海底光通信已成為國(guó)際社會(huì)主要的信息傳輸媒介，但由于海底環(huán)境復(fù)雜性，海底光纜一旦發(fā)生故障將對(duì)整個(gè)社會(huì)產(chǎn)生很大影響。海底光纜系統(tǒng)的安全性已越來(lái)越為系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理人員和廣大用戶(hù)所關(guān)注。因此，隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平的提高，性能更優(yōu)、更能適應(yīng)使用環(huán)境的海底光纜將成為工程設(shè)計(jì)的首選。海底光纜系統(tǒng)試驗(yàn)與合理的設(shè)計(jì)和技術(shù)評(píng)定一樣十分重要，這是保證海底光纜系統(tǒng)的質(zhì)量、壽命和可靠性的唯一方法。本文收集整理了國(guó)內(nèi)外海底光纜的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，并將其進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)對(duì)比分析國(guó)內(nèi)的試驗(yàn)水平與國(guó)際存在的差距。
國(guó)際海底光纜試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
海底光纜試驗(yàn)的目的是在海纜典型的安裝、運(yùn)行、回收條件下來(lái)量化海纜的規(guī)定設(shè)計(jì)性能。國(guó)際海底光纜的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為ITU-TG.976《海底光纜系統(tǒng)試驗(yàn)方法》，其中規(guī)定的試驗(yàn)項(xiàng)目的試驗(yàn)方法及條件與國(guó)內(nèi)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的有所不同，這里對(duì)與國(guó)內(nèi)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的相同的部分只做簡(jiǎn)單介紹，以下對(duì)與國(guó)內(nèi)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的不同的部分進(jìn)行詳細(xì)闡述。
·傳輸性能
海底光纜制造和運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生機(jī)械應(yīng)力、溫度和外部壓力變化，需對(duì)海纜進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)量化光學(xué)和電氣(如適用)傳輸性能。
海纜制造損耗——證明所組裝的海纜段長(zhǎng)衰減滿(mǎn)足系統(tǒng)裕度要求。在所制造的海纜分段長(zhǎng)上進(jìn)行傳輸試驗(yàn)。在生產(chǎn)階段系統(tǒng)地測(cè)量衰減情況。
成纜光纖應(yīng)變——證明殘余光纖應(yīng)變水平或余長(zhǎng)水平滿(mǎn)足海纜設(shè)計(jì)極限要求。
試驗(yàn)方法：可使用商用設(shè)備來(lái)測(cè)量光纖長(zhǎng)度(應(yīng)變)。通過(guò)與同等的海纜長(zhǎng)度測(cè)量相比較，確定光纖的長(zhǎng)度或余長(zhǎng)。
試驗(yàn)條件：最好在海纜溫度規(guī)范規(guī)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。
溫度穩(wěn)定性——證明海纜的光學(xué)特征不因海纜的運(yùn)輸、運(yùn)行或存儲(chǔ)溫度等因素而發(fā)生變化。確定規(guī)定的運(yùn)輸或存儲(chǔ)要求來(lái)確保上述目的的實(shí)現(xiàn)。
抗靜水壓試驗(yàn)——證明海纜(包括電氣和光學(xué)性能)能夠承受最大海床壓力。
試驗(yàn)方法：將一長(zhǎng)度海纜放置在壓力密封裝置中。光纖包出口的壓力終端用來(lái)密封海纜樣品端部。密封裝置內(nèi)的壓力增加到最大海床模擬壓力。在整個(gè)試驗(yàn)中監(jiān)控光纖衰減情況。要評(píng)估規(guī)定海纜設(shè)計(jì)的以下特征：
光纖衰減增加水平；
試驗(yàn)樣品結(jié)構(gòu)的外形；
