高東明，陳航偉，朱德高

（中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司 廣州局，廣東 廣州 510405）

0 引 言

瓊州海峽500 kV高壓海底電纜輸電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了海南電網(wǎng)與南方電網(wǎng)主網(wǎng)的成功連接，結(jié)束了海南省電力孤島的歷史，解決了海南電網(wǎng)大機(jī)小網(wǎng)的問題，提升了海南電網(wǎng)的供電質(zhì)量。海底電纜作為該系統(tǒng)的核心設(shè)備，直接影響該輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，需定期探測(cè)海底電纜，了解海底電纜的本體狀態(tài)及其運(yùn)維環(huán)境，并依據(jù)探測(cè)數(shù)據(jù)制定有針對(duì)性的運(yùn)維策略。

由于海底電纜的重要作用，海底電纜停運(yùn)維護(hù)時(shí)間必須嚴(yán)格控制。然而，限于檢測(cè)設(shè)備技術(shù)要求，歷次海底電纜檢測(cè)均需將海底電纜停運(yùn)，停運(yùn)期間海南電網(wǎng)與南網(wǎng)主網(wǎng)解列運(yùn)行，風(fēng)險(xiǎn)陡增，且海底電纜檢測(cè)對(duì)海況時(shí)間窗口要求苛刻，周期長(zhǎng)，與實(shí)際停電檢修時(shí)間窗口配合困難。因此，探索海底電纜帶電檢測(cè)對(duì)于瓊州海峽500 kV高壓海底電纜輸電系統(tǒng)意義重大。

1 普通TSS350工作原理及應(yīng)用

英國(guó)Teledyne TSS公司是世界上最著名的傳感器和探測(cè)系統(tǒng)的供應(yīng)商，該公司生產(chǎn)的子午線羅經(jīng)是世界上第一套獲得IMO、Wheelmark及HSC認(rèn)證的電羅經(jīng)。該公司生產(chǎn)的被動(dòng)型TSS350電纜探測(cè)系統(tǒng)是世界上最先進(jìn)和可靠的水下管線和電纜探測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了無源被動(dòng)接受特定頻率信號(hào)的方式，通過采用高精度的信號(hào)隔離技術(shù)在保證連續(xù)跟蹤的同時(shí)精確測(cè)量海底載波電纜的精確埋深，且不受地磁場(chǎng)和海底鐵磁物體的影響。此外，該系統(tǒng)可找尋海底電纜因意外而斷裂的位置點(diǎn)。

依據(jù)電磁感應(yīng)定律，交變電流產(chǎn)生同頻交變磁場(chǎng)。在海底電纜上添加特定頻率的交變電流，海底電纜周圍會(huì)產(chǎn)生同頻交變磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)通過探測(cè)線圈產(chǎn)生同頻交變電壓。探測(cè)線圈與海底電纜平行時(shí)，探測(cè)線圈的輸電電壓為零；探測(cè)線圈與電纜垂直時(shí)，輸出電壓最大；探測(cè)線圈與海底電纜成某一夾角時(shí)，輸出電壓介于零和最大值之間。若采用兩個(gè)相互垂直的探測(cè)線圈組成的線圈組（以下簡(jiǎn)稱為十字線圈組）進(jìn)行探測(cè)，十字線圈組與海底電纜的夾角可由兩個(gè)相互垂直探測(cè)線圈的輸出電壓比得出，具體如圖1所示。

圖1 探測(cè)設(shè)備與海底電纜夾角示意圖

TSS350的核心部件即為兩個(gè)十字線圈組，如圖2所示。

圖2 利用線圈組探測(cè)電纜埋深示意圖

兩個(gè)十字線圈組距離D已知，兩個(gè)線圈組各自與海纜的夾角α1、α2可由各自輸出電壓比推出。由三角函數(shù)關(guān)系可知：

由式（1）可知，D1和D2的具體值，進(jìn)而推出海纜埋設(shè)深度。

當(dāng)為設(shè)備供電的電流頻率與信號(hào)電流頻率相同或者是信號(hào)電流頻率整數(shù)倍時(shí)，會(huì)產(chǎn)生干擾情況，應(yīng)注意避免[1]。

2 TSS350改造

普通TSS350系統(tǒng)對(duì)探測(cè)信號(hào)源的強(qiáng)度要求，致使500 kV高壓海底電纜自帶的電流強(qiáng)度遠(yuǎn)大于普通TSS350所能接受的飽和強(qiáng)度。因此，為達(dá)到理想探測(cè)效果，需將被探測(cè)電纜停運(yùn)，然后額外加載不超過0.5 A且適合普通TSS350線圈探測(cè)用的交流電源。普通TSS350的缺陷給海底電纜探測(cè)帶來極大不便，一方面為保障海南電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定，電網(wǎng)調(diào)度嚴(yán)格限制海底電纜的停運(yùn)時(shí)間窗口和時(shí)長(zhǎng)，另一方面海底電纜探測(cè)本身對(duì)海況要求苛刻，而海況合適的時(shí)間窗口與調(diào)度允許的停電時(shí)間窗口往往難以匹配。因此，亟需一套能在海底電纜帶電狀態(tài)下進(jìn)行實(shí)時(shí)探測(cè)的設(shè)備。

通過與英國(guó)Teledyne TSS公司合作，在南方電網(wǎng)超高壓公司最新采購(gòu)的中車艾森迪上海公司Atom 08水下機(jī)器人上配備了一個(gè)特制TSS350系統(tǒng)。該系統(tǒng)的線圈通過縮小信號(hào)放大比例，使500 kV高壓海底電纜自帶電流的強(qiáng)度在改造后的TSS350允許范圍內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)帶電500 kV高壓海底電纜的實(shí)時(shí)探測(cè)；同時(shí)為保證不受被探測(cè)帶電高壓電纜電流50 Hz頻率的影響，水下機(jī)器人采用了60 Hz的頻率。

搭載改造后TSS350系統(tǒng)的水下機(jī)器人在帶電運(yùn)行的500 kV高壓海底電纜路由區(qū)域#6航標(biāo)附近進(jìn)行了2次實(shí)地探測(cè)，坐標(biāo)分別為海試點(diǎn)1：N 20°02′23.15″，E 109°57′10.8″；海試點(diǎn)2：N 20°02′4.66″，E 109°57′7.96″。具體位置如圖3所示。海試結(jié)果顯示，電纜的位置和埋設(shè)深度與前三次探測(cè)的數(shù)據(jù)基本吻合。

圖3 海試地點(diǎn)示意圖

3 結(jié) 論

改造后的TSS350在在瓊州海峽跨海高壓輸電系統(tǒng)500 kV海底電纜帶電檢測(cè)項(xiàng)目中的成功應(yīng)用，使海底電纜的檢測(cè)作業(yè)不再受限于海底電纜本體的停電時(shí)間窗口限制，極大地提升了海底電纜檢測(cè)自由度，為海底電纜帶電檢測(cè)的常態(tài)化開展提供了技術(shù)和設(shè)備支撐。