海南聯網系統海纜監視告警區風險預控要素研究

王 寧 高東明

（中國南方電網超高壓輸電公司廣州局海口分局，海南 海口570100）

0 引言

海南聯網系統是海南電網與南方電網主網的唯一聯絡通道，其工程的建成投產，結束了海南“電力孤島”的歷史，極大地提高了海南電網的安全可靠性和運行經濟性，實現了海南電網與南方電網主網的電力互送、調劑余缺。截至2015年7月30日，海南聯網系統海底電纜連續安全運行2 207天，總體情況良好，海纜運維人員成功處置135起海纜保護區船只拋錨事件、213起船速異常事件、21起風險干預事件，圓滿完成博鰲亞洲論壇十周年、海南省第六次黨代會等多次重要活動的保供電任務。海南聯網工程應急支援海南電網若干次，保障了大型保供電活動中電網安全可靠運行，取得了巨大的社會效益。

海底電纜是海南聯網系統安全運行的基礎和關鍵。瓊州海峽過往船只頻密，而國內船只航行守法意識較差，加之瓊州海峽洋流湍急、天氣多變，船只因機械故障等原因在海纜保護區內拋錨、拖錨現象頻發，對海纜安全造成了極大威脅，防外力破壞成為海南聯網系統安全運行的重中之重。

1 海底電纜概況

海南聯網系統海纜由海底電纜和海底光纜兩部分組成。北起廣東湛江徐聞南嶺終端站，穿越瓊州海峽，南至海南澄邁林詩島終端站。其中海底電纜為500kV 交流傳輸線，輸送最大功率為600 MW，單根全長31km，共3根。另外，每相海底電纜外部并行捆綁一條海底光纜，每條光纜含12芯光纖，主要用于南方電網聯網系統數據傳輸、泵站監控、海纜溫度監測等通信。500kV 海底電纜為自容式充油海纜，共由15層組成，包括銅導體、絕緣層、鉛合金護套、內護層、鎧裝和外護層等。

2 海底電纜運行風險

瓊州海峽位于海南島和雷州半島之間，為我國第三大海峽，是我國南海北部通往北部灣的必經航道，西可通向洋浦、八所、北海、欽州、防城及越南的海防、鴻基等港口，東可通往湛江、廣州、深圳、香港等地，北有雷州半島南岸的海安等港，南有海南島北岸的海口、馬村等港，交通繁忙，海峽內過往船舶數量巨大。據海南海事局統計，2009年總噸500t以上過往船舶為131 757艘，日船舶流量360余艘次。

統計資料表明，95%的海纜損壞是人類進行漁業、航運等活動期間造成的［1］。瓊州海峽的船舶過往數量巨大，同時海峽內漁業活動密集，廣東和海南兩側存在大量未登記的“黑船”，其守法意識差，違規作業現象較為多見。

截至2012年9月，海纜保護區附近2nmi內船舶拋錨事件已達51起，其中海纜保護區內發生8起。已確認的51起拋錨事件中，因天氣原因拋錨31起（風浪28起、霧天3起），因機械故障拋錨12起，未知原因拋錨8起。從已統計數據看，天氣原因占61%，船只機械故障占24%，未知原因占15%。

2.1 天氣

瓊州海峽年平均風力6級以上的大風天數為172天，其中風力8級以上的大風天數為15.5天。每年4—9月多東南風，一般風力3～4級；10月—次年4月，伴隨寒潮過境，常有5～6級強北風和東北風；8—9月經常出現8～9級以上的陣風，來勢兇猛，時間短，不易預報；5—11 月為臺風季節，其中7—9 月熱帶風暴、強熱帶風暴和臺風的影響最為嚴重，在這期間從正面襲擊海峽及附近海域的熱帶風暴、強熱帶風暴和臺風年平均約有5～6次，最大風力在12級以上，最大風速曾達58m/s。

