海底电缆监测系统的设计与应用探讨

黄国浈

（福建省三川海上风电有限公司，福建 莆田 351100）

据国际电缆保护协会统计，锚损占海缆故障的70%以上。福建海域锚损事故频发，故障抢修非常困难，修复周期长，造成巨大的经济损失。从锚损案例事件事后分析，采取有效监视预警措施，完全可以规避事故发生。文章以莆田石城海上风电场，平海湾海上风电场F区海底电缆监测项目为项目背景，设计了一套基于监控终端、以通信光纤为介质，工业以太网集成各模块，人性化中文界面，友好操作系统，实现海底电缆在线监测及预警系统。

1 设计目标与原则

1.1 设计目标

锚损整个阶段包括抛锚和触缆，船舶进入禁锚区，抛锚，起锚过程时间长，给预警可能性很大空间，误进入预警及时驱赶、警告。破坏阶段锚损形成侧压点，滑动和摩擦，摩擦力破坏表皮，外铠钢丝散开，电缆弯扁变形，导体侵入绝缘，绝缘击穿的一系列渐变过程。通过实例分析，破坏阶段时间短，监测预警难度大。

（1）实现锚损预警设计了发现和定位：在石城升压站和F区升压站分别布置1套雷达扫描海缆路由上方水域，生成雷达视频；辅助一套高清透雾远距离双光谱一体化云台摄像机，实现360°全方位监控。AIS船舶自动识别系统，能够持续对进入警戒区域内的高危船只进行检测、警戒、跟踪；利用海底光电复合缆光纤信息传输功能，结合分布式振动传感器通过水声定位和频谱辨识，更可靠地区分判断船舶及其行为，如：下、起锚等工况做出判断，通过AIS船舶自动识别系统向指定海域内停留的船舶发送温馨推送提示；通过VHF与威胁船只联络，区域内通用特定频段广播呼叫。

（2）实现海底电缆及陆缆温度监测：在石城升压站布置1台8通道50km的海底电缆温度应变监测主机系统，4个通道用于监测8回35kV海底电缆，将石城升压站的8回35kV海底电缆的内置光纤每两回进行串接；通道5用于监测2km的220kV陆缆及15km的220kV海底电缆，将陆缆表面敷设的光纤与海底电缆的内置光纤进行串接；在F区升压站布置1台8通道50km的海底电缆温度应力监测主机，4个通道用于监测8回35kV海底电缆，将F区升压站的8回35kV海底电缆的内置光纤每两回进行串接。

（3）实现海底电缆扰动监测：在石城升压站布置1台8通道50km的海底电缆扰动监测主机，4个通道用于监测8回35kV海底电缆，将石城升压站的8回35kV海底电缆的内置光纤每两回进行串接；通道5用于监测2km的220kV陆缆及15km的220kV海底电缆，将陆缆表面敷设的光纤与海底电缆的内置光纤进行串接；在F区升压站布置1台8通道50km的海底电缆扰动监测主机，4个通道用于监测8回35kV海底电缆，将F区升压站的8回35kV海底电缆的内置光纤每两回进行串接。

1.2 设计原则

（1）石城项目35kV集电线路海缆按40台风机布置在线监测的功能：包含海缆扰动监测系统、海缆温度监测系统、雷达视频及船舶自动识别系统AIS等；平海湾F区送出工程220kV海缆及陆缆在线监测的功能：包含海缆扰动监测系统、海/陆缆温度监测系统、雷达视频及船舶自动识别系统AIS等。

（2）平海湾F区项目35kV集电线路海缆按40台风机布置在线监测的功能：包含海缆扰动监测系统、海缆温度监测系统、雷达视频及船舶自动识别系统AIS等。

（3）海缆在线监测系统屏柜的配置和布置方式根据功能的需要分别安装于石城220kV升压站和F区220kV升压站，F区监控数据经光缆上传至石城220kV升压站海缆监控平台实现统一监控。

（4）变电站综合自动化系统海缆间隔测控装置采集电流模拟量，通过规约转换接入海缆在线监测系统，实时监测海缆载流量，动态载流量补偿温度监测系统。

2 系统软件和硬件组成方案

集成多数据应用平台软件，可扩展、可兼容第三方应用软件，高度开放，内置国际通用通讯协议IEC61850，方便与变电站综合自动化系统无缝对接。对系统维护人员和高级用户分配不同权限，对操作人员隐藏了系统分析计算细节，取用报警提示和输出诊断信息。采用DCR电缆动态载流量技术，通过导体温度建模，光纤测温，集成温度分析、报警值设定，形成曲线，实现最高温度点和异常尖峰监测。基OTDR分布式光纤振动传感技术，研究光纤布里渊散射频移、强度与海缆应变、温度变化的作用规律，获取海缆正常工作状态和故障状态下的应变与温度数据；光纤应变和温度数据与海缆运行状态，能够准确的判定故障。

3 系统功能

（1）系统能够对船只落锚振动和挂缆拖拽等早期破坏事件提前预警；

（2）系统能够对监测海缆区域船只，实现对海缆内外、水上水下的全方位监测和保护；

（3）系统能够对监测海缆区域雷达监控、智能抓拍报警、镜头跟踪；

（4）系统能够对监测海缆温度，设定报警值，实现报警；

（5）系统能实现精准故障定位。

4 结语

海缆综合在线监测系统设计具有运行安全、可靠、经济等特性。在海上风电场的广泛运用，数据收集、比较分析，计算法的优化，埋深技术的应用，使得监控系统完整性、可靠性得于提高，促进电力事业的发展有重要的作用。