆的标准只检验海底光缆产品本身性能指标达到的情况，并未涉及到海底光缆系统，而且试验方法和试验条件还不尽科学、合理。

成缆光纤应变、抗静水压、机械疲劳、抗腐蚀和海缆夹层粘结力试验对于成缆光纤应变、抗静水压、机械疲劳、抗腐蚀和海缆夹层粘结力试验，国内标准中尚未做要求。尤其是机械疲劳和抗腐蚀试验，这是验证海底光缆的可靠性和寿命最有效的方法，虽然国际标准中对加速老化的条件还在研究中，但是国内标准对此却没有相关的要求。抗静水压试验是为了验证海底光缆是否能够承受设计水深的压力，而国内标准中只要求海底光缆的渗水长度，而且渗水试验的压力条件是固定的，如果海底光缆的敷设水深超过渗水压力指标，那么就没有试验来衡量海底光缆的抗水压能力。

机械性能试验

机械性能试验的条件国际标准规定的试验时间为1h，而国内标准中对试验时间的规定为1min。过滑轮试验

国际标准中要求的过滑轮试验与国内标准要求的反复弯曲试验相似，但国际标准规定海缆在经过低负荷的反复弯曲后，还要将负荷增到海缆最深设计深度和最恶劣条件下承受的回收拉力，然后至少进行3次额外的海缆往返移动。而国内标准只要求进行海缆的反复弯曲试验，而且对滑轮直径的规定国际标准与国内标准也存在差异。抗卷绕试验与过滑轮试验相似，但国际标准中还要求海缆样品在室温下进行50次卷绕后样品在设计温度范围内的低温和高温条件下进行50次卷绕，这对海缆的要求就更为苛刻。

抗压扁试验

抗压扁试验证明海缆能够承受因存储在缆池中或因船上设备而产生的压扁力。国际标准中的试验条件结合海缆实际存储的情况将压力规定为最大负荷力以缆线装满缆船上缆池的重量为依据，通常缆池为10m深，或最大负荷由船上机械设备提供，以负荷大的为准。国内标准中只硬性地规定了具体值。

综上所述，通过对国内外海底光缆试验标准的对比分析发现，国际标准的内容更为全面，更关注海底光缆系统的质量、可靠性和寿命，试验条件与实际的敷设、回收和维修的工程条件相结合，试验条件更具科学性和合理性，而国内标准只强调海底光缆产品本身的性能指标，没有将试验条件与实际的工程条件相结合，而且试验项目有待完善。建议我国的标准机构和海缆行业相关单位不断加强对海底光缆标准的学习和研究，及时掌握国外先进的海底光缆设计、制造和试验理念，提高海底光缆设计和性能试验的科学性和合理性，进一步提高我国海底光缆的设计和制造水平。我国的试验装备机构也需要不断进行试验设备性能的研究和装备的更新，为海底光缆的制造企业提供更好更全的试验装备，与国际试验机构装备条件接轨。结束语

为了适应国际海底光缆市场发展的需要，尽快让国产海底光缆参与跨洋海底光缆传输系统，尤其是有中继海底光缆系统的建设，相信在我国海底光缆行业众多人士的努力下，通过标准的完善、装备的研发更新，将更有利于提高我国海底光缆产品的科学化、合理化、标准化和规范化程度。通过与国际标准的进一步接轨，将能更好地推进海底光缆产品的贸易往来，为国家和企业创造更多的社会效益和经济效益。