王 寧 高東明

（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局?？诜志?，海南 ?？?70100）

0 引言

海南聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是海南電網(wǎng)與南方電網(wǎng)主網(wǎng)的唯一聯(lián)絡(luò)通道，其工程的建成投產(chǎn)，結(jié)束了海南“電力孤島”的歷史，極大地提高了海南電網(wǎng)的安全可靠性和運行經(jīng)濟性，實現(xiàn)了海南電網(wǎng)與南方電網(wǎng)主網(wǎng)的電力互送、調(diào)劑余缺。截至2015年7月30日，海南聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)海底電纜連續(xù)安全運行2 207天，總體情況良好，海纜運維人員成功處置135起海纜保護區(qū)船只拋錨事件、213起船速異常事件、21起風(fēng)險干預(yù)事件，圓滿完成博鰲亞洲論壇十周年、海南省第六次黨代會等多次重要活動的保供電任務(wù)。海南聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)急支援海南電網(wǎng)若干次，保障了大型保供電活動中電網(wǎng)安全可靠運行，取得了巨大的社會效益。

海底電纜是海南聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全運行的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。瓊州海峽過往船只頻密，而國內(nèi)船只航行守法意識較差，加之瓊州海峽洋流湍急、天氣多變，船只因機械故障等原因在海纜保護區(qū)內(nèi)拋錨、拖錨現(xiàn)象頻發(fā)，對海纜安全造成了極大威脅，防外力破壞成為海南聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全運行的重中之重。

1 海底電纜概況

海南聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)海纜由海底電纜和海底光纜兩部分組成。北起廣東湛江徐聞南嶺終端站，穿越瓊州海峽，南至海南澄邁林詩島終端站。其中海底電纜為500kV 交流傳輸線，輸送最大功率為600 MW，單根全長31km，共3根。另外，每相海底電纜外部并行捆綁一條海底光纜，每條光纜含12芯光纖，主要用于南方電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸、泵站監(jiān)控、海纜溫度監(jiān)測等通信。500kV 海底電纜為自容式充油海纜，共由15層組成，包括銅導(dǎo)體、絕緣層、鉛合金護套、內(nèi)護層、鎧裝和外護層等。

2 海底電纜運行風(fēng)險

瓊州海峽位于海南島和雷州半島之間，為我國第三大海峽，是我國南海北部通往北部灣的必經(jīng)航道，西可通向洋浦、八所、北海、欽州、防城及越南的海防、鴻基等港口，東可通往湛江、廣州、深圳、香港等地，北有雷州半島南岸的海安等港，南有海南島北岸的?？凇ⅠR村等港，交通繁忙，海峽內(nèi)過往船舶數(shù)量巨大。據(jù)海南海事局統(tǒng)計，2009年總噸500t以上過往船舶為131 757艘，日船舶流量360余艘次。

統(tǒng)計資料表明，95%的海纜損壞是人類進行漁業(yè)、航運等活動期間造成的［1］。瓊州海峽的船舶過往數(shù)量巨大，同時海峽內(nèi)漁業(yè)活動密集，廣東和海南兩側(cè)存在大量未登記的“黑船”，其守法意識差，違規(guī)作業(yè)現(xiàn)象較為多見。

截至2012年9月，海纜保護區(qū)附近2nmi內(nèi)船舶拋錨事件已達51起，其中海纜保護區(qū)內(nèi)發(fā)生8起。已確認的51起拋錨事件中，因天氣原因拋錨31起（風(fēng)浪28起、霧天3起），因機械故障拋錨12起，未知原因拋錨8起。從已統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，天氣原因占61%，船只機械故障占24%，未知原因占15%。

2.1 天氣

瓊州海峽年平均風(fēng)力6級以上的大風(fēng)天數(shù)為172天，其中風(fēng)力8級以上的大風(fēng)天數(shù)為15.5天。每年4—9月多東南風(fēng)，一般風(fēng)力3～4級；10月—次年4月，伴隨寒潮過境，常有5～6級強北風(fēng)和東北風(fēng)；8—9月經(jīng)常出現(xiàn)8～9級以上的陣風(fēng)，來勢兇猛，時間短，不易預(yù)報；5—11 月為臺風(fēng)季節(jié)，其中7—9 月熱帶風(fēng)暴、強熱帶風(fēng)暴和臺風(fēng)的影響最為嚴(yán)重，在這期間從正面襲擊海峽及附近海域的熱帶風(fēng)暴、強熱帶風(fēng)暴和臺風(fēng)年平均約有5～6次，最大風(fēng)力在12級以上，最大風(fēng)速曾達58m/s。

2.2 水文

受海峽西側(cè)狹管效應(yīng)作用，瓊州海峽海流流速大、流向復(fù)雜。表層海水的流動主要受季風(fēng)控制形成南海季風(fēng)漂流，底層海流受海床地形、海岸等因素影響與表層有較大差異。海纜路由區(qū)域表層最大海流流速高達2.86m/s（5.5節(jié)），底層流速最大為1.98m/s（3.8節(jié)），為我國海流流速最大、流向復(fù)雜的海域之一。中小型船舶在大潮汛期逆行時，為避免船舶出現(xiàn)危險和節(jié)省燃油，多選擇拋錨等待轉(zhuǎn)流順?biāo)罄^續(xù)前行。