試驗(yàn)樣品無(wú)滲水。壓力試驗(yàn)后樣品海纜的完整性可以通過(guò)合適的電壓試驗(yàn)來(lái)確認(rèn)。
試驗(yàn)條件：根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備的精度來(lái)確定海纜樣品長(zhǎng)度。最少試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間通常為大于等于30分鐘；如果海纜出現(xiàn)蠕變、附加損耗，試驗(yàn)應(yīng)延長(zhǎng)至24小時(shí)。
·機(jī)械性能
根據(jù)海纜的敷設(shè)、回收和修復(fù)以及建立已知的安全度，需對(duì)海纜進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)量化其機(jī)械性能。
限制扭矩的張力試驗(yàn)——在敷設(shè)和回收海纜期間的已知安全度內(nèi)，證明海纜能夠承受最大預(yù)期張力。在海纜承受負(fù)荷期間和卸載負(fù)荷后，證明光纖不會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)變。海纜回收操作后，確定承受負(fù)荷的海纜是否可以再利用。
試驗(yàn)條件：將海纜固定，這樣確保海纜在拉伸過(guò)程中不會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，將海纜上的負(fù)荷增加到標(biāo)稱(chēng)短暫拉伸負(fù)荷強(qiáng)度(NTTS)，并持續(xù)一段時(shí)間，通常持續(xù)時(shí)間至少為1小時(shí)。
最小扭矩拉伸試驗(yàn)——在已知的安全度范圍內(nèi)，證明海纜在敷設(shè)和回收期間能夠承受最大的預(yù)期拉力。證明在承受負(fù)荷或負(fù)荷卸載后，光纖不會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)變。
試驗(yàn)條件：將海纜固定，但其一端可以自由扭轉(zhuǎn)，海纜承載負(fù)荷至少要達(dá)到敷設(shè)深度的張力水平，并且要持續(xù)一段時(shí)間，通常持續(xù)時(shí)間至少為1小時(shí)。
負(fù)荷達(dá)到故障點(diǎn)的拉伸試驗(yàn)——在已知的安全度范圍內(nèi)，證明海纜在敷設(shè)和回收期間能夠承受最大的預(yù)期拉伸負(fù)荷。證明海纜在低于額定拉伸強(qiáng)度條件下不會(huì)發(fā)生故障。
機(jī)械疲勞試驗(yàn)——證明海纜能夠承受周期性負(fù)荷，相當(dāng)于在纜船上對(duì)海纜進(jìn)行修復(fù)的負(fù)荷。
試驗(yàn)方法：使用錨固裝置對(duì)海纜樣品末端進(jìn)行端接，然后將其安裝到拉伸裝置(最好含有過(guò)滑輪)上。海纜拉伸負(fù)荷在低負(fù)荷和高負(fù)荷之間進(jìn)行循環(huán)，模擬在最深設(shè)計(jì)深度和最?lèi)毫拥奶鞖鈼l件下纜船運(yùn)動(dòng)(波動(dòng)原因產(chǎn)生的)對(duì)懸掛海纜的影響。在整個(gè)試驗(yàn)中監(jiān)控光纖衰減和拉伸負(fù)荷。記錄所模擬的設(shè)計(jì)深度和天氣條件。對(duì)于具體的海纜設(shè)計(jì)要評(píng)估海纜的以下特征：
光纖衰減增加水平；
所試驗(yàn)海纜樣品的外形和夾層粘結(jié)力水平。
試驗(yàn)海纜應(yīng)有足夠的長(zhǎng)度，這樣末端效應(yīng)可以忽略不計(jì)并可以保證測(cè)量精度；多根光纖可以連接在一起來(lái)增加路徑長(zhǎng)度。循環(huán)次數(shù)應(yīng)模擬所預(yù)期的船只修復(fù)時(shí)間和預(yù)期海浪循環(huán)時(shí)間。
過(guò)滑輪試驗(yàn)——在海纜敷設(shè)、鉤掛和回收期間，證明海纜在最大預(yù)期拉伸負(fù)荷條件下能夠承受卷繞過(guò)滑輪的正常彎曲。
試驗(yàn)條件：以恒定的速度和負(fù)荷將海纜通過(guò)過(guò)滑輪進(jìn)行循環(huán)，并以相當(dāng)于海纜最大敷設(shè)負(fù)荷的低負(fù)荷力進(jìn)行30～50次的海纜往返移動(dòng)。然后將負(fù)荷增到相當(dāng)于海纜在最深的設(shè)計(jì)深度和最?lèi)毫犹鞖鈼l件下承受的回收拉力；然后至少進(jìn)行3次額外的海纜往返移動(dòng)。同時(shí)應(yīng)闡述過(guò)滑輪的直徑，通常為2.5m～3.0m。
