DQZHAN技術(shù)訊：海底電纜全天候**監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用
摘要：海底電纜由于缺乏有效的**監(jiān)控技術(shù)，導(dǎo)致船舶錨害肇事等外力破壞事故時有發(fā)生，嚴(yán)重影響了跨海電網(wǎng)**穩(wěn)定運行。針對現(xiàn)有海底電纜海域監(jiān)控技術(shù)的不足，采用了光電一體化雷達裝置與AIS系統(tǒng)融合聯(lián)動，進行遠近配合優(yōu)勢互補的長距離海底電纜**監(jiān)控技術(shù)方案。介紹了光電一體化雷達系統(tǒng)組成和工作原理，并通過實際應(yīng)用案例闡述光電一體化雷達系統(tǒng)對長距離海底電纜海域全天候、全方位**監(jiān)控流程。技術(shù)應(yīng)用取得顯著效果，支撐了海底電纜持續(xù)穩(wěn)定**運行，推廣應(yīng)用前景廣闊。
關(guān)鍵詞：海底電纜 全天候**監(jiān)控 光電雷達 視頻監(jiān)控 AIS
引言
近年來隨著中國沿海經(jīng)濟快速發(fā)展和海洋資源不斷開發(fā)，跨海電網(wǎng)正不斷以更高電壓等級向沿海及其附近島嶼延伸聯(lián)網(wǎng)。特別是隨著海上風(fēng)力發(fā)電等清潔能源持續(xù)開發(fā)利用，海底電纜電壓等級越來越高、敷設(shè)長度越來越長。由于海底電纜敷設(shè)海域相對狹窄、水深浪急海況復(fù)雜，受過往船舶錨害肇事和海洋作業(yè)等各種外力破壞，導(dǎo)致海底電纜故障甚至斷裂停電事故時有發(fā)生，嚴(yán)重影響了沿海島嶼國防**、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城鄉(xiāng)人民的正常用電。
根據(jù)國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)統(tǒng)計，80%以上海底電纜故障是由于船舶錨害肇事等外力破壞所引發(fā)，是危及海底電纜持續(xù)穩(wěn)定運行的主要**隱患，嚴(yán)重威脅了跨海電網(wǎng)**穩(wěn)定運行 [1-2]。
1 現(xiàn)有監(jiān)控技術(shù)局限性
2010年起國網(wǎng)福建省電力有限公司利用首條國產(chǎn)化110 kV光電復(fù)合海底電纜的光纖資源，率先開展海底電纜綜合監(jiān)測技術(shù)研究，對海底電纜溫度、應(yīng)變運行狀態(tài)實時在線監(jiān)測、海底電纜故障點定位以及事故斷點快速磁探測等進行了研究，取得多項關(guān)鍵技術(shù)突破。并根據(jù)海底電纜運行中錨害肇事多發(fā)的突出**問題，對長度3.5 km的福建平潭海底電纜海域進行**監(jiān)控技術(shù)研究，采用了紅外熱成像儀與長焦大鏡頭可見光攝像機組成海上視頻監(jiān)控裝置，通過船舶自動識別系統(tǒng)(automatic identification system，AIS)接收海底電纜敷設(shè)走廊海域附近過往船舶的船號船體、船舶類型、船位(經(jīng)緯度)和艏向、航速等信息，進行識別判斷。當(dāng)發(fā)現(xiàn)船舶拋錨或有拋錨趨勢時，自動控制攝像機轉(zhuǎn)動跟蹤肇事可疑船舶，實現(xiàn)對海底電纜上方海域過往船舶24 h不間斷監(jiān)控，為后期可能的船舶錨害肇事理賠提供了影像證據(jù)，取得了階段性研究成果[3-7]，如圖1所示。
