海底電纜結(jié)構(gòu)的專(zhuān)利技術(shù)分析

郭曉玲 單如月

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)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(tái)之間的互相連接等場(chǎng)合。對(duì)于一些長(zhǎng)距離的通信網(wǎng)、遠(yuǎn)距離的島嶼之間及跨海軍事設(shè)施等較為重要的場(chǎng)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(guó)家對(duì)海底電纜的應(yīng)用尤為廣泛。

隨著海洋經(jīng)濟(jì)的興起，海島與大陸聯(lián)網(wǎng)工程、海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)、海島核電站的建設(shè)及海上石油和天然氣的開(kāi)采，海底電線(xiàn)電纜的潛在市場(chǎng)十分廣闊。目前，海底線(xiàn)纜的需求量巨大，而世界上具備高壓、超高壓海底線(xiàn)纜生產(chǎn)能力的廠(chǎng)家不多，這就給電纜制造企業(yè)提供了廣闊的市場(chǎng)前景，因此對(duì)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(shì)進(jìn)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(lèi)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(cè)等。

1.1 海底電纜絕緣類(lèi)型

海底電纜按絕緣類(lèi)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(xiàn)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(hù)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(xiàn)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(hù)套擠制工藝、非金屬護(hù)套擠制工藝、工廠(chǎng)接頭、鎧裝、外被及存儲(chǔ)運(yùn)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(cè)

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(jiǎn)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(chēng)電纜埋設(shè)）是利用埋設(shè)設(shè)備即埋設(shè)機(jī)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(hù)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(gè)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(duì)于該領(lǐng)域具有重要意義，因此本研究重點(diǎn)分析了海底電纜結(jié)構(gòu)該技術(shù)分支的專(zhuān)利信息。

2 海底電纜結(jié)構(gòu)的專(zhuān)利分析

基于本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)海底電纜相關(guān)技術(shù)的了解，結(jié)合各數(shù)據(jù)庫(kù)的文獻(xiàn)量和文獻(xiàn)分布特點(diǎn)，通過(guò)使用關(guān)鍵詞和分類(lèi)號(hào)在中文摘要專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)CNABS 及外文摘要專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)VEN 中進(jìn)行檢索，對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行篩選后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.1 海底電纜結(jié)構(gòu)的專(zhuān)利申請(qǐng)情況

2.1.1 海底電纜結(jié)構(gòu)全球申請(qǐng)趨勢(shì)。由圖1可知，全球海底電纜結(jié)構(gòu)的申請(qǐng)量變化趨勢(shì)，相關(guān)申請(qǐng)從1909 年開(kāi)始起步，1909—2016 年出現(xiàn)過(guò)三個(gè)峰值，分別為1929 年、1985 年和2016 年。1909年開(kāi)始起步階段全球的專(zhuān)利申請(qǐng)總量并不大，1909年的2 項(xiàng)專(zhuān)利申請(qǐng)均來(lái)自英國(guó)。1927 年開(kāi)始出現(xiàn)波動(dòng)上升，直至1929 年達(dá)到第一個(gè)峰值，全球共有45 項(xiàng)專(zhuān)利申請(qǐng)。1932—1969 年的申請(qǐng)量處于一個(gè)比較低的水平，1969 年開(kāi)始再次出現(xiàn)波動(dòng)上升，直至1985 年達(dá)到第二個(gè)峰值，全球共有42 項(xiàng)專(zhuān)利申請(qǐng)。1986 年之后再次有所下降，從2009 年開(kāi)始呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢(shì)，并在2016 年達(dá)到第三個(gè)峰值，全球共有151 項(xiàng)專(zhuān)利申請(qǐng)。上述申請(qǐng)量反復(fù)波動(dòng)的情況的出現(xiàn)多與世界經(jīng)濟(jì)、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(qǐng)趨勢(shì)