·操作性能
在較為廣闊的溫度范圍內(nèi)的海纜運(yùn)輸和儲(chǔ)存期間，需對(duì)海纜進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)量化其操作性能，同時(shí)要考慮到可能的碰撞和沖擊。
抗壓扁試驗(yàn)——證明海纜能夠承受因存儲(chǔ)在纜池中或因船上設(shè)備而產(chǎn)生的壓扁力，如牽引/錨固工具。
試驗(yàn)條件：模擬作用在單位長(zhǎng)度海纜上的最大負(fù)荷力，將該負(fù)荷力施加到海纜的試驗(yàn)部分，持續(xù)至少1小時(shí)，然后將負(fù)荷釋放。最大負(fù)荷力以纜線裝滿(mǎn)纜船上纜池的重量為依據(jù)，通常纜池為10m深，或最大負(fù)荷由船上機(jī)械設(shè)備提供，以負(fù)荷大的為準(zhǔn)。
注意：如果發(fā)現(xiàn)永久性的機(jī)械損傷，應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)。
抗沖擊試驗(yàn)——證明海纜在敷設(shè)或制造操作期間能夠承受受到的碰撞和沖擊。
抗卷繞試驗(yàn)——在海纜設(shè)計(jì)的溫度范圍內(nèi)，證明海纜能夠承受工廠到船、纜池到纜池或船到岸的操作。
試驗(yàn)條件：海纜樣品在室溫下進(jìn)行50次卷繞，然后樣品在設(shè)計(jì)溫度范圍內(nèi)的低溫和高溫條件下進(jìn)行50次卷繞。
·可靠性性能
考慮到海纜長(zhǎng)期暴露在海水中并在電場(chǎng)梯度中運(yùn)行，以及潛在的腐蝕、電極調(diào)節(jié)和纜線斷裂時(shí)進(jìn)水情況，要對(duì)海纜進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)量化其可靠性性能。
滲水極限試驗(yàn)——萬(wàn)一海纜在海床上發(fā)生斷裂，量化沿海纜滲水的極限。證明最大的滲水長(zhǎng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。
抗腐蝕試驗(yàn)——證明水下設(shè)備能夠長(zhǎng)期暴露在海水中；證明任何的腐蝕不會(huì)影響水下設(shè)備的電氣、機(jī)械和光學(xué)性能。水下設(shè)備包含海纜、接頭盒和終端。
試驗(yàn)方法：將水下設(shè)備浸入較高溫度的海水中一段時(shí)間后，然后檢測(cè)腐蝕的程度，如適用的話，確定氫氣的產(chǎn)生。在試驗(yàn)前要制定海纜端部合適的密封的措施。
試驗(yàn)條件：加速老化的試驗(yàn)條件正在研究中；將試驗(yàn)樣品浸入在50℃的充氣海水中18個(gè)月。
高壓試驗(yàn)——證明所設(shè)計(jì)能夠進(jìn)行中繼或再生器供電的海纜在其壽命期間能夠承受不中斷的電場(chǎng)梯度增減。
絕緣完整性試驗(yàn)——證明海纜絕緣的連續(xù)性，防止發(fā)生內(nèi)部裂縫腐蝕。證明海纜絕緣具備通過(guò)低音調(diào)電極進(jìn)行海纜定位的特征。
·施工性能
考慮到海纜會(huì)受到外部的夾緊，如在最?lèi)毫拥奶鞖鈼l件下使用制動(dòng)器以及使用常規(guī)的安裝設(shè)備，因此要對(duì)海纜進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)量化其這方面的性能。
海纜夾層粘結(jié)力試驗(yàn)——證明海纜的元件具備足夠的夾層粘結(jié)力，能夠進(jìn)行外部擠壓而不會(huì)發(fā)生損壞。
試驗(yàn)方法：深海光纜最適合進(jìn)行夾層粘結(jié)力試驗(yàn)，如輕型海纜和輕型保護(hù)海纜。準(zhǔn)備標(biāo)稱(chēng)為150～250mm海纜樣品，對(duì)預(yù)暴露承力元件進(jìn)行擠壓后，要進(jìn)行一定長(zhǎng)度的絕緣試驗(yàn)，通常為25mm。根據(jù)海纜的要求，要對(duì)引起相鄰海纜元件之間發(fā)生夾層移動(dòng)的力進(jìn)行評(píng)估。
試驗(yàn)條件：將樣品放置到拉伸裝置中，在裝置中承力元件被擠壓和牽引，而同時(shí)防止特殊的元件發(fā)生移動(dòng)，將牽引力增加，直至相鄰海纜元件的夾層發(fā)生移動(dòng)。
海纜制動(dòng)器試驗(yàn)——證明海纜在最?lèi)毫拥奶鞖鈼l件下能夠承受制動(dòng)器的擠壓。
