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国网福建构建光电感知海底电缆实时在线监测系统

北极星输配电网  来源:国家电网公司    2019/11/25 10:51:22  我要投稿  
所属频道: 电力通信  关键词:海底电缆 电网安全 国网福建

北极星输配电网讯:11月20日,国网福建福州供电公司海缆监测工作人员正通过光电感知海底电缆实时在线监测系统,远程巡视平潭海底电缆所在海域情况,确保海底电缆海域全天候、网络化安全监控。

海底电缆是跨海输送电能的重要通道。电缆敷设在海底,环境复杂,看不见摸不着,长期以来缺乏有效的监测手段,导致海缆故障时有发生,严重影响跨海电网安全稳定运行。

有鉴于此,国网福建省电力有限公司不断探索海底电缆实时在线监测关键技术及应用,深入开展海底电缆实时在线监测关键技术研究,构建起光电感知海底电缆实时在线监测系统,可实时在线监测海底电缆运行状态,全天候监控海域过往船舶,基本覆盖从海底电缆故障诊断预警到海底断裂点位置探测打捞等海底电缆运行维护关键技术领域,实现了对海底电缆全天候立体化监测,实现海底电缆从事故抢修的被动运维模式,向状态监测预警的主动运维模式转变,取得了显著的经济效益和社会效益。2012年以来,该系统帮助避免了多次海缆事故,减少经济损失1亿多元。项目创新成果现已获发明专利授权等28个,为我国沿海电网和全球能源跨海互联提供了体系完整、功能模块化、技术可定制的借鉴经验。项目创新成果今年10月被福建省人民政府授予福建省科学技术进步一等奖。

10月12日,福建省人民政府网站刊发《福建省人民政府关于2018年度福建省科学技术奖励和专项奖励的决定》,由福州供电公司等申报的“海底电缆实时在线监测关键技术及应用”被评为福建省科学技术进步一等奖,这是福州公司科研成果首次获此最高奖项。

该技术在国内外首次实现了对海底电缆全天候立体化的监测。近3年来,通过该系统的使用,避免了海缆事故19次,减少经济损失1亿多元,为沿海省市跨网联网工程互联提供了体系完整、功能模块化、技术可定制的成功借鉴经验。

立足创新 构建首套光电复合海缆综合监测平台

2010年,具有跨海电能输送和光纤通信双重功能的首条国产化110千伏光电复合海底电缆在福建平潭岛成功敷设送电。

由于海底运行环境复杂,海缆容易遭受海水、微生物等侵蚀,影响运行。为了掌握海底通信光纤运行状态,工作人员需要对光纤进行定期检测,工作量冗大。

为了提高监测水平,福州公司决定探索海底光纤运行状态实时在线监测。吴飞龙是项目负责人之一。“监测系统需要具备信息传递功能和预警功能。”为了获取海底电缆宝贵的传感光纤,吴飞龙在海底电缆登陆点将部分备用光纤圈芯以三相迂回串接方式组成自发自收的监测回路,就近接入SDH通信传输设备,组成跨海通信光纤传输通道。经过反复多次的试验,当海底光纤监测回路出现衰耗变大或断裂时,通信网管系统同步发出报警信息,率先实现了海底光纤运行状态实时在线监测。

在此基础上,吴飞龙与团队成员一起构建了首套光电复合海底电缆综合监测平台,为海底电缆运行状态监测提供技术储备。该项目成果明显,随后申请的“海底通信光纤在线监测方法及监测装置”等2项发明专利均获授权,先后在海峡两岸职工创新展览会和第九届国际发明展览会上荣获“金奖”。

再接再厉 海缆综合监测关键技术达到国际领先水平

海底电缆是跨海电能输送的重要通道。由于敷设海中环境复杂,看不见摸不着,长期以来缺乏有效的监测手段,导致海缆故障时有发生,严重影响跨海电网安全稳定运行。

海底光纤在线监测初战告捷后,项目组信心倍增,又将目标瞄准光纤传感这一当今国际前沿技术,先后联合华北电力大学、福建和盛高科技产业有限公司,进一步研究海底电缆运行状态监测。通过抽取海缆复合光纤,作为海底电缆分布式监测传感元件,首创海底电缆温度、应变等运行状态布里渊光时域反射(BOTR)同时监测,创建了光纤长度、经纬度和深度三维地理信息标准监测曲线,通过光电传感监测比对,实现海底电缆故障点准确定位。

