海底電纜監測系統的設計與應用探討

黃國湞

（福建省三川海上風電有限公司，福建 莆田 351100）

據國際電纜保護協會統計，錨損占海纜故障的70%以上。福建海域錨損事故頻發，故障搶修非常困難，修復周期長，造成巨大的經濟損失。從錨損案例事件事后分析，采取有效監視預警措施，完全可以規避事故發生。文章以莆田石城海上風電場，平海灣海上風電場F區海底電纜監測項目為項目背景，設計了一套基于監控終端、以通信光纖為介質，工業以太網集成各模塊，人性化中文界面，友好操作系統，實現海底電纜在線監測及預警系統。

1 設計目標與原則

1.1 設計目標

錨損整個階段包括拋錨和觸纜，船舶進入禁錨區，拋錨，起錨過程時間長，給預警可能性很大空間，誤進入預警及時驅趕、警告。破壞階段錨損形成側壓點，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，監測預警難度大。

（1）實現錨損預警設計了發現和定位：在石城升壓站和F區升壓站分別布置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360°全方位監控。AIS船舶自動識別系統，能夠持續對進入警戒區域內的高危船只進行檢測、警戒、跟蹤；利用海底光電復合纜光纖信息傳輸功能，結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船舶自動識別系統向指定海域內停留的船舶發送溫馨推送提示；通過VHF與威脅船只聯絡，區域內通用特定頻段廣播呼叫。

（2）實現海底電纜及陸纜溫度監測：在石城升壓站布置1臺8通道50km的海底電纜溫度應變監測主機系統，4個通道用于監測8回35kV海底電纜，將石城升壓站的8回35kV海底電纜的內置光纖每兩回進行串接；通道5用于監測2km的220kV陸纜及15km的220kV海底電纜，將陸纜表面敷設的光纖與海底電纜的內置光纖進行串接；在F區升壓站布置1臺8通道50km的海底電纜溫度應力監測主機，4個通道用于監測8回35kV海底電纜，將F區升壓站的8回35kV海底電纜的內置光纖每兩回進行串接。

（3）實現海底電纜擾動監測：在石城升壓站布置1臺8通道50km的海底電纜擾動監測主機，4個通道用于監測8回35kV海底電纜，將石城升壓站的8回35kV海底電纜的內置光纖每兩回進行串接；通道5用于監測2km的220kV陸纜及15km的220kV海底電纜，將陸纜表面敷設的光纖與海底電纜的內置光纖進行串接；在F區升壓站布置1臺8通道50km的海底電纜擾動監測主機，4個通道用于監測8回35kV海底電纜，將F區升壓站的8回35kV海底電纜的內置光纖每兩回進行串接。

1.2 設計原則

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

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

（3）海纜在線監測系統屏柜的配置和布置方式根據功能的需要分別安裝于石城220kV升壓站和F區220kV升壓站，F區監控數據經光纜上傳至石城220kV升壓站海纜監控平臺實現統一監控。

（4）變電站綜合自動化系統海纜間隔測控裝置采集電流模擬量，通過規約轉換接入海纜在線監測系統，實時監測海纜載流量，動態載流量補償溫度監測系統。

2 系統軟件和硬件組成方案

集成多數據應用平臺軟件，可擴展、可兼容第三方應用軟件，高度開放，內置國際通用通訊協議IEC61850，方便與變電站綜合自動化系統無縫對接。對系統維護人員和高級用戶分配不同權限，對操作人員隱藏了系統分析計算細節，取用報警提示和輸出診斷信息。采用DCR電纜動態載流量技術，通過導體溫度建模，光纖測溫，集成溫度分析、報警值設定，形成曲線，實現最高溫度點和異常尖峰監測。基OTDR分布式光纖振動傳感技術，研究光纖布里淵散射頻移、強度與海纜應變、溫度變化的作用規律，獲取海纜正常工作狀態和故障狀態下的應變與溫度數據；光纖應變和溫度數據與海纜運行狀態，能夠準確的判定故障。

3 系統功能

（1）系統能夠對船只落錨振動和掛纜拖拽等早期破壞事件提前預警；

（2）系統能夠對監測海纜區域船只，實現對海纜內外、水上水下的全方位監測和保護；

（3）系統能夠對監測海纜區域雷達監控、智能抓拍報警、鏡頭跟蹤；

（4）系統能夠對監測海纜溫度，設定報警值，實現報警；

（5）系統能實現精準故障定位。

4 結語

海纜綜合在線監測系統設計具有運行安全、可靠、經濟等特性。在海上風電場的廣泛運用，數據收集、比較分析，計算法的優化，埋深技術的應用，使得監控系統完整性、可靠性得于提高，促進電力事業的發展有重要的作用。