2.2 水文

受海峽西側狹管效應作用，瓊州海峽海流流速大、流向復雜。表層海水的流動主要受季風控制形成南海季風漂流，底層海流受海床地形、海岸等因素影響與表層有較大差異。海纜路由區域表層最大海流流速高達2.86m/s（5.5節），底層流速最大為1.98m/s（3.8節），為我國海流流速最大、流向復雜的海域之一。中小型船舶在大潮汛期逆行時，為避免船舶出現危險和節省燃油，多選擇拋錨等待轉流順水后繼續前行。

2.3 瓊州海峽錨害嚴重

根據瓊州海峽海底地質調查結果，海纜路由上有各類明顯的拖錨痕跡，拖錨的痕跡不僅出現在東西向的航道區域，也出現在南北向的縱向區域，并且不同水深區域均有錨痕（圖1）。

圖1 海南聯網工程海纜路由錨痕圖

海纜路由區域南嶺側的角尾灣（海纜路由KP1～KP10 區段），由于其水深適中，避風性能良好，且多為泥沙底質，成為過往船舶臨時拋錨和避風的天然場所。2010年5月16日“臨興269號”貨船機械故障和6月26日“桂北漁33018號”漁船海流大均在角尾灣（海纜路由區域）拋錨。

瓊州海峽西側主航道位于海纜路由KP10～KP20區段，在強對流天氣時，船舶為保證船舶安全會拋錨避風。2010年3月25日，巴拿馬籍貨船“龍洲號”（總噸4 000t，錨重2.0t）在距離A 相海纜西側9m 處因大風緊急拋錨避風。

船舶拋錨對海纜造成的損害，包括拋錨時錨具對海纜的破壞和拖錨時錨齒鉤掛海纜后對海纜的破壞，最終導致海纜損壞。瓊州海峽船舶多配備較為先進的拖曳嵌入式錨（A、B型霍爾錨），極少使用重力錨，對海纜傷害的風險也更大。

2.4 拋錨規律

（1）拋錨事件主要集中于南嶺側#3～#4浮標附近。1）南嶺側水深較淺，海床地勢平緩，屬于天然錨地，且附近環繞諸多漁場，在沒有海底電纜之前，北部海纜路由附近即為附近漁船錨泊之地，故拋錨事件多集中于此。2）南嶺側路由向西約3nmi左右，即為北部灣進入瓊州海峽的航道，受“狹管效應”影響，流速較大且方向多變，如天氣稍差，進入瓊州海峽的小型漁船為保證安全，基本會選擇拋錨避風，此處即#3～#4浮標。

（2）受天氣影響，拋錨事件發生頻率呈現周期性。1）一般來說，拋錨事件的發生很大程度上是由天氣原因造成的，天氣惡劣時，拋錨事件會相應增多。在2012年度發生的45起疑似拋錨事件中，有32起經現場確認已拋錨，其中由于拋錨避風、大霧、洋流等自然因素直接導致無法航行的有17起，由于天氣原因導致機械故障間接影響航行的有8起，占全部拋錨事件的近6 成。2）通過數據統計，我們能夠發現1—4月是拋錨事件的高發期。在2012年1—9 月的數據分析中，前4 月拋錨事件占據了近70%。分析原因如下：1—4月通常為傳統節氣春節前后，過峽船舶貨運流量較大，且航行時間集中；春節前后，瓊州海峽海況屬全年較為惡劣的時段，洋流湍急，船只緊急避風拋錨的情況較多。

3 海纜監控系統簡介

海纜監控系統由中國南方電網超高壓輸電公司廣州局海口分局自主研發完成，由海底電纜監視系統、海底電纜決策系統、海底電纜控制系統、海底電纜輔助系統四大系統統一構成。該系統集硬件、軟件于一身，實現對500kV 海底電纜的全方位監控，以保海底電纜安全。