試驗(yàn)方法：在海纜的一端使用錨固裝置將其端接，海纜的另一端使用制動(dòng)器端接，該制動(dòng)器離海纜另一端大約10m。海纜樣品被安裝在拉伸裝置中。然后增加在樣品上的負(fù)荷，負(fù)荷增加到相當(dāng)于海纜在最?lèi)毫犹鞖鈼l件下和最大設(shè)計(jì)水深條件下承受的應(yīng)力。在整個(gè)試驗(yàn)中監(jiān)控光纖衰減情況；記錄所模擬的設(shè)計(jì)深度和天氣條件。對(duì)于具體的海纜設(shè)計(jì)，要評(píng)估海纜的以下特征：
光纖衰減增加水平；
海纜上制動(dòng)器的位移情況；
所試驗(yàn)海纜結(jié)構(gòu)的外觀和夾層粘結(jié)力水平；
試驗(yàn)條件：試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間通常至少為90分鐘。
國(guó)內(nèi)外海底光纜試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析與思考
國(guó)際海底光纜試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)將試驗(yàn)項(xiàng)目分為5大類(lèi)，共18項(xiàng)；國(guó)內(nèi)海底光纜標(biāo)準(zhǔn)將試驗(yàn)項(xiàng)目分為4大類(lèi)，共16項(xiàng)。國(guó)際海底光纜試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)注重檢驗(yàn)海底光纜系統(tǒng)的性能，并且試驗(yàn)條件盡量模擬海底光纜的敷設(shè)、回收、維修等實(shí)際工程條件對(duì)海底光纜進(jìn)行試驗(yàn)，量化其性能。國(guó)內(nèi)海底光纜的標(biāo)準(zhǔn)只檢驗(yàn)海底光纜產(chǎn)品本身性能指標(biāo)達(dá)到的情況，并未涉及到海底光纜系統(tǒng)，而且試驗(yàn)方法和試驗(yàn)條件還不盡科學(xué)、合理。
成纜光纖應(yīng)變、抗靜水壓、機(jī)械疲勞、抗腐蝕和海纜夾層粘結(jié)力試驗(yàn)對(duì)于成纜光纖應(yīng)變、抗靜水壓、機(jī)械疲勞、抗腐蝕和海纜夾層粘結(jié)力試驗(yàn)，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中尚未做要求。尤其是機(jī)械疲勞和抗腐蝕試驗(yàn)，這是驗(yàn)證海底光纜的可靠性和壽命最有效的方法，雖然國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)加速老化的條件還在研究中，但是國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此卻沒(méi)有相關(guān)的要求?？轨o水壓試驗(yàn)是為了驗(yàn)證海底光纜是否能夠承受設(shè)計(jì)水深的壓力，而國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中只要求海底光纜的滲水長(zhǎng)度，而且滲水試驗(yàn)的壓力條件是固定的，如果海底光纜的敷設(shè)水深超過(guò)滲水壓力指標(biāo)，那么就沒(méi)有試驗(yàn)來(lái)衡量海底光纜的抗水壓能力。
機(jī)械性能試驗(yàn)
機(jī)械性能試驗(yàn)的條件國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)時(shí)間為1h，而國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)試驗(yàn)時(shí)間的規(guī)定為1min。
過(guò)滑輪試驗(yàn)
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中要求的過(guò)滑輪試驗(yàn)與國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)要求的反復(fù)彎曲試驗(yàn)相似，但國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定海纜在經(jīng)過(guò)低負(fù)荷的反復(fù)彎曲后，還要將負(fù)荷增到海纜最深設(shè)計(jì)深度和最?lèi)毫訔l件下承受的回收拉力，然后至少進(jìn)行3次額外的海纜往返移動(dòng)。