海底電纜結(jié)構(gòu)的專利技術(shù)分析

郭曉玲 單如月

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作天津中心，天津 300304）

0 引言

海底電纜是指敷設(shè)在江、河、湖、海等水底的電纜，一般分為海底電力電纜和海底通信電纜。海底電力電纜用于電力傳輸，主要應(yīng)用在橫越江河或者港灣、陸島之間，以及鉆井平臺之間的互相連接等場合。對于一些長距離的通信網(wǎng)、遠距離的島嶼之間及跨海軍事設(shè)施等較為重要的場合都需要應(yīng)用海底通信電纜。目前一些島嶼和河流較多的國家對海底電纜的應(yīng)用尤為廣泛。

隨著海洋經(jīng)濟的興起，海島與大陸聯(lián)網(wǎng)工程、海上風(fēng)力發(fā)電場、海島核電站的建設(shè)及海上石油和天然氣的開采，海底電線電纜的潛在市場十分廣闊。目前，海底線纜的需求量巨大，而世界上具備高壓、超高壓海底線纜生產(chǎn)能力的廠家不多，這就給電纜制造企業(yè)提供了廣闊的市場前景，因此對海底電纜的具體技術(shù)分支的發(fā)展脈絡(luò)和發(fā)展趨勢進行分析尤為必要。

1 海底電纜的技術(shù)分支

海底電纜的技術(shù)分支主要包括：海底電纜結(jié)構(gòu)本身及海底電纜絕緣層采用的材料類型、中繼器、分支器及接頭等海底電纜相關(guān)配件、制造海底電纜的方法及制造海底電纜的特殊設(shè)備、海底電纜的敷設(shè)工程、維修及海底電纜狀態(tài)的監(jiān)測等。

1.1 海底電纜絕緣類型

海底電纜按絕緣類型主要有浸漬紙絕緣電纜、自容式充油電纜、交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜、聚乙烯絕緣電纜（PE）、乙丙絕緣電纜及充氣電纜（EPR）［1］。

1.2 海底電纜相關(guān)配件

海底電纜相關(guān)配件包括中繼器、分支器、線纜連接器、終端連接器、檢波器等，這些配件在海底電纜的安裝、傳輸、保護等方面均是不可或缺的。

1.3 制造方法及特殊設(shè)備

海底電纜的制造工藝及特殊設(shè)備通常包括：金屬單線拉制、導(dǎo)體絞制、交聯(lián)聚乙烯絕緣擠出工藝、烘房脫氣工藝、金屬護套擠制工藝、非金屬護套擠制工藝、工廠接頭、鎧裝、外被及存儲運輸及相應(yīng)的設(shè)備［2］。

1.4 敷設(shè)工程、維修及狀態(tài)監(jiān)測

海纜的敷設(shè)方式大致分為拋放和深埋兩種：拋放方式是利用海纜的自重沉入海底，施工簡單，但安全性較差，特別是在淺海漁區(qū)，很容易被漁撈和船錨損壞；深埋方式（又稱電纜埋設(shè)）是利用埋設(shè)設(shè)備即埋設(shè)機將海纜埋設(shè)于海床下一定深度，避免人為作業(yè)的破壞，有效保護海纜的安全。目前，深水區(qū)域海纜敷設(shè)采用拋放方式，其余基本采用深埋方式［3］。

由于海底電纜的結(jié)構(gòu)在整個海底電纜領(lǐng)域占比較大，直接關(guān)系到海底電纜的性能，且電纜結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣對于該領(lǐng)域具有重要意義，因此本研究重點分析了海底電纜結(jié)構(gòu)該技術(shù)分支的專利信息。

2 海底電纜結(jié)構(gòu)的專利分析

基于本領(lǐng)域技術(shù)人員對海底電纜相關(guān)技術(shù)的了解，結(jié)合各數(shù)據(jù)庫的文獻量和文獻分布特點，通過使用關(guān)鍵詞和分類號在中文摘要專利數(shù)據(jù)庫CNABS 及外文摘要專利數(shù)據(jù)庫VEN 中進行檢索，對檢索結(jié)果進行篩選后進行統(tǒng)計分析。

2.1 海底電纜結(jié)構(gòu)的專利申請情況

2.1.1 海底電纜結(jié)構(gòu)全球申請趨勢。由圖1可知，全球海底電纜結(jié)構(gòu)的申請量變化趨勢，相關(guān)申請從1909 年開始起步，1909—2016 年出現(xiàn)過三個峰值，分別為1929 年、1985 年和2016 年。1909年開始起步階段全球的專利申請總量并不大，1909年的2 項專利申請均來自英國。1927 年開始出現(xiàn)波動上升，直至1929 年達到第一個峰值，全球共有45 項專利申請。1932—1969 年的申請量處于一個比較低的水平，1969 年開始再次出現(xiàn)波動上升，直至1985 年達到第二個峰值，全球共有42 項專利申請。1986 年之后再次有所下降，從2009 年開始呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢，并在2016 年達到第三個峰值，全球共有151 項專利申請。上述申請量反復(fù)波動的情況的出現(xiàn)多與世界經(jīng)濟、技術(shù)發(fā)展及電纜需求量密切相關(guān)。

