10月中旬,《福建省政府关于2018年度福建省科学技术奖励和专项奖励的决定》正式公布,由福建福州供电公司、华北电力大学、福建和盛高科技产业有限公司申报的海底电缆实时在线监测关键技术及应用项目被评为福建省科学技术进步一等奖。这是福州供电公司首次获此奖项。
该项目具有完全自主知识产权,可实时在线监测光电复合海底电缆运行状态,全天候安全监控海域过往船舶,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,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。
项目在海上风电输送消纳和计划中的福建电网向金门、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。
海底通信光纤运行状态实时监测
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。为掌握海底通信光纤运行状态,工作人员需要定期检测光纤,工作量特别大。因此,福州供电公司决定探索海底光纤运行状态实时在线监测技术,并确定了相关研发课题。
福州供电公司通信运维高级工吴飞龙创造性地在海缆登陆点,将冗余备用光纤以三相迂回串接方式组成自发自收的监测回路,再就近接入同步数字体系(SDH)通信传输设备,组成跨海底通信光纤监测链路。“经过反复调试试验,当海底光纤监测回路出现衰耗变大或断裂时,通信网管系统就会同步发出报警信息,从而实现海底光纤运行状态实时在线监测。”吴飞龙介绍。
在此基础上,吴飞龙与团队成员一起构建了光电复合海底电缆综合监测平台,为海底电缆运行状态实时在线监测开展技术储备。随后申请的海底通信光纤在线监测方法及监测装置等两项发明专利均获授权,并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获得金奖。
海缆综合监测关键技术取得突破
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。
海底光纤在线监测创新成果“初战告捷”后,科研团队信心倍增,又将目标瞄准光纤传感布里渊这一国际前沿技术。团队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实时在线监测技术。团队创造性地抽取海缆复合光纤作为海底电缆分布式监测传感元件,实现海底电缆温度、应变等运行状态布里渊光时域反射(BOTR)同时在线监测,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。
“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、应变状态等记录起来,结合地形剖面图建立了一个标准曲线。一旦发生故障,光电感知监测系统自动将故障信息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。
光电感知海底电缆综合监测系统于2012年4月投入运行。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”。
海缆海域全天候安全监控
近年来,福州供电公司海缆监测项目团队成员虽然有所变换,但始终坚持精心培育科研成果,根据项目运行情况不断充实完善,进一步研究船舶锚害等威胁海缆安全稳定运行的技术难题。
为了缩短海底电缆长度,节省投资,海底电缆大多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。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。
项目团队根据光电感知海底电缆综合监测系统发出的可疑船舶锚害信号,融合船舶自动识别系统(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,跟踪拍摄船舶肇事情况作为理赔证据,以此来提醒过往船舶减少锚害肇事。
福州供电公司还通过专用通信网络与电网输变电设备状态监测系统(OMDS)远程联网,实现海底电缆海域全天候、网络化安全监控。
2015年9月29日,台风“杜鹃”在福建平潭登陆,光电感知海底电缆综合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,及时预警,避免了锚害事故再次发生,保障了电缆运行稳定。
“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,有效减少了船舶锚害肇事造成的损失。”平潭综合实验区供电有限公司运检部主任颜德杰说。
福州供电公司构建起光电感知海底电缆实时在线监测系统,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,发表高水平论文30多篇。