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(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了跨海電網(wǎng)**穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)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(dá)裝置與AIS系統(tǒng)融合聯(lián)動(dòng)，進(jìn)行遠(yuǎn)近配合優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的長(zhǎng)距離海底電纜**監(jiān)控技術(shù)方案。介紹了光電一體化雷達(dá)系統(tǒng)組成和工作原理，并通過(guò)實(shí)際應(yīng)用案例闡述光電一體化雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)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(yùn)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(dá) 視頻監(jiān)控 AIS

引言

近年來(lái)隨著中國(guó)沿海經(jīng)濟(jì)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(jí)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(jí)越來(lái)越高、敷設(shè)長(zhǎng)度越來(lái)越長(zhǎng)。由于海底電纜敷設(shè)海域相對(duì)狹窄、水深浪急海況復(fù)雜，受過(guò)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(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了沿海島嶼國(guó)防**、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城鄉(xiāng)人民的正常用電。

根據(jù)國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議(CIGRE)統(tǒng)計(jì)，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(yùn)行的主要**隱患，嚴(yán)重威脅了跨海電網(wǎng)**穩(wěn)定運(yùn)行 [1-2]。

1 現(xiàn)有監(jiān)控技術(shù)局限性

2010年起國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司利用首條國(guó)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(cè)技術(shù)研究，對(duì)海底電纜溫度、應(yīng)變運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、海底電纜故障點(diǎn)定位以及事故斷點(diǎn)快速磁探測(cè)等進(jìn)行了研究，取得多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)突破。并根據(jù)海底電纜運(yùn)行中錨害肇事多發(fā)的突出**問(wèn)題，對(duì)長(zhǎng)度3.5 km的福建平潭海底電纜海域進(jìn)行**監(jiān)控技術(shù)研究，采用了紅外熱成像儀與長(zhǎng)焦大鏡頭可見光攝像機(jī)組成海上視頻監(jiān)控裝置，通過(guò)船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(automatic identification system，AIS)接收海底電纜敷設(shè)走廊海域附近過(guò)往船舶的船號(hào)船體、船舶類型、船位(經(jīng)緯度)和艏向、航速等信息，進(jìn)行識(shí)別判斷。當(dāng)發(fā)現(xiàn)船舶拋錨或有拋錨趨勢(shì)時(shí)，自動(dòng)控制攝像機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤肇事可疑船舶，實(shí)現(xiàn)對(duì)海底電纜上方海域過(guò)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(zhǎng)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(dá)3~5 km，但從海底電纜海域視頻監(jiān)控裝置多年來(lái)運(yùn)行情況分析發(fā)現(xiàn)，在海上雨霧異常氣候及夏季臺(tái)風(fēng)等船舶錨害高發(fā)的時(shí)間段內(nèi)，其有效監(jiān)測(cè)距離卻大大縮短，夜間紅外熱成像儀海面監(jiān)測(cè)效果達(dá)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(wú)法在異常天氣情況下準(zhǔn)確及時(shí)地發(fā)現(xiàn)海底電纜海域船舶錨害等外力破壞**隱患，實(shí)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(lái)越長(zhǎng)，長(zhǎng)度超過(guò)10 km的海底電纜應(yīng)用越來(lái)越多，現(xiàn)有視頻監(jiān)控技術(shù)已無(wú)法滿足對(duì)長(zhǎng)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(duì)長(zhǎng)距離、大范圍海域的海底電纜進(jìn)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(wèn)題，對(duì)長(zhǎng)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(shí)際情況在登陸點(diǎn)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(guò)電力專用通信網(wǎng)絡(luò)和海底電纜復(fù)合光纖將登陸點(diǎn)兩側(cè)視頻裝置進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)互動(dòng)，并與海底電纜綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中AIS融合聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)海底電纜海域全方位監(jiān)控。本方案因地制宜簡(jiǎn)捷實(shí)用，具有節(jié)約投資費(fèi)用、縮短建設(shè)周期等優(yōu)勢(shì)，在正常氣候條件下可滿足對(duì)海底電纜海域走廊主航道上過(guò)往船舶**監(jiān)控的需求。

對(duì)長(zhǎng)度>10 km的長(zhǎng)距離海底電纜海域的**監(jiān)控，經(jīng)過(guò)充分調(diào)研和可行性驗(yàn)證，引入了不受氣候因素影響的海面雷達(dá)探測(cè)技術(shù)。通過(guò)在海面雷達(dá)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(zhǎng)焦鏡頭組成的視頻裝置，構(gòu)成光電一體化雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)海底電纜海域范圍內(nèi)進(jìn)行船舶探測(cè)掃描。

海上雷達(dá)和視頻攝像均屬于地平線范圍內(nèi)觀測(cè)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(guò)綜合考慮地球曲率影響和遠(yuǎn)距離海上目標(biāo)探測(cè)的有效性進(jìn)行分析評(píng)估后，結(jié)合海底電纜實(shí)際跨海長(zhǎng)度，將雷達(dá)天線安裝在海底電纜登陸點(diǎn)附近山頭約80 m高度平臺(tái)上，并與AIS系統(tǒng)融合聯(lián)動(dòng)，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(duì)有效視距范圍內(nèi)過(guò)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(wú)法滿足全天候監(jiān)控要求;而天線安裝在海底電纜登陸點(diǎn)附近山頭制高點(diǎn)上，海面雷達(dá)的有效監(jiān)控距離長(zhǎng)、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(duì)海岸線附近的過(guò)往船舶監(jiān)控存在一定范圍的“死角”和盲區(qū)。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)大范圍、長(zhǎng)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(guò)同時(shí)安裝視頻監(jiān)視和海面雷達(dá)2套設(shè)備，達(dá)到監(jiān)視距離上遠(yuǎn)近配合、監(jiān)測(cè)功能特性上優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，并通過(guò)與AIS系統(tǒng)融合聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)海底電纜海域內(nèi)過(guò)往船舶全天候、全方位的**監(jiān)控