TSS350在瓊州海峽跨海高壓輸電系統500 kV海底電纜帶電檢測項目中的應用

高東明，陳航偉，朱德高

（中國南方電網超高壓輸電公司 廣州局，廣東 廣州 510405）

0 引 言

瓊州海峽500 kV高壓海底電纜輸電系統實現了海南電網與南方電網主網的成功連接，結束了海南省電力孤島的歷史，解決了海南電網大機小網的問題，提升了海南電網的供電質量。海底電纜作為該系統的核心設備，直接影響該輸電系統的穩定運行。因此，需定期探測海底電纜，了解海底電纜的本體狀態及其運維環境，并依據探測數據制定有針對性的運維策略。

由于海底電纜的重要作用，海底電纜停運維護時間必須嚴格控制。然而，限于檢測設備技術要求，歷次海底電纜檢測均需將海底電纜停運，停運期間海南電網與南網主網解列運行，風險陡增，且海底電纜檢測對海況時間窗口要求苛刻，周期長，與實際停電檢修時間窗口配合困難。因此，探索海底電纜帶電檢測對于瓊州海峽500 kV高壓海底電纜輸電系統意義重大。

1 普通TSS350工作原理及應用

英國Teledyne TSS公司是世界上最著名的傳感器和探測系統的供應商，該公司生產的子午線羅經是世界上第一套獲得IMO、Wheelmark及HSC認證的電羅經。該公司生產的被動型TSS350電纜探測系統是世界上最先進和可靠的水下管線和電纜探測系統。該系統采用了無源被動接受特定頻率信號的方式，通過采用高精度的信號隔離技術在保證連續跟蹤的同時精確測量海底載波電纜的精確埋深，且不受地磁場和海底鐵磁物體的影響。此外，該系統可找尋海底電纜因意外而斷裂的位置點。

依據電磁感應定律，交變電流產生同頻交變磁場。在海底電纜上添加特定頻率的交變電流，海底電纜周圍會產生同頻交變磁場。該磁場通過探測線圈產生同頻交變電壓。探測線圈與海底電纜平行時，探測線圈的輸電電壓為零；探測線圈與電纜垂直時，輸出電壓最大；探測線圈與海底電纜成某一夾角時，輸出電壓介于零和最大值之間。若采用兩個相互垂直的探測線圈組成的線圈組（以下簡稱為十字線圈組）進行探測，十字線圈組與海底電纜的夾角可由兩個相互垂直探測線圈的輸出電壓比得出，具體如圖1所示。

圖1 探測設備與海底電纜夾角示意圖

TSS350的核心部件即為兩個十字線圈組，如圖2所示。

圖2 利用線圈組探測電纜埋深示意圖

兩個十字線圈組距離D已知，兩個線圈組各自與海纜的夾角α1、α2可由各自輸出電壓比推出。由三角函數關系可知：

由式（1）可知，D1和D2的具體值，進而推出海纜埋設深度。

當為設備供電的電流頻率與信號電流頻率相同或者是信號電流頻率整數倍時，會產生干擾情況，應注意避免[1]。

2 TSS350改造

普通TSS350系統對探測信號源的強度要求，致使500 kV高壓海底電纜自帶的電流強度遠大于普通TSS350所能接受的飽和強度。因此，為達到理想探測效果，需將被探測電纜停運，然后額外加載不超過0.5 A且適合普通TSS350線圈探測用的交流電源。普通TSS350的缺陷給海底電纜探測帶來極大不便，一方面為保障海南電網系統穩定，電網調度嚴格限制海底電纜的停運時間窗口和時長，另一方面海底電纜探測本身對海況要求苛刻，而海況合適的時間窗口與調度允許的停電時間窗口往往難以匹配。因此，亟需一套能在海底電纜帶電狀態下進行實時探測的設備。

通過與英國Teledyne TSS公司合作，在南方電網超高壓公司最新采購的中車艾森迪上海公司Atom 08水下機器人上配備了一個特制TSS350系統。該系統的線圈通過縮小信號放大比例，使500 kV高壓海底電纜自帶電流的強度在改造后的TSS350允許范圍內，以實現對帶電500 kV高壓海底電纜的實時探測；同時為保證不受被探測帶電高壓電纜電流50 Hz頻率的影響，水下機器人采用了60 Hz的頻率。

搭載改造后TSS350系統的水下機器人在帶電運行的500 kV高壓海底電纜路由區域#6航標附近進行了2次實地探測，坐標分別為海試點1：N 20°02′23.15″，E 109°57′10.8″；海試點2：N 20°02′4.66″，E 109°57′7.96″。具體位置如圖3所示。海試結果顯示，電纜的位置和埋設深度與前三次探測的數據基本吻合。

圖3 海試地點示意圖

3 結 論

改造后的TSS350在在瓊州海峽跨海高壓輸電系統500 kV海底電纜帶電檢測項目中的成功應用，使海底電纜的檢測作業不再受限于海底電纜本體的停電時間窗口限制，極大地提升了海底電纜檢測自由度，為海底電纜帶電檢測的常態化開展提供了技術和設備支撐。