1研究背景

海底電纜作為全球能源互聯(lián)網(wǎng)跨?；ヂ?lián)的重要通道，運行環(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日益增加，海纜受船錨拖拽等破壞情況時有發(fā)生，傳統(tǒng)的監(jiān)視方式無法及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)警。近年來，全球海纜事故引發(fā)重大社會問題時有報道，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)定運行。

2主要創(chuàng)新點

基于分布式光纖傳感的海纜實時應(yīng)變/溫度監(jiān)測技術(shù)

基于光纖布里淵光時域反射儀（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)確測量、預(yù)警和報警閾值的科學(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

通過收集分析BOTDR、海纜地理和路由數(shù)據(jù)，建立了海纜光纖長度與“經(jīng)緯度-深度”三維信息數(shù)據(jù)庫,為了提高數(shù)據(jù)庫信息的準(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際情況對數(shù)據(jù)庫進(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)特征點作為標(biāo)定依據(jù)。

一旦海纜發(fā)生故障，BOTDR測試數(shù)據(jù)會有非常明顯的變化，系統(tǒng)軟件將會發(fā)生故障報警，將故障時海纜數(shù)據(jù)與該通道測試標(biāo)準(zhǔn)曲線相比對，通過查找數(shù)據(jù)庫，立即獲得故障點的經(jīng)緯度和深度信息，從而準(zhǔn)確確定故障點位置，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)變測量技術(shù),測量海纜復(fù)合光纖的實時應(yīng)變分布，當(dāng)錨害發(fā)生時BOTDR對應(yīng)海纜部位的應(yīng)變數(shù)據(jù)超過報警閾值時，系統(tǒng)報警并由應(yīng)變數(shù)據(jù)確定報警點在光纖上的位置；利用光纖和海纜的長度關(guān)系換算出報警點在海纜上的位置，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)得出報警點的地理坐標(biāo)；由AIS自動識別系統(tǒng)實時記錄海纜上方過往船只的航速、時間、經(jīng)緯度、航向、船號等數(shù)據(jù)，調(diào)取錨害發(fā)生時段內(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，以自動控制攝像機(jī)轉(zhuǎn)動跟蹤肇事嫌疑船只。后臺軟件對視頻、AIS信息進(jìn)行融合實現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動，實現(xiàn)對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)異常情況時及時預(yù)警、驅(qū)離可能肇事船舶，提高了海纜故障防范主動性，確保了跨海電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，并可為后期肇事理賠提供船舶肇事的有力證據(jù)

海纜磁探測技術(shù)

首先利用BOTDR或光時域反射儀(OpticalTimeDomainReflectometry，OTDR)對海纜斷點距離進(jìn)行理論定位，然后在海纜登陸點利用直流電源、海纜銅芯及海水構(gòu)造直流回路，以增強(qiáng)海纜周邊磁場的異常分布；再利用磁力儀在海纜斷點理論位置附近進(jìn)行磁場掃描探測，根據(jù)磁異常分布判斷海纜斷點位置的經(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曲線峰值探測。

光電復(fù)合海纜監(jiān)測系統(tǒng)集光纖傳感、船舶識別、視頻監(jiān)控、信息通信等前沿技術(shù)于一體，實現(xiàn)了從海纜本體實時監(jiān)測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)測診斷中心系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了對海纜全天候、全方位、網(wǎng)絡(luò)化的遠(yuǎn)程實時監(jiān)測、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，實現(xiàn)對海纜運行狀態(tài)在線監(jiān)測和故障診斷預(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。