2.3 瓊州海峽錨害嚴(yán)重

根據(jù)瓊州海峽海底地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，海纜路由上有各類明顯的拖錨痕跡，拖錨的痕跡不僅出現(xiàn)在東西向的航道區(qū)域，也出現(xiàn)在南北向的縱向區(qū)域，并且不同水深區(qū)域均有錨痕（圖1）。

圖1 海南聯(lián)網(wǎng)工程海纜路由錨痕圖

海纜路由區(qū)域南嶺側(cè)的角尾灣（海纜路由KP1～KP10 區(qū)段），由于其水深適中，避風(fēng)性能良好，且多為泥沙底質(zhì)，成為過往船舶臨時拋錨和避風(fēng)的天然場所。2010年5月16日“臨興269號”貨船機械故障和6月26日“桂北漁33018號”漁船海流大均在角尾灣（海纜路由區(qū)域）拋錨。

瓊州海峽西側(cè)主航道位于海纜路由KP10～KP20區(qū)段，在強對流天氣時，船舶為保證船舶安全會拋錨避風(fēng)。2010年3月25日，巴拿馬籍貨船“龍洲號”（總噸4 000t，錨重2.0t）在距離A 相海纜西側(cè)9m 處因大風(fēng)緊急拋錨避風(fēng)。

船舶拋錨對海纜造成的損害，包括拋錨時錨具對海纜的破壞和拖錨時錨齒鉤掛海纜后對海纜的破壞，最終導(dǎo)致海纜損壞。瓊州海峽船舶多配備較為先進的拖曳嵌入式錨（A、B型霍爾錨），極少使用重力錨，對海纜傷害的風(fēng)險也更大。

2.4 拋錨規(guī)律

（1）拋錨事件主要集中于南嶺側(cè)#3～#4浮標(biāo)附近。1）南嶺側(cè)水深較淺，海床地勢平緩，屬于天然錨地，且附近環(huán)繞諸多漁場，在沒有海底電纜之前，北部海纜路由附近即為附近漁船錨泊之地，故拋錨事件多集中于此。2）南嶺側(cè)路由向西約3nmi左右，即為北部灣進入瓊州海峽的航道，受“狹管效應(yīng)”影響，流速較大且方向多變，如天氣稍差，進入瓊州海峽的小型漁船為保證安全，基本會選擇拋錨避風(fēng)，此處即#3～#4浮標(biāo)。

（2）受天氣影響，拋錨事件發(fā)生頻率呈現(xiàn)周期性。1）一般來說，拋錨事件的發(fā)生很大程度上是由天氣原因造成的，天氣惡劣時，拋錨事件會相應(yīng)增多。在2012年度發(fā)生的45起疑似拋錨事件中，有32起經(jīng)現(xiàn)場確認已拋錨，其中由于拋錨避風(fēng)、大霧、洋流等自然因素直接導(dǎo)致無法航行的有17起，由于天氣原因?qū)е聶C械故障間接影響航行的有8起，占全部拋錨事件的近6 成。2）通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我們能夠發(fā)現(xiàn)1—4月是拋錨事件的高發(fā)期。在2012年1—9 月的數(shù)據(jù)分析中，前4 月拋錨事件占據(jù)了近70%。分析原因如下：1—4月通常為傳統(tǒng)節(jié)氣春節(jié)前后，過峽船舶貨運流量較大，且航行時間集中；春節(jié)前后，瓊州海峽海況屬全年較為惡劣的時段，洋流湍急，船只緊急避風(fēng)拋錨的情況較多。

3 海纜監(jiān)控系統(tǒng)簡介

海纜監(jiān)控系統(tǒng)由中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局?？诜志肿灾餮邪l(fā)完成，由海底電纜監(jiān)視系統(tǒng)、海底電纜決策系統(tǒng)、海底電纜控制系統(tǒng)、海底電纜輔助系統(tǒng)四大系統(tǒng)統(tǒng)一構(gòu)成。該系統(tǒng)集硬件、軟件于一身，實現(xiàn)對500kV 海底電纜的全方位監(jiān)控，以保海底電纜安全。

3.1 海底電纜監(jiān)視系統(tǒng)

海底電纜監(jiān)視系統(tǒng)主要包括海纜保護區(qū)雷達（PRS）監(jiān)視模塊、船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）模塊、近岸視頻監(jiān)視模塊、水文氣象檢測（RMS）模塊、數(shù)據(jù)庫模塊，其主要作用在于對海底電纜進行多元化監(jiān)視。

3.2 海底電纜決策系統(tǒng)