而國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)只要求進(jìn)行海纜的反復(fù)彎曲試驗(yàn)，而且對(duì)滑輪直徑的規(guī)定國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)也存在差異。抗卷繞試驗(yàn)與過(guò)滑輪試驗(yàn)相似，但國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中還要求海纜樣品在室溫下進(jìn)行50次卷繞后樣品在設(shè)計(jì)溫度范圍內(nèi)的低溫和高溫條件下進(jìn)行50次卷繞，這對(duì)海纜的要求就更為苛刻。
抗壓扁試驗(yàn)
抗壓扁試驗(yàn)證明海纜能夠承受因存儲(chǔ)在纜池中或因船上設(shè)備而產(chǎn)生的壓扁力。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中的試驗(yàn)條件結(jié)合海纜實(shí)際存儲(chǔ)的情況將壓力規(guī)定為最大負(fù)荷力以纜線裝滿(mǎn)纜船上纜池的重量為依據(jù)，通常纜池為10m深，或最大負(fù)荷由船上機(jī)械設(shè)備提供，以負(fù)荷大的為準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中只硬性地規(guī)定了具體值。
綜上所述，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外海底光纜試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容更為全面，更關(guān)注海底光纜系統(tǒng)的質(zhì)量、可靠性和壽命，試驗(yàn)條件與實(shí)際的敷設(shè)、回收和維修的工程條件相結(jié)合，試驗(yàn)條件更具科學(xué)性和合理性，而國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)只強(qiáng)調(diào)海底光纜產(chǎn)品本身的性能指標(biāo)，沒(méi)有將試驗(yàn)條件與實(shí)際的工程條件相結(jié)合，而且試驗(yàn)項(xiàng)目有待完善。建議我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)和海纜行業(yè)相關(guān)單位不斷加強(qiáng)對(duì)海底光纜標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)和研究，及時(shí)掌握國(guó)外先進(jìn)的海底光纜設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)理念，提高海底光纜設(shè)計(jì)和性能試驗(yàn)的科學(xué)性和合理性，進(jìn)一步提高我國(guó)海底光纜的設(shè)計(jì)和制造水平。我國(guó)的試驗(yàn)裝備機(jī)構(gòu)也需要不斷進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)備性能的研究和裝備的更新，為海底光纜的制造企業(yè)提供更好更全的試驗(yàn)裝備，與國(guó)際試驗(yàn)機(jī)構(gòu)裝備條件接軌。
結(jié)束語(yǔ)
為了適應(yīng)國(guó)際海底光纜市場(chǎng)發(fā)展的需要，盡快讓國(guó)產(chǎn)海底光纜參與跨洋海底光纜傳輸系統(tǒng)，尤其是有中繼海底光纜系統(tǒng)的建設(shè)，相信在我國(guó)海底光纜行業(yè)眾多人士的努力下，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的完善、裝備的研發(fā)更新，將更有利于提高我國(guó)海底光纜產(chǎn)品的科學(xué)化、合理化、標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化程度。通過(guò)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步接軌，將能更好地推進(jìn)海底光纜產(chǎn)品的貿(mào)易往來(lái)，為國(guó)家和企業(yè)創(chuàng)造更多的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。