3.1 海底電纜監視系統

海底電纜監視系統主要包括海纜保護區雷達（PRS）監視模塊、船舶自動識別系統（AIS）模塊、近岸視頻監視模塊、水文氣象檢測（RMS）模塊、數據庫模塊，其主要作用在于對海底電纜進行多元化監視。

3.2 海底電纜決策系統

根據風險評估模塊對船只風險的評估以及風險評估結果的等級，啟動對應預警，彈出預警短信模板，自動調出事先編制導入的應急處置預案和操作表單，指導監視值班人員快速高效地開展應急處置工作。

3.3 海底電纜控制系統

海底電纜控制系統應用于海底電纜保護區內發生船舶船速異常或拋錨事件時海纜運維部控制事件，可分為海纜保護區無人機（UAV）干預模塊、甚高頻（VHF）通訊模塊、應急處置船舶模塊。

3.4 海底電纜輔助系統

海底電纜輔助系統為整個500kV 監控系統提供輔助設備支持，由顯示設備、錄音設備、拍照設備、值班電話等設備共同組成。

4 風險預控要素分析

海底電纜決策系統分為拋錨風險決策與擱淺風險決策。拋錨風險決策為對海纜監視警戒區以及海纜保護區通行的船只進行風險預判，判斷過往船舶對海纜安全生產可能造成的拋錨風險。擱淺風險決策為對海纜監視警戒區以及海纜保護區通行的船只進行風險預判，判斷過往船舶對海纜安全生產可能造成的擱淺風險。基于海纜所處的作業環境惡劣，埋在海底人眼不能直接看見以及國內船舶作業不規范、海纜維修成本巨大等特點，在風險決策時不僅要考慮海纜本身的電力屬性，還要考慮到其周邊環境的人為、環境屬性。

基于多年的海纜運維數據及人員經驗，風險預控主要需考慮以下幾個要素：（1）船舶位置：船舶與海纜之間的距離決定它對海纜造成拋錨損害的可能性，如其在海纜正上方拋錨，則風險巨大。（2）船舶速度：在海纜監控系統界面上不能直接判別船舶是否拋錨，但可以間接通過船舶速度來預判船舶拋錨的可能性，如船舶速度低于0.5 節，該船舶拋錨的可能性比較大。（3）船舶速度變化：船速驟降，該船舶可能發生主機故障等險情，拋錨的可能性比較大。（4）錨重：船舶的錨越重，其對海纜的傷害越大。有些船舶錨等信息不能通過AIS預知，只能通過該船的船長、船寬、船舶性質、總噸等信息計算得到。（5）風速、潮流、潮汐、降水量：海纜所處的周圍環境對海纜本體、船舶、漁網作業影響較大，天氣惡劣時，船舶拋錨、定置網等漁網移動的可能性增加，海纜受外力破壞風險增大。（6）電壓、電流、油壓、油流：海纜本身的電氣特性能反映海纜目前的工作狀態。如滿載工作時應將海纜受外力破壞的風險提高一個級別，如此時海纜損壞可能導致電網解列等惡劣的社會影響。（7）黑名單：已經在海纜監視告警區拋錨或船速異常的船舶將計入黑名單，該船舶出現在海纜監視告警區時將格外關注。（8）白名單：常年在海纜監視告警區周邊作業，但船錨較小、知曉海纜位置且不在海纜保護區內作業的漁船可納入白名單，即使低速也不告警。（9）船舶吃水與海纜所處位置水深的相對關系：判定船舶擱淺風險時，可根據船舶當前航線做延長線與三相海纜及左右500m 邊界相交，共得到5個交點，計算5點中水深最低點位置船舶是否擱淺。

5 結論

通過上述數據分析，建議風險決策計算時應當考慮如下因素：船舶位置、船舶速度、船舶速度變化、錨重、風速、潮流、潮汐、降水量、電壓、電流、油壓、油流、黑名單、白名單、船舶吃水與海纜所處位置水深的相對關系。

［1］曹火江.海底電（光）纜的保護和管理［J］.電線電纜，2006（3）：34－38.