（中海油能源发展装备技术有限公司装备电仪控中心 天津市 300452）
摘要：随着中海油的不断发展，海上石油平台数量逐年增多，并且随着电力组网的发展，电力系统出现了复杂化的趋势，海底电缆数量逐年增多。对于没有独立发电站的海上石油井口生产平台，海底电缆作用尤为突出，其等同于发电机。
关键词：中海油；海上石油平台；海底电缆；
对于完成发电站并网的油田电力系统来说，海底电缆是整个平台电网的生命线，关系到整个电网的稳定运行。
由于海底电缆的重要作用，无疑已经成为了海上石油平台电网中一个关键的电气设备。目前海底电缆没有在线监测的手段，只是在海底电缆发生故障后由继电保护跳闸，而不能在海底电缆故障初期发现问题，由此，如何保证海底电缆的运行可控，维护有序，成为了我们亟待解决的课题。
1、海底电缆特性
（1）长度大，重量大——长度从几公里到几十公里，重量动辄上百吨；
（2）造价高，周期长——几百万至上千万，生产周期长；
（3）工程风险高——动用工程船舶，施工风险及对已有设施风险高；
（4）维修难度大——维修难度等同于新建敷设工程。
复合海底电缆工作时主要有两类原因引起损坏：一是海底电缆本身质量、负载、电流等内部原因引起的热击穿；二是由于渔船抛锚、地质形变等外力引起的物理断裂。据可查数据，热击穿及外力造成的损害占海底电缆损坏70%以上。曾经，海底电缆的安全处于听天由命状态：敷埋之后没有任何监测手段，直到出现故障或海上石油平台退出生产为止。
2、光电复合电缆在线监测设备设计原理
随着光纤技术的不断进步，复合海底电缆中的单模通信光纤除担当通信任务外，还可以用于温度、应力变化传感，通过监测光纤布里渊散射频谱偏移量的大小，结合温度场、应力场有限元建模所得数据库，能够实现对海底电缆温度、应力的在线、实时、分布式监测。此外，基于激光干涉原理能够对振动信号监测与定位，实时监控传感光缆的振动信息，对破坏传感光缆及入侵传感光缆安装介质安全进行有效预警。监测系统引入谐波测试仪获取平台电源质量参数，用于辅助分析海底电缆安全状态。
（1）利用复合海底电缆中的冗余光纤不改变现有结构无需增加传感器。
（2）利用光纤的布里渊散射原理，实施分布式监测海底电缆的温度及应力变化。（温度应力监测设备-BOTDA）
（3）利用光纤的相位敏感光时域反射原理，实施分布式监测海底电缆的扰动变化。（扰动监测设备）
（4）监测方式为在线连续实时，可以预先发现海底电缆的故障隐患和故障趋势，防止事故突发所带来的被动影响。
5、设备接线
（1）BOTDA设备需要直接将监测复合电缆的单模光纤引入到设备中，每根复合电缆需要引入2根光纤，同时要将对侧处复合电缆的光纤进行熔接（2根熔接在一起，形成一条完整的回路）。BOTDA设备能够同时监测三条海底电缆，但每条海底电缆的长度不能超过50千米。
（2）扰动设备需要直接将监测复合电缆的单模光纤引入到设备中，每根复合电缆仅仅需要引1根光纤，以实现对扰动的监测。扰动设备能够同时监测三条海底电缆，但每条海底电缆的长度不能超过50千米。
（3）对于谐波测试仪，则需要从复合电缆的进线配电盘柜中的CT、PT二次侧引信号，对于PT二次侧直接进行并联即可，对于CT二次侧则需要进行串联采集。
（4）从外部引一根电源线给所有设备进行供电。
6、整体系统界面展示
所有硬件连接完成之后，便可以在软件界面上面显示复合电缆的信息了：
在应用软件界面上面，可以直观的展现海底复合电缆的实时温度、应力曲线，扰动检测信息，电能质量监测信息等数据信息，可以为复合电缆在海底的运行安全状态提供可靠的数据支持，方便操作人员进行分析。
具体软件功能概括如下：
实时运行数据查看：包括温度/应变，扰动。
由于海底电缆局部破损，材料局部不均匀，材料局部老化，制造工艺缺陷等原因，会导致海底电缆热穿孔；而海床移动，锚害，渔具拖拉等原因会导致应变异常。因此需要对海底电缆温度/应变异常进行监测。
由于锚害，撞击，地震等原因会导致海底电缆扰动，因此要对海底电缆扰动进行监测。
以上两种监测中，海底电缆温度/应变异常监测和海底电缆扰动监测都是分布式的。
预警设置：对温度、扰动。
边界条件配置：对不同边界环境的海底电缆进行配置。
报表管理：提供实时监测数据的Excel报表输出，报警记录输出等。
运行设置：磁盘管理，启动设置，密码管理等系统基础设置。
历史数据分析：包括历史数据查看，趋势分析，历史报警数据查看。
月度报表功能：统计指定月份的运行状况，实现word报表自动输出。
7、应用过程中发现的问题
光电复合电缆监测设备目前在海上石油平台当中已经有了很广泛的应用案例，也发现了许多问题，比如海底电缆浅埋问题：
通过监测点横向对比的方式，可以明显地发现海底电缆填埋情况。当海底电缆浅埋的时候，浅埋处的温度和深埋处的温度肯定是不一样的，这一点可以如上图所示。
图上标记点就是海底电缆浅埋处，这一点就可以进行横向比较，浅埋处的温度与深埋处的温度存在很大差异。而且，随着时间的流逝，海水流动带动海泥流失，会造成浅埋处范围扩大的情况，这些都可以直观的查看出来。如果长时间观察浅埋处的温度，查看距离是否在变化，就可以推断出浅埋范围是否扩大了。这是光电复合电缆监测设备在海上石油平台中应用最常见的一个案例。
通过查看历史数据的方式，可以看到当电缆击穿时，温度曲线变化。在不同时刻的温度波形中，只有在击穿位置温度随着时间的推移不停的上升，其他位置的波形基本是重合的。可以明显看到击穿位置所在的距离，这样就使得维修具有针对性，减少查看整条电缆的工作量。
8、结束语
目前，光电复合电缆监测设备已在海上石油钻井平台当中投入使用并大力实施推广中，针对海底复合电缆问题时最好扰动，应力，温度三位一体进行分析。这就好比如果船锚撞击到海底电缆了，扰动监测就会报警；当船锚开始钩到海底电缆并使其受力了，应力监测就会报警；当海底电缆被船锚刮破漏电击穿了，温度监测就会报警。总之，三位一体进行辨识，准确率更高。
参考文献
赵晓东-《布里渊光时域反射光纤传感技术若干问题研究》，南京大学
周灵、安博文、陈元林、刘频频-《复合海缆在线监测系统上位机软件设计》，上海海事大学李毅-《复合海底电缆在线状态监测系统应用研究》，华北电力大学
作者简介：
刘旭东（1990.5.2），男，天津人，民 族：汉
职称：助理工程师，学历：大学本科。
论文作者:刘文彪,刘旭东,韩应发
论文发表刊物:《电力设备》2017年第5期
论文发表时间:2017/5/27
标签：电缆论文; 海底论文; 温度论文; 在线论文; 光纤论文; 设备论文; 应力论文; 《电力设备》2017年第5期论文;