圖1 海底電纜結(jié)構(gòu)全球申請趨勢

2.1.2 海底電纜結(jié)構(gòu)的申請地域排名。通過對各地域海底電纜結(jié)構(gòu)的申請量進行分析，由圖2可知，中國有關(guān)海底電纜結(jié)構(gòu)的專利申請量最大，其次是日本、美國，歐洲主要申請國為英國、德國、法國及意大利。各個國家對海底電纜結(jié)構(gòu)的研發(fā)占主導(dǎo)地位，一方面是由于海底電纜結(jié)構(gòu)的技術(shù)涉及層面較廣，包括電纜絕緣方式，形狀和構(gòu)造的設(shè)計，阻水限流器、夾持器、緊固器、連接頭等附件，以及鎧裝、填充、包覆等制備和生產(chǎn)工藝；另一方面，隨著技術(shù)的發(fā)展及海洋建筑工程面臨的問題和挑戰(zhàn)，對海底電纜的結(jié)構(gòu)和綜合性能提出了更高的要求，如抗側(cè)壓、高強度小直徑、超大截面、超大容量、超低熱阻等，以實現(xiàn)海底電纜輕量化、高效益、多功能的技術(shù)效果。

圖2 海底電纜結(jié)構(gòu)地域排名

2.1.3 中國申請趨勢。由圖3 可知，申請量自2001 年開始出現(xiàn)，然后逐步上升，于2011 年以及2015 年呈現(xiàn)小幅下降，但是整體上看，海底電纜結(jié)構(gòu)的申請量大體呈上升趨勢，說明伴隨著國家政策的支持，該領(lǐng)域在我國的關(guān)注度逐漸上升。

圖3 海底電纜結(jié)構(gòu)中國申請量趨勢

2.1.4 中國申請人排名及省市排名情況。海底電纜結(jié)構(gòu)技術(shù)分支在中國各省市排名和重要申請人如圖4 所示，其中江蘇申請量最高，占全國申請量的37%，其次為安徽，占全國申請量的15%，浙江，占全國申請量的9%；上海、天津、四川、重慶、北京、河北等地也具有一定的申請量。從中國各省市申請量排名看主要集中在華東地區(qū)，這主要是由于華東地區(qū)存在實力雄厚、申請量較大的公司例如江蘇遠洋東澤、中天科技、江蘇亨通等公司，這些公司在一定程度上帶動了華東地區(qū)海底電纜結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。

圖4 海底電纜結(jié)構(gòu)中國重要申請人及省市排名

2.2 海底電纜結(jié)構(gòu)技術(shù)分支占比

海底電纜結(jié)構(gòu)各技術(shù)分支占比如圖5 所示。由圖5 可知，海底電纜包括了黏性油浸漬紙絕緣電纜、自容式充油電纜、交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜、聚乙烯絕緣電纜（PE）、乙丙橡皮絕緣電纜（EPR）、海底電纜的鎧裝、包覆和填充等多個技術(shù)分支，其中與海底電纜的包覆相關(guān)的專利申請占比最大，高達25.2%，這與海底電纜本身所處的環(huán)境有關(guān)，因其長期處于海底或水下環(huán)境，對海底電纜高質(zhì)量包覆使其適應(yīng)海底或水下的惡劣環(huán)境成為人們首要考慮的內(nèi)容。其次，在海底電纜的鎧裝和附件方面也有相當(dāng)數(shù)量的專利申請量，分別占總申請量的11.6%和12.3%。有關(guān)海底電纜的填充及特殊形狀的海底電纜方面的專利申請也占有不少比例，僅次于海底電纜的鎧裝和附件。另外，固體絕緣類海底電纜相對于其他浸漬紙絕緣類電纜及流體絕緣類電纜的申請量要大，其占到總申請量的14.9%，且其中以聚乙烯絕緣電纜（PE）居高，其申請量占到固定絕緣類海底電纜總申請量的24.5%。相對而言，黏性油浸漬紙絕緣電纜、自容式充油電纜、交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜、乙丙橡皮絕緣電纜的申請量較少，分別占總申請量的1.2%、1.0%、2.6%和1.3%。在其他類型的流體絕緣類和固體絕緣類海底電纜等方面也有一定的專利申請量，但其不是技術(shù)熱點。

3 結(jié)語

中國、日本、美國和德國對海底電纜的結(jié)構(gòu)方面的研究相對較多。近年來，交聯(lián)聚乙烯絕緣、聚乙烯絕緣及其他固體絕緣方式的研究一直處于熱點研究階段，固體絕緣逐漸代替了浸漬紙絕緣和液體絕緣成為主流的絕緣手段。電纜的包覆、填充、鎧裝也都是近年來的研究重點。

另外，與國外企業(yè)相比，我國企業(yè)在國外專利布局方面仍然存在很大差距，均未形成大規(guī)模專利布局。我國應(yīng)在繼續(xù)加大對結(jié)構(gòu)、配件等配套的基本領(lǐng)域的專利研發(fā)及布局力度的同時，積極搶占新技術(shù)、新材料的先機，加強對技術(shù)研發(fā)的投入和資金的儲備，拓寬和穩(wěn)固國內(nèi)市場，并繼續(xù)開拓國外市場，在進一步推進國外專利布局的同時不斷強化自身技術(shù)儲備和全球產(chǎn)品及生產(chǎn)作業(yè)戰(zhàn)略。