海底光缆（SOFC）是一种敷设于海底，主要用于洲际之间、大陆与岛屿及岛屿与岛屿之间通信的特种光缆，具有大容量、大长度、高质量、高可靠、保密抗干扰、抗毁能力强等优点。本文重点介绍了中天科技生产53km大长度海底光缆过程中的光纤单元、护套及铠装质量控制，对影响光纤单元、护套及铠装质量的各种因素进行分析，阐述了光纤单元、护套及铠装质量对海底光缆长期稳定运行的意义。 　　0引言

　　随着海洋经济的发展，海底光通信需求也随之扩展，同时也促使着海底通信系统技术的进一步提升，世界海底光缆质量和使用要求也越来越高，为响应世界海底光缆这一发展势头，抓住这一机遇，中天科技海缆有限公司在国内首家引进了激光焊接复合不锈钢管光纤单元生产线，掌握了海底光缆光纤单元核心制造技术，为海底光缆的生产提供了核心技术保障。在长江边建成了从光纤全色谱着色、激光焊接复合不锈钢管光纤单元生产、缆芯护套挤制、钢丝铠装绞合，到检测控制、储缆输送至深水码头和运输施工等海底光缆生产完整的体系。在吸收了国际先进技术的同时结合我们自身特有的工艺成功地为国内电信、网通、联通、移动和国防等众多工程提供了高可靠的海底光缆。

　　我公司是专业生产海缆的厂家，近几年来对海底光缆生产要求的研制与开发，已得到了全国各大通信运行商的认可。到目前为止，我公司已为国内各大运行商及军网提供了超千公里在线运行的海底光缆。本文所述53km大长度的海底光缆生产就是其中一例。

　　本文针对SOFC-ASK430a/12B1型53km大长度海缆光缆进行论述如何在设计、生产、质量控制中对该大长度海底光缆提供可靠保证。

　　1海底光缆结构

　　SOFC-ASK430a/12B1型海底光缆结构和主要技术参数见图1和表1。

　　

　　图1 SOFC-ASK430a/12B1海底光缆截面

　　1—不锈钢管光纤单元2—PE内护套 3—铠装钢丝 4—沥青 5—外护层

　　表1 SOFC-ASK430a/12B1海底光缆主要技术参数

　　



　　2 主要生产工序与质量控制

　　2.1 光纤单元——海光缆核心单元

　　2.1.1光纤选择

　　海底光缆与一般光缆不同，在设定所用光纤筛选水平时，首先考虑的因素是海缆在敷设和维修时的伸长，主要是施工敷设过程中光缆结构伸长;其次是敷设后发生故障维修时的伸长，主要是光缆打捞时的拉伸。因此海底光缆与常规通信光缆相比，应选用能承受较高强度、较大应变的光纤。中天科技海缆选用高强度光纤，全部通过大于2%大强度筛选，确保了这次大长度海缆使用环境要求。

　　2.1.2余长设计与产生方法

　　余长的大小设计决定了海缆的拉伸性能，应根据缆芯的结构进行严格的科学计算，并在实际的生产中加以严格的控制。在设计时我们考虑了海底光缆可能的最大应变变选择了适用于此缆光纤单元中光纤的合适余长，确保海底光缆在受到最大应变时光纤不受力，不影响光通信传输性能，并确保正常运行时光纤弯曲程度最小。保海证底光缆的光纤寿命。

　　余长的设计影响着海缆的性能，余长产生方法影响着光纤的性能。因而有了好的设计还应有合适的生产方法。光纤单元中光纤余长产生有多种方法，用于不同的使用环境其余长的产生方法也有不同。中天科技海缆为海缆生产引进了一条SWISSCAB的造管设备，采用的余长产生法使光纤不受力，光纤免受了一次伤害，而且在生产时光纤余长能在线检测与控制，使得每芯光纤的余长一致性较其它光纤单元生产方法有明显提高。

　　2.1.3光单元的结构及工艺考虑

　　考虑到海缆的使用环境的特殊性，中天科技对其单元结构进行改进与创新，新结构较常规海缆光单元有三个方面的优点，其结构见图2：

　　

　　图2 光纤单元截面图

　　1—不锈钢管2—高强度粘合剂 3—高强度光纤 4—海缆用特种纤膏 5—内衬管

　　①采用复合内衬单元，消除了钢管内壁有钢带分切后留下的锐边及焊接时内壁存在的毛刺，避免了光纤在恶劣弯曲情况下受到伤害，从而影响光纤强度;

　　②采用特种光纤纤膏，解决了松套钢管在不可能达到100%的充油时管内存在各种因素产生的氢元素与光纤形成“氢损”现象，影响光纤寿命;

　　③用于光纤单元的不锈钢带因钢材基理因素不可能很均匀，这样在用上恒定的张力后光纤单元所产生的余长会有所差异，单元内光纤余长一致性较差，基于这种钢材的本质特性，避开了钢材基理不均匀因素在本文介绍的结构中中天海缆采用了其它特种余长产生方法。

　　介于上述设计考虑，中天科技海缆设计采用了高吸氢、特种钢带通过复合式生产工艺生产了新型的的复合不锈钢光纤单元，解决了各种因素对光纤带来的寿命影响。

　　2.1.4光纤单元性能测试

　　①光纤余长：所测余长值符合工艺要求，且纤与纤之间余长值偏差控制在0.003%;

　　②光纤单元焊接质量(在线测试)：焊接的焊缝采用两级探伤系统进行测试，即在焊接时采用等离子激光谱对焊缝进行探测，焊接后采用涡流电磁原理进行360°探伤，53km连续生产无一异常报警现象;

　　③焊接质量(抽样测试)：钢管夹持在固定的旋转器上单向旋转，断裂后其焊缝口无开裂现象;

