500kV海底电缆综合检测方法研究

500kV海底电缆综合检测方法研究

杜涛宇

（中国南方电网超高压输电公司广东广州510000）

摘要：随着经济社会的发展，海底电缆的使用也越来越广泛。通过海底电力电缆，实现独立电网供电的海岛与大陆主网架联网，能够显著提高岛内电网的供电可靠性和频率稳定性，并提供给岛内电网以充足的事故备用，经济效益和社会效益显著。但是，海底电缆运维环境也逐年复杂，面临的的风险也在逐步增大。因此，通过利用水下机器人、有源探测、声学、可视摄像、光纤探测技术等综合性检测技术定期对海底电缆水下运行环境进行检测，排查海缆保护的薄弱环节及海缆保护程度变化趋势，因地制宜，及时采取针对性的有效措施提高海缆保护水平具有重大意义。

关键词：海底电缆；检测；ROV；电磁学

0引言

海底电力电缆（SubmarinePowerCable，以下简称“海底电缆”）的使用已超过百年，早期海底电缆主要用于向孤立的近海设备供电；随着经济和工业的发展，向近岸的海岛供电成为海底电缆的主要工程应用。通过海底电力电缆，实现独立电网供电的海岛与大陆主网架联网，能够显著提高岛内电网的供电可靠性和频率稳定性，并提供给岛内电网以充足的事故备用，经济效益和社会效益显著。

随着海洋工程技术的发展，目前500kV海底电缆在施工阶段，针对不同水深区段，分别采取了冲埋保护、抛石保护、套管保护、沟渠保护等形式，对电缆本体进行较为可靠的物理保护。但是，通过国内外海底电缆运行经验数据分析，尚没有哪一种保护方式可以做到“一劳永逸”，船只抛锚、搁浅、渔业捕捞养殖、海上工程施工、海洋地质环境变化及自然灾害等依然可能直接造成海缆损坏，构成特大设备事故，导致巨额经济损失及较为恶劣的社会影响。因此，通过利用水下机器人、有源探测、声学、可视摄像、光纤探测技术等综合性检测技术定期对海底电缆水下运行环境进行检测，排查海缆保护的薄弱环节及海缆保护程度变化趋势，因地制宜，及时采取针对性的有效措施提高海缆保护水平具有重大意义。

本文针对某500kV海底电缆综合检测方法进行研究和分析，结合海底电缆运行维护的重点，综合环境风险因素及检测设备选型，提出了针对不同海缆路由环境的检测方法。

1海底电缆路由检测设备

目前，国内外开展海缆路由检测主要设备包括DP动力定位船、观测型ROV、作业型ROV、TSS350管线探测仪、SCD-09管线探测仪、全球星差分GPS、USBL水下定位系统、多波束系统、侧扫声呐系统等。

1.1DP动力定位船

DP（动力定位）船即当环境条件发生变化时，由集控手操或自动响应系统，通过水动力系统的控制使船舶的位置和航向保持在环境条件限定范围内。

图1DP动力定位船及控制示意图

1.2ROV水下机器人

观测型ROV上配备了探照灯和摄像头可以精确分辨水下目标体；作业型ROV上自带的深度和高度计使ROV可以根据操作员要求固定在某一深度进行工作；ROV可以通过USBL（基线定位跟踪系统）对其位置进行精确定位。

图2ROV水下机器人

1.3TSS350管线探测仪

该设备属于有源探测，通过加载在水下机器人（ROV）上，贴近海底面对海底电缆进行探测，能够搜索到加载在海底电缆上的电流信号产生的变化磁场，根据磁场寻找到海底电缆路由，并根据磁场计算海底电缆的埋设深度。

图3TSS350管线探测仪及工作示意图

1.4多波束系统

多波束检测系统是利用安装于船底或拖体上的声基阵向海底发射超宽声波束，并接收海底反向散射信号，经过模拟/数字信号处理,形成多个波束，实现空间精确定向，获取精确的水深数据，可绘制出海底地形图。

图4多波束系统及地形示意图

1.5侧扫声呐系统

侧扫声纳依照回波信号在海底反向散射时间的自然顺序检测并记录回波信号的幅度能量，显示海底目标的相对回波强度信息，实现了波速空间的定向，获得海底地貌声像图。

图5侧扫声呐系统及地貌声像图

1.6USBL水下定位系统

USBL（超短基线水下定位系统），通过确定从船只上的固定接收器的到海底的单一的信标距离和方位的方法来实现的。信标的初始位置是通过GPS确定。USBL定位系统提供一个从船只到信标的距离和方位。距离的计算是通过确定从发出有规律的触发信号到收到回应的时间，再结合声音在水中的传播速度而得到的。方位的确定是通过比较回应的信号在接收机各个元器件的微小差别来得到的。利用USBL跟踪系统可以为ROV或潜水员水下作业提供优于0.2米的测距精度的跟踪导航数据。

图6USBL水下定位系统

2海底电缆综合检测技术应用

海底电缆综合检测技术主要综合利用了光学、声学、电磁学三类技术针对海底电缆的路由坐标、埋深、裸露、悬空情况、物理防护层稳定性、海缆路由地形地貌及障碍物等方面进行检测，从而最大程度地了解海底电缆的水下运行状况，发现缺陷并及时采取针对性控制措施，为海底电缆维护工作的开展提供导向。

2.1ROV光学检测

采用ROV自带照明设备及摄像设备对海底电缆、物理防护层及周边障碍物进行多角度观测，评估海底电缆着陆海床的姿态、物理防护层完整度、障碍物形态长度及材质类型，特别对于残存海床的锚具、锚链、缆绳。通过对视频数据综合分析得出海底沉船、残存海床的锚具、锚链、缆绳等障碍物的坐标位置、对应水深、障碍物长度、地形结构等信息，并制定相关清理整治方案。

图7海底电缆光学检测图示

2.2声学检测

海底电缆声学检测主要利用多波束系统、单波束系统、侧扫声纳系统等声学设备进行数据采集，并辅助采用全球星站差分定位系统进行定位，对海底电缆敷设区域进行高精度、全覆盖测量，生产高精度的水下三维地形图和水下地貌声像图。

图8海底电缆声学检测图示

2.3电磁学检测

海底电缆电磁学检测主要在海底电缆停电状态下，给海底电缆导入特定频率（一般为25Hz）标记信号源，利用TSS和SCD系列电磁管线仪，追踪该特定信号源，结合USBL差分坐标定位系统，从而识别海底电缆路由的准确坐标；进一步通过高度计量系统测算，能够得到海底电缆每一个区段的敷设深度。上述检测数据通过与原始敷设数据或历史检测数据进行比对分析，能够实现海底电缆路由走向和埋设深度的动态管控分析，发现海底电缆所处路由环境的变化趋势，有效发现运维风险点和薄弱点，提早开展预防性维护。

图9海底电缆路由坐标测量方法图示

3结语

大型海底电缆系统运维环境和本体检测周期长，检测成本高，需要专业检测工具及船舶，对工期和海况条件要求也较为苛刻。本文结合目前工程应用较为成熟可靠的检测设备，针对500kV海底电缆综合检测技术，提出了具备可行性的光学、声学、电磁学检测方法及检测设备搭配模型，实现了针对不同敷设方式、敷设深度、检测目标下的海底电缆检测方法，涵盖海底电缆年路由、埋深、地形、地貌、障碍物等多方面检测内容，进一步优化了检测成本和检测精度；并提出了通过多次检测数据比对分析方法，动态监控海底电缆运行状态和风险点，提高了海底电缆运维水平，保障了海底电缆的安全稳定运行。