海底電纜監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與應(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)國際電纜保護協(xié)會統(tǒng)計，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，平海灣海上風(fēng)電場F區(qū)海底電纜監(jiān)測項目為項目背景，設(shè)計了一套基于監(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)，實現(xiàn)海底電纜在線監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)。

1 設(shè)計目標(biāo)與原則

1.1 設(shè)計目標(biāo)

錨損整個階段包括拋錨和觸纜，船舶進入禁錨區(qū)，拋錨，起錨過程時間長，給預(yù)警可能性很大空間，誤進入預(yù)警及時驅(qū)趕、警告。破壞階段錨損形成側(cè)壓點，滑動和摩擦，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。通過實例分析，破壞階段時間短，監(jiān)測預(yù)警難度大。

（1）實現(xiàn)錨損預(yù)警設(shè)計了發(fā)現(xiàn)和定位：在石城升壓站和F區(qū)升壓站分別布置1套雷達掃描海纜路由上方水域，生成雷達視頻；輔助一套高清透霧遠距離雙光譜一體化云臺攝像機，實現(xiàn)360°全方位監(jiān)控。AIS船舶自動識別系統(tǒng)，能夠持續(xù)對進入警戒區(qū)域內(nèi)的高危船只進行檢測、警戒、跟蹤；利用海底光電復(fù)合纜光纖信息傳輸功能，結(jié)合分布式振動傳感器通過水聲定位和頻譜辨識，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船舶自動識別系統(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）實現(xiàn)海底電纜及陸纜溫度監(jiān)測：在石城升壓站布置1臺8通道50km的海底電纜溫度應(yīng)變監(jiān)測主機系統(tǒng)，4個通道用于監(jiān)測8回35kV海底電纜，將石城升壓站的8回35kV海底電纜的內(nèi)置光纖每兩回進行串接；通道5用于監(jiān)測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)置光纖進行串接；在F區(qū)升壓站布置1臺8通道50km的海底電纜溫度應(yīng)力監(jiān)測主機，4個通道用于監(jiān)測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)置光纖每兩回進行串接。

（3）實現(xiàn)海底電纜擾動監(jiān)測：在石城升壓站布置1臺8通道50km的海底電纜擾動監(jiān)測主機，4個通道用于監(jiān)測8回35kV海底電纜，將石城升壓站的8回35kV海底電纜的內(nèi)置光纖每兩回進行串接；通道5用于監(jiān)測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)置光纖進行串接；在F區(qū)升壓站布置1臺8通道50km的海底電纜擾動監(jiān)測主機，4個通道用于監(jiān)測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)置光纖每兩回進行串接。

1.2 設(shè)計原則

（1）石城項目35kV集電線路海纜按40臺風(fēng)機布置在線監(jiān)測的功能：包含海纜擾動監(jiān)測系統(tǒng)、海纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)、雷達視頻及船舶自動識別系統(tǒng)AIS等；平海灣F區(qū)送出工程220kV海纜及陸纜在線監(jiān)測的功能：包含海纜擾動監(jiān)測系統(tǒng)、海/陸纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)、雷達視頻及船舶自動識別系統(tǒng)AIS等。

（2）平海灣F區(qū)項目35kV集電線路海纜按40臺風(fēng)機布置在線監(jiān)測的功能：包含海纜擾動監(jiān)測系統(tǒng)、海纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)、雷達視頻及船舶自動識別系統(tǒng)AIS等。

（3）海纜在線監(jiān)測系統(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)控數(shù)據(jù)經(jīng)光纜上傳至石城220kV升壓站海纜監(jiān)控平臺實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控。

（4）變電站綜合自動化系統(tǒng)海纜間隔測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)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測海纜載流量，動態(tài)載流量補償溫度監(jiān)測系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)軟件和硬件組成方案

集成多數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺軟件，可擴展、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化系統(tǒng)無縫對接。對系統(tǒng)維護人員和高級用戶分配不同權(quán)限，對操作人員隱藏了系統(tǒng)分析計算細節(jié)，取用報警提示和輸出診斷信息。采用DCR電纜動態(tài)載流量技術(shù)，通過導(dǎo)體溫度建模，光纖測溫，集成溫度分析、報警值設(shè)定，形成曲線，實現(xiàn)最高溫度點和異常尖峰監(jiān)測。基OTDR分布式光纖振動傳感技術(shù)，研究光纖布里淵散射頻移、強度與海纜應(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)測海纜區(qū)域船只，實現(xiàn)對海纜內(nèi)外、水上水下的全方位監(jiān)測和保護；

（3）系統(tǒng)能夠?qū)ΡO(jiān)測海纜區(qū)域雷達監(jiān)控、智能抓拍報警、鏡頭跟蹤；

（4）系統(tǒng)能夠?qū)ΡO(jiān)測海纜溫度，設(shè)定報警值，實現(xiàn)報警；

（5）系統(tǒng)能實現(xiàn)精準(zhǔn)故障定位。

4 結(jié)語

海纜綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計具有運行安全、可靠、經(jīng)濟等特性。在海上風(fēng)電場的廣泛運用，數(shù)據(jù)收集、比較分析，計算法的優(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，促進電力事業(yè)的發(fā)展有重要的作用。