海底電纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用探討

黃國湞

（福建省三川海上風(fēng)電有限公司，福建 莆田 351100）

據(jù)國際電纜保護(hù)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，錨損占海纜故障的70%以上。福建海域錨損事故頻發(fā)，故障搶修非常困難，修復(fù)周期長，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。從錨損案例事件事后分析，采取有效監(jiān)視預(yù)警措施，完全可以規(guī)避事故發(fā)生。文章以莆田石城海上風(fēng)電場(chǎng)，平海灣海上風(fēng)電場(chǎng)F區(qū)海底電纜監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為項(xiàng)目背景，設(shè)計(jì)了一套基于監(jiān)控終端、以通信光纖為介質(zhì)，工業(yè)以太網(wǎng)集成各模塊，人性化中文界面，友好操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)海底電纜在線監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)。

1 設(shè)計(jì)目標(biāo)與原則

1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

錨損整個(gè)階段包括拋錨和觸纜，船舶進(jìn)入禁錨區(qū)，拋錨，起錨過程時(shí)間長，給預(yù)警可能性很大空間，誤進(jìn)入預(yù)警及時(shí)驅(qū)趕、警告。破壞階段錨損形成側(cè)壓點(diǎn)，滑動(dòng)和摩擦，摩擦力破壞表皮，外鎧鋼絲散開，電纜彎扁變形，導(dǎo)體侵入絕緣，絕緣擊穿的一系列漸變過程。通過實(shí)例分析，破壞階段時(shí)間短，監(jiān)測(cè)預(yù)警難度大。

（1）實(shí)現(xiàn)錨損預(yù)警設(shè)計(jì)了發(fā)現(xiàn)和定位：在石城升壓站和F區(qū)升壓站分別布置1套雷達(dá)掃描海纜路由上方水域，生成雷達(dá)視頻；輔助一套高清透霧遠(yuǎn)距離雙光譜一體化云臺(tái)攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)360°全方位監(jiān)控。AIS船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，能夠持續(xù)對(duì)進(jìn)入警戒區(qū)域內(nèi)的高危船只進(jìn)行檢測(cè)、警戒、跟蹤；利用海底光電復(fù)合纜光纖信息傳輸功能，結(jié)合分布式振動(dòng)傳感器通過水聲定位和頻譜辨識(shí)，更可靠地區(qū)分判斷船舶及其行為，如：下、起錨等工況做出判斷，通過AIS船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)向指定海域內(nèi)停留的船舶發(fā)送溫馨推送提示；通過VHF與威脅船只聯(lián)絡(luò)，區(qū)域內(nèi)通用特定頻段廣播呼叫。

（2）實(shí)現(xiàn)海底電纜及陸纜溫度監(jiān)測(cè)：在石城升壓站布置1臺(tái)8通道50km的海底電纜溫度應(yīng)變監(jiān)測(cè)主機(jī)系統(tǒng)，4個(gè)通道用于監(jiān)測(cè)8回35kV海底電纜，將石城升壓站的8回35kV海底電纜的內(nèi)置光纖每兩回進(jìn)行串接；通道5用于監(jiān)測(cè)2km的220kV陸纜及15km的220kV海底電纜，將陸纜表面敷設(shè)的光纖與海底電纜的內(nèi)置光纖進(jìn)行串接；在F區(qū)升壓站布置1臺(tái)8通道50km的海底電纜溫度應(yīng)力監(jiān)測(cè)主機(jī)，4個(gè)通道用于監(jiān)測(cè)8回35kV海底電纜，將F區(qū)升壓站的8回35kV海底電纜的內(nèi)置光纖每兩回進(jìn)行串接。

（3）實(shí)現(xiàn)海底電纜擾動(dòng)監(jiān)測(cè)：在石城升壓站布置1臺(tái)8通道50km的海底電纜擾動(dòng)監(jiān)測(cè)主機(jī)，4個(gè)通道用于監(jiān)測(cè)8回35kV海底電纜，將石城升壓站的8回35kV海底電纜的內(nèi)置光纖每兩回進(jìn)行串接；通道5用于監(jiān)測(cè)2km的220kV陸纜及15km的220kV海底電纜，將陸纜表面敷設(shè)的光纖與海底電纜的內(nèi)置光纖進(jìn)行串接；在F區(qū)升壓站布置1臺(tái)8通道50km的海底電纜擾動(dòng)監(jiān)測(cè)主機(jī)，4個(gè)通道用于監(jiān)測(cè)8回35kV海底電纜，將F區(qū)升壓站的8回35kV海底電纜的內(nèi)置光纖每兩回進(jìn)行串接。