根據(jù)風(fēng)險評估模塊對船只風(fēng)險的評估以及風(fēng)險評估結(jié)果的等級，啟動對應(yīng)預(yù)警，彈出預(yù)警短信模板，自動調(diào)出事先編制導(dǎo)入的應(yīng)急處置預(yù)案和操作表單，指導(dǎo)監(jiān)視值班人員快速高效地開展應(yīng)急處置工作。

3.3 海底電纜控制系統(tǒng)

海底電纜控制系統(tǒng)應(yīng)用于海底電纜保護區(qū)內(nèi)發(fā)生船舶船速異?；驋佸^事件時海纜運維部控制事件，可分為海纜保護區(qū)無人機（UAV）干預(yù)模塊、甚高頻（VHF）通訊模塊、應(yīng)急處置船舶模塊。

3.4 海底電纜輔助系統(tǒng)

海底電纜輔助系統(tǒng)為整個500kV 監(jiān)控系統(tǒng)提供輔助設(shè)備支持，由顯示設(shè)備、錄音設(shè)備、拍照設(shè)備、值班電話等設(shè)備共同組成。

4 風(fēng)險預(yù)控要素分析

海底電纜決策系統(tǒng)分為拋錨風(fēng)險決策與擱淺風(fēng)險決策。拋錨風(fēng)險決策為對海纜監(jiān)視警戒區(qū)以及海纜保護區(qū)通行的船只進行風(fēng)險預(yù)判，判斷過往船舶對海纜安全生產(chǎn)可能造成的拋錨風(fēng)險。擱淺風(fēng)險決策為對海纜監(jiān)視警戒區(qū)以及海纜保護區(qū)通行的船只進行風(fēng)險預(yù)判，判斷過往船舶對海纜安全生產(chǎn)可能造成的擱淺風(fēng)險?；诤＠|所處的作業(yè)環(huán)境惡劣，埋在海底人眼不能直接看見以及國內(nèi)船舶作業(yè)不規(guī)范、海纜維修成本巨大等特點，在風(fēng)險決策時不僅要考慮海纜本身的電力屬性，還要考慮到其周邊環(huán)境的人為、環(huán)境屬性。

基于多年的海纜運維數(shù)據(jù)及人員經(jīng)驗，風(fēng)險預(yù)控主要需考慮以下幾個要素：（1）船舶位置：船舶與海纜之間的距離決定它對海纜造成拋錨損害的可能性，如其在海纜正上方拋錨，則風(fēng)險巨大。（2）船舶速度：在海纜監(jiān)控系統(tǒng)界面上不能直接判別船舶是否拋錨，但可以間接通過船舶速度來預(yù)判船舶拋錨的可能性，如船舶速度低于0.5 節(jié)，該船舶拋錨的可能性比較大。（3）船舶速度變化：船速驟降，該船舶可能發(fā)生主機故障等險情，拋錨的可能性比較大。（4）錨重：船舶的錨越重，其對海纜的傷害越大。有些船舶錨等信息不能通過AIS預(yù)知，只能通過該船的船長、船寬、船舶性質(zhì)、總噸等信息計算得到。（5）風(fēng)速、潮流、潮汐、降水量：海纜所處的周圍環(huán)境對海纜本體、船舶、漁網(wǎng)作業(yè)影響較大，天氣惡劣時，船舶拋錨、定置網(wǎng)等漁網(wǎng)移動的可能性增加，海纜受外力破壞風(fēng)險增大。（6）電壓、電流、油壓、油流：海纜本身的電氣特性能反映海纜目前的工作狀態(tài)。如滿載工作時應(yīng)將海纜受外力破壞的風(fēng)險提高一個級別，如此時海纜損壞可能導(dǎo)致電網(wǎng)解列等惡劣的社會影響。（7）黑名單：已經(jīng)在海纜監(jiān)視告警區(qū)拋錨或船速異常的船舶將計入黑名單，該船舶出現(xiàn)在海纜監(jiān)視告警區(qū)時將格外關(guān)注。（8）白名單：常年在海纜監(jiān)視告警區(qū)周邊作業(yè)，但船錨較小、知曉海纜位置且不在海纜保護區(qū)內(nèi)作業(yè)的漁船可納入白名單，即使低速也不告警。（9）船舶吃水與海纜所處位置水深的相對關(guān)系：判定船舶擱淺風(fēng)險時，可根據(jù)船舶當(dāng)前航線做延長線與三相海纜及左右500m 邊界相交，共得到5個交點，計算5點中水深最低點位置船舶是否擱淺。

5 結(jié)論

通過上述數(shù)據(jù)分析，建議風(fēng)險決策計算時應(yīng)當(dāng)考慮如下因素：船舶位置、船舶速度、船舶速度變化、錨重、風(fēng)速、潮流、潮汐、降水量、電壓、電流、油壓、油流、黑名單、白名單、船舶吃水與海纜所處位置水深的相對關(guān)系。

［1］曹火江.海底電（光）纜的保護和管理［J］.電線電纜，2006（3）：34－38.