复杂海况下海底电缆带电检测水下机器人技术研究及应用-电力技术讲座课件

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n目录CONTENTS01 海南联网工程海底电缆介绍02 海缆带电检测技术03海缆带电检测水下机器人04

海缆带电检测现场应用05

结论01PREFACE海南联网工程海底电缆介绍1、海南联网系统海底电缆介绍——工程简介海南联网工程海底电缆北端始于广东省徐闻县灯楼角，南端直到海南省澄迈县玉包角，是我国第一个500

kV超高压、长距离、大容量的跨海联网工程，是连接南方主网与海南电网的唯一通道。由于“峡管效应”，琼州海峡常年水流较大，海况复杂且多变，且位于台风多发区域，海缆运行和维护环境条件恶劣。广东省海南省1、海南联网系统海底电缆介绍——海缆本体结构海底电缆为自容式充油海底电缆，由挪威耐克森公司生产、施工从内到外分别分为油道、导体、导体屏蔽层等共15层，直径14cm在电缆外部并行捆绑光缆一根，用于电力通讯、电缆测温、故障定位等1、海南联网系统海底电缆介绍——海缆保护方式海底电缆安全运行的最大风险在于船舶抛锚等外力破坏根据海底电缆路由的不同海底地质情况，设置了多种保护方式，主要分为：冲埋保护、抛石坝保护、铸铁套管保护、预挖沟保护；海底电缆的埋深是海缆防外力破坏保护状态评价的关键指标02 海缆带电检测技术PREFACE2、海缆带电检测技术——常见海缆检测方法

磁力仪：依赖于待测目标物的铁磁性导致周围海底存在磁力异常，该种方法主要适用于路由检测，但无法测量得到具体的埋深数据。浅地层剖面仪：通过声波在水中传播穿透海底进行观察和测量，由于各个地区的海底硬度不同，使用频率过高可能无法有效穿透海底；使用频率过低可能无法保持有效的分辨率，无法对海缆的埋深进行有效的探测。三维浅剖技术：是一种基于多道地震技术的海底探测手段，其可通过声波进行较深的剖面测量，但其结果为海底的地层剖面数据，海底管线的测量结果需要对剖面数据进行大量的解析，其结果取决于海底的底质构造，在碎石、岩石或者较硬的沙质类海底无法获得好的穿透。电磁脉冲技术：该技术通过电磁感应原理，利用海底电缆本身电流（主动或被动）产生的信号进行检测，探测距离得到了极大的提升，因此广泛运用于海底电缆埋深检测。2、海缆带电检测技术——停电检测技术痛点电磁脉冲探测技术使用门槛低，限制条件少，能够克服不同海底情况、电缆埋设深度、敷设时间等制约条件，更快更好的完成海底电缆的路由和埋深检测；以往通过电磁脉冲技术检测的技术方法需要在海缆停电后对其加入一个特定频率和大小的电流信号以建立海缆检测的环境电磁场，而海底电缆带电检测技术则要求海缆按照正常工况处于运行状态；该种工况下无法注入特定的检测电流信号，只有通过将海缆本身正常带电运行的电流信号作为检测电流信号才能完成；2、海缆带电检测技术——带电检测技术原理根据电磁感应定律，将线圈探头放置在带有50Hz工作电流海底电缆四周电磁场时，会在线圈中感应出相应的电流信号，即检测所需要的有效信号。为了将海底电缆带电检测的有效信号放大和分离，将线圈的参数进行相应调整特制，使特制线圈的谐振频率与海缆的工作电流频率一致，同为50Hz。把三个特制线圈按正交三轴（x，y，z）布置形成基阵，由基阵在海缆电磁场中感应出三个轴向分量信号得出该位置的场强矢量大小和方向，进而推算出海缆相对于基阵的方向，同理，通过布置两个相同结构的基阵得出海缆相对两个基阵的方向，则可以通过两条方向线的交点即可确定海缆相对于线圈基阵的具体位置。2、海缆带电检测技术——带电检测系统设备水下探测线圈矩阵部分：由两组特制的相互正交的三轴向感应线圈矩阵组成，线圈谐振频率为50Hz，两组线圈矩阵安装固定在专用连接杆的两头；水下电子仓部分：由模数转换板、数据处理板和电源供应板组成，数据处理板完成模数转换后的输入数据初步滤波后将结果以1路串行数据输出至水面显示控制计算机终端；水面显控终端部分：由数据处理终端及专用软件组成，可接收和处理来自水下电子仓检测信号，并将结果直观展示在软件界面上，数据包括电缆的埋深、偏移、走向等。高度计线圈阵列(右舷)线圈阵列(左舷)数据电缆水下电子单元电源水面单元水面水下交流供电03 海缆带电检测水下机器人PREFACE3、海缆带电检测水下机器人——结构组成3、海缆带电检测水下机器人——功能配置⚫