1.2 設(shè)計(jì)原則

（1）石城項(xiàng)目35kV集電線路海纜按40臺(tái)風(fēng)機(jī)布置在線監(jiān)測(cè)的功能：包含海纜擾動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、海纜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、雷達(dá)視頻及船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)AIS等；平海灣F區(qū)送出工程220kV海纜及陸纜在線監(jiān)測(cè)的功能：包含海纜擾動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、海/陸纜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、雷達(dá)視頻及船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)AIS等。

（2）平海灣F區(qū)項(xiàng)目35kV集電線路海纜按40臺(tái)風(fēng)機(jī)布置在線監(jiān)測(cè)的功能：包含海纜擾動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、海纜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、雷達(dá)視頻及船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)AIS等。

（3）海纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)屏柜的配置和布置方式根據(jù)功能的需要分別安裝于石城220kV升壓站和F區(qū)220kV升壓站，F(xiàn)區(qū)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)經(jīng)光纜上傳至石城220kV升壓站海纜監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控。

（4）變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)海纜間隔測(cè)控裝置采集電流模擬量，通過規(guī)約轉(zhuǎn)換接入海纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)海纜載流量，動(dòng)態(tài)載流量補(bǔ)償溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)軟件和硬件組成方案

集成多數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)軟件，可擴(kuò)展、可兼容第三方應(yīng)用軟件，高度開放，內(nèi)置國際通用通訊協(xié)議IEC61850，方便與變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)無縫對(duì)接。對(duì)系統(tǒng)維護(hù)人員和高級(jí)用戶分配不同權(quán)限，對(duì)操作人員隱藏了系統(tǒng)分析計(jì)算細(xì)節(jié)，取用報(bào)警提示和輸出診斷信息。采用DCR電纜動(dòng)態(tài)載流量技術(shù)，通過導(dǎo)體溫度建模，光纖測(cè)溫，集成溫度分析、報(bào)警值設(shè)定，形成曲線，實(shí)現(xiàn)最高溫度點(diǎn)和異常尖峰監(jiān)測(cè)。基OTDR分布式光纖振動(dòng)傳感技術(shù)，研究光纖布里淵散射頻移、強(qiáng)度與海纜應(yīng)變、溫度變化的作用規(guī)律，獲取海纜正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài)下的應(yīng)變與溫度數(shù)據(jù)；光纖應(yīng)變和溫度數(shù)據(jù)與海纜運(yùn)行狀態(tài)，能夠準(zhǔn)確的判定故障。

3 系統(tǒng)功能

（1）系統(tǒng)能夠?qū)Υ宦溴^振動(dòng)和掛纜拖拽等早期破壞事件提前預(yù)警；

（2）系統(tǒng)能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)海纜區(qū)域船只，實(shí)現(xiàn)對(duì)海纜內(nèi)外、水上水下的全方位監(jiān)測(cè)和保護(hù)；

（3）系統(tǒng)能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)海纜區(qū)域雷達(dá)監(jiān)控、智能抓拍報(bào)警、鏡頭跟蹤；

（4）系統(tǒng)能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)海纜溫度，設(shè)定報(bào)警值，實(shí)現(xiàn)報(bào)警；

（5）系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)故障定位。

4 結(jié)語

海纜綜合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有運(yùn)行安全、可靠、經(jīng)濟(jì)等特性。在海上風(fēng)電場(chǎng)的廣泛運(yùn)用，數(shù)據(jù)收集、比較分析，計(jì)算法的優(yōu)化，埋深技術(shù)的應(yīng)用，使得監(jiān)控系統(tǒng)完整性、可靠性得于提高，促進(jìn)電力事業(yè)的發(fā)展有重要的作用。