“每个地段的海底环境都是不同的,我们把正常运行状态下的电缆温度、振动状态等记录起来,结合地形剖面图建立了一个标准曲线。一旦发生故障,电缆光纤就会有异常的振动状态,运行温度也不一样。只要我们将传回来的信号和标准曲线进行对比,马上就能获取故障点的经纬度和深度信息,实现海底电缆故障点准确定位。”吴飞龙说。

海底电缆光电感知综合监测系统于2012年4月投入运行。对此,中国电力科学研究院副院长王继业认为:“光纤传感技术在海底电缆监测中的研究及应用,实现了对海底电缆远程实时监测,克服了其他监测方式的弱点,这无疑是一项重要的实际需要和值得关注的技术手段。”经专家鉴定,“基于通过检测光纤中布里渊散射原理的海底电缆运行状况监测技术,达到国际领先水平”。

结合实际 实现海缆海域全天候安全监控

为了缩短海底电缆长度,节省投资,海电底电缆大多数敷设在狭窄的航道上,根据国际大电网会议(CIGRE)统计,80%的海缆故障来自船舶锚害,由于锚害肇事船舶识别难、防范措施少,成为威胁海底电缆稳定运行的主要安全隐患。

有鉴于此,福州公司在海边安装船舶自动识别系统(缩写为AIS),根据光纤监测系统发出可疑锚害信号,融合AIS接收的可疑肇事船舶当前地理坐标,联动安装在岸上的全天候视频监控系统,跟踪拍摄船舶肇事作为理赔证据,威慑并减少锚害肇事发生。同时,福州公司通过专用通信网络与电网输变电设备状态监测系统(缩写为OMDS)远程联网,实现了海底电缆海域全天候、网络化安全监控。

2015年9月29日,海缆监测系统发现并确认“新中源358号”大型运砂船违规在海缆敷设海域抛锚停泊,通过及时预警驱逐,避免了锚害事故再次发生,保障电缆运行稳定,实现从被动抢修到主动预警的转变。

根据OMDS统计,截至目前,已避免类似海缆事故19次,减少经济损失1亿多元。“海底电缆投资大、技术要求高,一旦断裂,打捞和抢修难度大、停电时间长,给企业和社会造成巨大损失,海底电缆监测系统投入运行后,保障跨海电网安全稳定运行,有效减少了船舶锚害肇事造成损失。”平潭公司运检部主任颜德杰说。

精心培育 科研成果推广应用前景广阔

近年来,该项目研究创新团队人员虽然不断更新换代,但始终不渝克服重重困难,持之以恒精心培育科研成果,并根据运行情况不断充实完善。十年磨一剑,福州公司率先将光纤传感技术创造性应用到海底电缆监测领域,突破了长期以来的技术瓶颈,实现了海底电缆从事故抢修的被动运维模式,向状态监测预警的主动运维模式转变,取得了显著的经济和社会效益,安全效益更为突出。

《海底电缆实时在线监测关键技术及应用》项目成果具有完全自主知识产权,现已获授权发明专利等28件,发表包括SCI、EI收录等高水平论文30多篇,基本覆盖了从光电复合海底电缆运行状态实时在线监测到海域过往船舶全天候安全监控;从海底电缆故障诊断预警到海底断裂点位置探测打捞等海底电缆运行维护关键技术领域,为福建电力行业首次获得“中国电力技术发明奖”,为我国沿海电网和全球能源跨海互联提供了体系完整、功能模块化、技术可定制的借鉴经验,在海上风电输送消纳和计划中福建电网向金门、马祖跨海输电等海底电缆运用上,具有十分广阔的推广应用前景。


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