2.1.2 海底電纜結(jié)構(gòu)的申請(qǐng)地域排名。通過(guò)對(duì)各地域海底電纜結(jié)構(gòu)的申請(qǐng)量進(jìn)行分析，由圖2可知，中國(guó)有關(guān)海底電纜結(jié)構(gòu)的專(zhuān)利申請(qǐng)量最大，其次是日本、美國(guó)，歐洲主要申請(qǐng)國(guó)為英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)及意大利。各個(gè)國(guó)家對(duì)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(jì)，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(wèn)題和挑戰(zhàn)，對(duì)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(qiáng)度小直徑、超大截面、超大容量、超低熱阻等，以實(shí)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(guó)申請(qǐng)趨勢(shì)。由圖3 可知，申請(qǐng)量自2001 年開(kāi)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(qǐng)量大體呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明伴隨著國(guó)家政策的支持，該領(lǐng)域在我國(guó)的關(guān)注度逐漸上升。

圖3 海底電纜結(jié)構(gòu)中國(guó)申請(qǐng)量趨勢(shì)

2.1.4 中國(guó)申請(qǐng)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(guó)各省市排名和重要申請(qǐng)人如圖4 所示，其中江蘇申請(qǐng)量最高，占全國(guó)申請(qǐng)量的37%，其次為安徽，占全國(guó)申請(qǐng)量的15%，浙江，占全國(guó)申請(qǐng)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(qǐng)量。從中國(guó)各省市申請(qǐng)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(shí)力雄厚、申請(qǐng)量較大的公司例如江蘇遠(yuǎn)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(dòng)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(guó)重要申請(qǐng)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(gè)技術(shù)分支，其中與海底電纜的包覆相關(guān)的專(zhuān)利申請(qǐng)占比最大，高達(dá)25.2%，這與海底電纜本身所處的環(huán)境有關(guān)，因其長(zhǎng)期處于海底或水下環(huán)境，對(duì)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(zhuān)利申請(qǐng)量，分別占總申請(qǐng)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(zhuān)利申請(qǐng)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(lèi)海底電纜相對(duì)于其他浸漬紙絕緣類(lèi)電纜及流體絕緣類(lèi)電纜的申請(qǐng)量要大，其占到總申請(qǐng)量的14.9%，且其中以聚乙烯絕緣電纜（PE）居高，其申請(qǐng)量占到固定絕緣類(lèi)海底電纜總申請(qǐng)量的24.5%。相對(duì)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(qǐng)量較少，分別占總申請(qǐng)量的1.2%、1.0%、2.6%和1.3%。在其他類(lèi)型的流體絕緣類(lèi)和固體絕緣類(lèi)海底電纜等方面也有一定的專(zhuān)利申請(qǐng)量，但其不是技術(shù)熱點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)、日本、美國(guó)和德國(guó)對(duì)海底電纜的結(jié)構(gòu)方面的研究相對(duì)較多。近年來(lái)，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(diǎn)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(lái)的研究重點(diǎn)。

另外，與國(guó)外企業(yè)相比，我國(guó)企業(yè)在國(guó)外專(zhuān)利布局方面仍然存在很大差距，均未形成大規(guī)模專(zhuān)利布局。我國(guó)應(yīng)在繼續(xù)加大對(duì)結(jié)構(gòu)、配件等配套的基本領(lǐng)域的專(zhuān)利研發(fā)及布局力度的同時(shí)，積極搶占新技術(shù)、新材料的先機(jī)，加強(qiáng)對(duì)技術(shù)研發(fā)的投入和資金的儲(chǔ)備，拓寬和穩(wěn)固國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，并繼續(xù)開(kāi)拓國(guó)外市場(chǎng)，在進(jìn)一步推進(jìn)國(guó)外專(zhuān)利布局的同時(shí)不斷強(qiáng)化自身技術(shù)儲(chǔ)備和全球產(chǎn)品及生產(chǎn)作業(yè)戰(zhàn)略。