水下机器人基本参数：长2.100m×宽1.500m×高1.593m，空气中重2吨，配置马力75kW液压马达，带6个推进器，最大作业水深能力可达1000米。⚫

水下机器人装备配置：高清摄像头、低光摄像头、前置声呐、云台、流速计、水下定位系统，可搭载海缆带电检测系统支架和预留接口3、海缆带电检测水下机器人——搭载带电检测系统海缆带电检测系统的水下探测线圈基阵布置在特制支杆两端后，整体安装于水下机器人前端预留支架。海缆带电检测系统的水下电子舱部分安装于水下机器人框架上，并通过水下机器人电子舱供电和进行数据通信。04 海缆带电检测现场应用PREFACE4、海缆带电检测现场应用——应用测试方案测试时间：2019年12月检测范围：距离海缆北部入海点10-24公里区间范围作业船舶：“南海救115”，总长89米，型宽15.2米，总吨3510，最大航速可达20节，配置DP1动力定位系统。特殊要求：为了避免水下机器人本身的供电系统对海缆运行状态下50Hz的检测信号造成干扰混淆，我们将水下机器人的水下供电系统频率全部调整至60Hz以保证海缆路由和埋深带电检测的准确性。4、海缆带电检测现场应用——应用测试方案作业过程：由船舶搭载水下机器人到达琼州海峡中指定的带电运行500kV海底电缆位置附近，放置水下机器人入水后通过海缆带电检测系统在一定范围搜索海缆信号，确定海缆的方向后，操作水下机器人移动至海缆正上方，沿海缆方向缓慢巡航检测以得到海缆路由和埋深的详细数据，操作水下机器人巡航过程中尽量保持海缆信号在两个矩阵线圈之间（即水下机器人正下方），以保证接收的海缆数据信号稳定。测量船CableROV(with

POD)4、海缆带电检测现场应用——典型测试结果分析测试结果分析比较方法：准确性：由于海底电缆的埋深是随着时间不断变化的，且琼州海峡500kV海底电缆的最近一次停电埋深检测数据时间为2015年12月，间隔时间较长，变化量无法确定，无法以其作为本次检测的参考对比数据，因此我们仅以检测过程中的海缆可见裸露点（即埋深数据小于海缆半径0.14米）作为检测数据准确性参考。真实性：为了体现数据结果的真实性，我们将水下机器人带电检测设备水面显控终端界面和水下实时视频界面同时记录于同一张照片中，以便于比较与核对。4、海缆带电检测现场应用——典型测试结果分析典型检测结果1分析：2019年12月09日01时20分，海缆路由位置经纬度为20°09.453′N109°57.633′E，探头中心与海缆的水平距离LAT为-0.26m，探头中心与海缆的垂直距离VRT为+0.63m，海缆埋深COV为＋0.01m，此处出现埋深已小于海缆半径且接近0，可能为海缆悬空段，水下机器人可见光视频显示海缆完全裸露于海床且有明显悬空迹象。典型检测结果2分析：2019年12月09日08时45分，海缆路由位置经纬度为20°03.502′N

109°57.284′E，探头中心与海缆的水平距离LAT为﹣0.08m，探头中心与海缆的垂直距离VRT为+0.91m，海缆埋深COV为＋0.31m，水下机器人可见光视频显示海缆轻微半裸露于海床。4、海缆带电检测现场应用——典型测试结果分析典型检测结果3分析：2019年12月09日09时56分，海缆路由位置经纬度为20°03.401′N109°57.274′E，探头中心与海缆的水平距离LAT为＋0.17m，探头中心与海缆的垂直距离VRT为+0.99m，海缆埋深COV为＋0.24m，水下机器人可见光视频显示海缆明显裸露于海床。典型检测结果4分析：2019年12月09日12时36分，海缆路由位置经纬度为19°59.898′N

109°56.865′E，探头中心与海缆的水平距离LAT为＋0.16m，探头中心与海缆的垂直距离VRT为+0.93m，海缆埋深COV为＋0.18m，水下机器人可见光视频显示海缆轻微半裸露于海床。4、海缆带电检测现场应用——典型测试结果分析典型检测结果5分析：2019年12月11日17时31分，海缆路由位置经纬度为20°00.974′N109°56.996′E，探头中心与海缆的水平距离LAT为-0.48m，探头中心与海缆的垂直距离VRT为+0.36m，海缆埋深COV为-0.54m，此处出现负埋深，可能为悬空段，水下机器人可见光视频显示海缆明显裸露于海床。典型检测结果6分析：2019年12月26日14时31分，海缆路由位置经纬度为20°3.409′N

109°57.262′E，探头中心与海缆的水平距离LAT为+0.03m，探头中心与海缆的垂直距离VRT为+0.96m，