理論上紅外熱成像儀與長焦大鏡頭組成的海上視頻監(jiān)控裝置的有效監(jiān)控范圍可達3~5 km，但從海底電纜海域視頻監(jiān)控裝置多年來運行情況分析發(fā)現(xiàn)，在海上雨霧異常氣候及夏季臺風(fēng)等船舶錨害高發(fā)的時間段內(nèi)，其有效監(jiān)測距離卻大大縮短，夜間紅外熱成像儀海面監(jiān)測效果達不到預(yù)期效果。由于現(xiàn)有視頻監(jiān)控裝置固有的局限性，無法在異常天氣情況下準(zhǔn)確及時地發(fā)現(xiàn)海底電纜海域船舶錨害等外力破壞**隱患，實際監(jiān)控范圍和**防范效果大為降低。
隨著海上風(fēng)電等清潔能源持續(xù)開發(fā)利用，跨海電能輸送消納的距離越來越長，長度超過10 km的海底電纜應(yīng)用越來越多，現(xiàn)有視頻監(jiān)控技術(shù)已無法滿足對長距離海底電纜海域的**監(jiān)控需求。為此，亟需研發(fā)一種滿足對長距離、大范圍海域的海底電纜進行全天候**監(jiān)控的技術(shù)。
2 全天候監(jiān)控技術(shù)方案
為了解決現(xiàn)有視頻監(jiān)控距離有限的問題，對長度<10 km、>5 km的海底電纜海域**監(jiān)控，在海底電纜監(jiān)控領(lǐng)域多年采用視頻監(jiān)控技術(shù)的成熟應(yīng)用基礎(chǔ)上，根據(jù)實際情況在登陸點兩側(cè)附近尋找滿足安裝條件的現(xiàn)有建筑物，分別安裝2套由可見光成像、紅外熱成像儀組成的全天候視頻監(jiān)控裝置，通過電力專用通信網(wǎng)絡(luò)和海底電纜復(fù)合光纖將登陸點兩側(cè)視頻裝置進行聯(lián)網(wǎng)互動，并與海底電纜綜合監(jiān)測系統(tǒng)中AIS融合聯(lián)動，實現(xiàn)對海底電纜海域全方位監(jiān)控。本方案因地制宜簡捷實用，具有節(jié)約投資費用、縮短建設(shè)周期等優(yōu)勢，在正常氣候條件下可滿足對海底電纜海域走廊主航道上過往船舶**監(jiān)控的需求。
對長度>10 km的長距離海底電纜海域的**監(jiān)控，經(jīng)過充分調(diào)研和可行性驗證，引入了不受氣候因素影響的海面雷達探測技術(shù)。通過在海面雷達上增加可見光成像、紅外熱成像多波段高分辨率傳感器和長焦鏡頭組成的視頻裝置，構(gòu)成光電一體化雷達監(jiān)控系統(tǒng)，對海底電纜海域范圍內(nèi)進行船舶探測掃描。
海上雷達和視頻攝像均屬于地平線范圍內(nèi)觀測設(shè)備，一般海邊現(xiàn)有建筑物1.7 m高度的地平線距離為4.6 km，10 m、50 m和100 m高度的地平線距離分別為11 km、25 km和32 km。因此，通過綜合考慮地球曲率影響和遠距離海上目標(biāo)探測的有效性進行分析評估后，結(jié)合海底電纜實際跨海長度，將雷達天線安裝在海底電纜登陸點附近山頭約80 m高度平臺上，并與AIS系統(tǒng)融合聯(lián)動，可基本滿足約30 km海域內(nèi)的海底電纜**監(jiān)控需求，如圖2所示。
從圖2可知，視頻裝置對有效視距范圍內(nèi)過往船舶拍攝的圖像清晰直觀，并可滿足海岸線附近的錨害肇事高發(fā)海域范圍內(nèi)船舶影像監(jiān)控要求，但船舶影像及拍攝圖像效果受氣候因素影響較大，無法滿足全天候監(jiān)控要求;而天線安裝在海底電纜登陸點附近山頭制高點上，海面雷達的有效監(jiān)控距離長、范圍大，特別不受夜晚、大霧等氣候條件的影響，可滿足海底電纜海域全天候、超視距的監(jiān)控需求，但對海岸線附近的過往船舶監(jiān)控存在一定范圍的“死角”和盲區(qū)。
為了實現(xiàn)對大范圍、長距離的海底電纜所在海域的全方位覆蓋和全天候**監(jiān)控，通過同時安裝視頻監(jiān)視和海面雷達2套設(shè)備，達到監(jiān)視距離上遠近配合、監(jiān)測功能特性上優(yōu)勢互補，并通過與AIS系統(tǒng)融合聯(lián)動，實現(xiàn)對海底電纜海域內(nèi)過往船舶全天候、全方位的**監(jiān)控