　　④衰减符合合同要求1310nm≤0.36dB/km 1550nm;≤ 0.22dB/km

　　⑤渗水试验：利用海缆专用渗水试验装置对200m光纤单元进行纵向渗水试验，此设备最大设计水压5Mpa，根据合同要求，光纤单元加压1.2Mpa持续14天，光纤单元纵向渗水不超过5m，水压下降0.13Mpa，符合合同技术要求。

　　光纤单元所有性能均符合用户与设计要求。证明我们所选用的材料与采用的生产工艺及生产中的控制是可用、可行、可控的。

　　2.2 绝缘护套生产工艺对光纤单元性能的影响

　　海底光缆护套具有对光纤单元的保护和防水等作用，是结构中一个重要组成部分，大长度护套连续挤制是生产中的一大难题。我司采用海底光缆缆芯护套专用生产设备保证护套生产的需要。该生产线所配备的双头挤塑机，及中层结构工艺保证了缆芯护套挤制后不锈钢管与护套间更好的粘合，完全防止钢管与护套间渗水。该生产线采用全自动工业计算机控制，所有运行控制参数都输入计算机中，由计算机进行自动控制，并可在显示屏上随时显示和报告有关工艺状况和产品的信息，保证了产品生产工艺的稳定性和一致性。该生产线采用特定的张力控制技术，确保了不锈钢管放线张力更平稳，同步一致性能更好，使缆芯中光纤余长不受外力的影响。该生产线的配置充分考虑了连续可靠地生产超过100km海缆缆芯，满足大长度海底光缆的生产需求。

　　由于装备的可靠性和具备大长度生产的经验，在接受53km大长度海缆生产任务之后，按照质量体系文件要求，制定了详细的生产质量计划书，在质量计划书中明确了对护套工序各要素的检查与控制责任。为了保证光纤余长在合理的控制范围内，我们从生产工艺的优化开始对张力、温度、材料特性进行了系统的分析与试验，从而在生产过程中确保了光纤单元的各项性能不受影响。

　　在生产过程中，严格控制生产速度和各工艺参数，并在线进行护套质量检测和偏差测试，通过各种手段确保几十小时护套连续生产，护套质量得到保证。在护套生产结束后，进行了光缆性能的测试，确保流转到下道工序的产品质量是安全可靠的。

　　2.3 铠装生产工艺对海缆机械性能的影响

　　海缆在敷设、运行、打捞过程中，会受到不同的张力，同时为了抵抗各种锚具的侵袭或海底礁石的磨损，海底光缆必须具备足够的机械强度。因此设计最佳的机械强度是我们必须考虑的一大关键。为此我们优先选用了具有高抗拉强度、高弹性模量和高抗疲劳特性等优点的进口高强度钢丝作为海底光缆的铠装层。

　　我司拥有国内最大的Φ800型笼绞钢丝铠装机，该设备独有的高精度预成型装置，克服了高强度钢丝绞合不易成型的缺点，保证了钢丝铠装的圆整、紧密平服及外径的均匀性。该生产线采用电气控制钢丝及铠装张力，具有张力自动反馈功能，张力参数均可在控制屏上显示出来，可随时进行监控，保证了张力的精确控制。能保持满盘到浅盘放线张力恒定，确保了铠装钢丝应变的一致性。其Φ800型线盘，可以保证钢丝单根最大限度无接头，这大大减少了大长度海缆钢丝的接头次数，其优越性不言而喻，为中天科技具备生产断裂拉伸负荷值大于800kN以上海底光缆提供了保证。

　　在生产此次大长度海缆的过程中，我们解决此难题的办法大体如下：

　　首先，检测所选用材料的强度、尺寸精度及弯曲特性，为生产提供第一手依据。

　　其次，合理的工艺设计与实践经验的结合。要求操作人员严格按作业指导书进行操作，并进行相关的控制，让具备实践经验更丰富的人员上岗操作。

　　再次，对已调试的样品进行严格的检测，这需要有专门的试验装备和检测人员进行配合，以验证工艺的稳定和产品最终生产的可行性，这是相当必要的。在生产过程中，还必须有专门的仪器对生产进行全过程监测，并做好原始资料的存档工作，对有任何不正常的现象都要及时反应和做出有效措施。

　　最后，对成品的检测是验证该工序质量与控制的必要措施。

　　3海底光缆主要性能参数测试

　　3.1 结构参数(12芯、430kN破断强度光缆)

　　SOFC-ASK430a/12B1光缆标称外径：33.0mm

　　3.2光缆中光纤衰减

　　



　　3.3光缆机械性能(附图)

　　测试项目包括拉伸、压扁、冲击、反复弯曲试验，试验结果全部符合标准要求。

　　



　　3.4 光缆的耐环境性能

　　测试项目有5Mpa渗水、-20℃～+50℃的高低温循环试验，测试结果全部符合标准要求。

　　3.5光缆的电性能

　　测试项目有绝缘电阻和直流电压，测试结果全部符合标准要求。

　　4结束语

　　我国海岸线长，岛屿多，海底矿物资源丰富，随着海洋资源进一步开发，海洋经济再度腾飞，随之而来的海上通信需求也越来越大。国内海底光缆的应用正处于起步阶段，更大长度、更大芯数的海缆将在海上通信有大需求，中天海底光缆的开发，适应了市场的发展，满足了沿海岛屿以及海岛之间的信息沟通，对加快通信事业的发展和国民经济的增长，都有积极的现实意义。

　　参考文献

　　[1]沈一春朱坤等《海底光缆用高强度、大长度单模光纤》

　　[2]王瑛剑胡俊波等《双层铠装海底光缆钢丝层之间的滑动控制》


来源：通信世界网 作者：陆如泉,蔡炳余