1研究背景

海底電纜作為全球能源互聯(lián)網(wǎng)跨海互聯(lián)的重要通道，運(yùn)行環(huán)境惡劣，容易造成絕緣老化，并可能導(dǎo)致海纜故障。特別是隨著海洋活動(dòng)日益增加，海纜受船錨拖拽等破壞情況時(shí)有發(fā)生，傳統(tǒng)的監(jiān)視方式無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)警。近年來，全球海纜事故引發(fā)重大社會(huì)問題時(shí)有報(bào)道，嚴(yán)重影響了跨?；ヂ?lián)智能電網(wǎng)和信息通信網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

基于分布式光纖傳感的海纜實(shí)時(shí)應(yīng)變/溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)

基于光纖布里淵光時(shí)域反射儀（BOTDR）研究光纖布里淵散射頻移和強(qiáng)度與海纜應(yīng)變和溫度變化的作用規(guī)律，獲取海纜正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài)下的應(yīng)變與溫度數(shù)據(jù)；研究了光纖應(yīng)變和溫度數(shù)據(jù)與海纜運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)系，為海纜的故障判斷提供理論依據(jù)，并確定科學(xué)的故障判據(jù)。采用有限元技術(shù)實(shí)現(xiàn)海纜應(yīng)變和溫度的建模與分析，建立了海纜和光纖的應(yīng)變/溫度關(guān)系，為海纜應(yīng)變/溫度的準(zhǔn)確測(cè)量、預(yù)警和報(bào)警閾值的科學(xué)設(shè)定提供了理論依據(jù)

三維定位技術(shù)確定海纜故障點(diǎn)

通過收集分析BOTDR、海纜地理和路由數(shù)據(jù)，建立了海纜光纖長(zhǎng)度與“經(jīng)緯度-深度”三維信息數(shù)據(jù)庫(kù),為了提高數(shù)據(jù)庫(kù)信息的準(zhǔn)確度,結(jié)合海纜鋪設(shè)沿線地形圖、海纜路由剖面圖及海纜路由竣工圖等實(shí)際情況對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行必要的修正，并盡可能多地提取海纜路由、海底地形和海底地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征點(diǎn)作為標(biāo)定依據(jù)。

一旦海纜發(fā)生故障，BOTDR測(cè)試數(shù)據(jù)會(huì)有非常明顯的變化，系統(tǒng)軟件將會(huì)發(fā)生故障報(bào)警，將故障時(shí)海纜數(shù)據(jù)與該通道測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)曲線相比對(duì)，通過查找數(shù)據(jù)庫(kù)，立即獲得故障點(diǎn)的經(jīng)緯度和深度信息，從而準(zhǔn)確確定故障點(diǎn)位置，為海纜修復(fù)和快速打撈提供依據(jù)。

海上視頻監(jiān)視與AIS、BOTDR數(shù)據(jù)融合的海纜肇事確認(rèn)技術(shù)

應(yīng)用分布式光纖應(yīng)變測(cè)量技術(shù),測(cè)量海纜復(fù)合光纖的實(shí)時(shí)應(yīng)變分布，當(dāng)錨害發(fā)生時(shí)BOTDR對(duì)應(yīng)海纜部位的應(yīng)變數(shù)據(jù)超過報(bào)警閾值時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并由應(yīng)變數(shù)據(jù)確定報(bào)警點(diǎn)在光纖上的位置；利用光纖和海纜的長(zhǎng)度關(guān)系換算出報(bào)警點(diǎn)在海纜上的位置，再根據(jù)施工路由圖中的海纜地理坐標(biāo)和深度數(shù)據(jù)得出報(bào)警點(diǎn)的地理坐標(biāo)；由AIS自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄海纜上方過往船只的航速、時(shí)間、經(jīng)緯度、航向、船號(hào)等數(shù)據(jù)，調(diào)取錨害發(fā)生時(shí)段內(nèi)的AIS信息，確定肇事船只；岸邊攝像頭根據(jù)地理坐標(biāo)和肇事船只當(dāng)前地理坐標(biāo)計(jì)算攝像頭偏轉(zhuǎn)角，拍攝肇事船只影像作為肇事逃逸的理賠證據(jù)，彌補(bǔ)錨害造成的巨大損失。

全天候海上安全監(jiān)控技術(shù)

利用結(jié)合了紅外熱成像儀與長(zhǎng)焦大鏡頭可見光攝像機(jī)組成的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，錄像海纜上方過往船只。結(jié)合BOTDR應(yīng)變報(bào)警數(shù)據(jù)和AIS接收機(jī)接收進(jìn)入警戒區(qū)船舶的AIS信息進(jìn)行融合判斷，通過GPS對(duì)監(jiān)視海域進(jìn)行網(wǎng)格劃分并設(shè)置攝像機(jī)預(yù)置位，以自動(dòng)控制攝像機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤肇事嫌疑船只。后臺(tái)軟件對(duì)視頻、AIS信息進(jìn)行融合實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)海纜上方海域過往船舶的全天候、不間斷安全監(jiān)控。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)預(yù)警、驅(qū)離可能肇事船舶，提高了海纜故障防范主動(dòng)性，確保了跨海電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，并可為后期肇事理賠提供船舶肇事的有力證據(jù)

海纜磁探測(cè)技術(shù)

首先利用BOTDR或光時(shí)域反射儀(OpticalTimeDomainReflectometry，OTDR)對(duì)海纜斷點(diǎn)距離進(jìn)行理論定位，然后在海纜登陸點(diǎn)利用直流電源、海纜銅芯及海水構(gòu)造直流回路，以增強(qiáng)海纜周邊磁場(chǎng)的異常分布；再利用磁力儀在海纜斷點(diǎn)理論位置附近進(jìn)行磁場(chǎng)掃描探測(cè)，根據(jù)磁異常分布判斷海纜斷點(diǎn)位置的經(jīng)緯度，通過移植光纖光柵譜峰高精度快速尋峰方法至海纜磁探測(cè)曲線峰值探測(cè)。

光電復(fù)合海纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集光纖傳感、船舶識(shí)別、視頻監(jiān)控、信息通信等前沿技術(shù)于一體，實(shí)現(xiàn)了從海纜本體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到海面過往船舶全方位跟蹤監(jiān)視，從海纜故障事前預(yù)警診斷到事后搶修理賠等全過程管控。并與電力在線監(jiān)測(cè)診斷中心系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)海纜全天候、全方位、網(wǎng)絡(luò)化的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障診斷和維護(hù)管理。

3結(jié)語

隨著構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略實(shí)施和海上風(fēng)電等清潔能源的大規(guī)模開發(fā)利用，海纜在跨?？缪竽茉?、信息互聯(lián)互通上的作用將越來越大。利用目前廣泛應(yīng)用的光電復(fù)合海底電纜的光纖作為分布式傳感元器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)海纜運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)和故障診斷預(yù)警的技術(shù)研究，這將是光纖在通信傳輸領(lǐng)域發(fā)揮重大作用后，在傳感技術(shù)領(lǐng)域又一里程碑式的應(yīng)用創(chuàng)舉。