摘要：国网莆田供电公司积极响应国网公司智能运检体系构建要求，针对海缆区界非法采砂、拖锚等现象引起的外破隐患。通过先进的智能技术手段来掌握海缆上方过往船只的航行状况，对可疑船舶及时发现并报警。同时，也为事后海缆外破提供索赔佐证依据。本论文对国网莆田供电公司研发建设的海缆区界智能防外破监控系统，其研发过程、创新点、应用成果等进行介绍，为输电海缆防外破技术应用提供有益经验参考。
关键词：海缆；智能监控；防外破；联动控制
1. 引言
随着海洋开发及高电压等级海底电缆的大量应用，海缆受船舶锚害等的外力破坏，造成海缆中断、海上风电停运、海岛大面积停电等事故频发。若海缆遭受损害则修复十分费时，在耗费大量的财力和物力的同时，对电网的安全供电也造成重大负面影响。因此，对海缆进行有效的在线智能监测监控十分必要。
2.海缆外破现状
2014年至2017年，莆田供电区先后发生7起海缆外破故障。其中35千伏海缆外破故障5起，10千伏海缆外破故障2起。海缆故障往往受海况影响无法及时抢修，严重危及岛屿供电安全。其中35kV海缆区界位处码头与岛屿之间的重要航道，船舶非法采砂和锚停、拖锚现象频繁，一度因船舶外破直接造成海缆损伤，从而造成重大经济损失。
3.研发思路
通过改造智能视频系统对海缆保护区界过往船只实现智能识别并判断物体的体积；结合目标区域船只的AIS定位信息和雷达波反射信号来判断其方向和移动速度；再根据事先在系统设置中对水域范围的划分来判断目标对象侵入的方位。陆岸的视频摄像头根据得到的预置位进行转向并录像，形成有效证据，从而实现对危害到海缆周边物体的智能分析。
4.研发建设过程
4.1 现场监控房建设
为有效关注保护区域位置的海域及船舶航行情况，确保海缆周围海域、航道环境的全方位监测，将监测设备及观测位置选址在左侧海缆的入海口位置。建立一座专门用于海缆周边及周边航道的海缆监控站，所有硬件设备安装部署在现场。该地点距离事故频发海域距离约有3公里距离，满足各设备的监测距离范围要求。站房主体需能够抗台风、抗震，并采用防盐密腐蚀材料，并考虑防雷措施。房屋顶立杆，杆上安装雷达天线、GPS天线、VHF天线和光电设备；屋内为主控制室，用于放置机柜、UPS、办公桌椅、服务器及网络设备、以及配套附属设施等物件。
4.2智能监控系统架构
AIS船舶识别子系统：由船台、基站组成，可用于船舶等运载工具的精确跟踪，船台可向他船及基站自动播发本船的动态信息（船位、航速、航向等）、静态信息（船名、目的港等）、航次信息和安全短消息等相关资料，同时也可自动接收他船及基站的资讯。通过在海缆观测站现场安装部署AIS基站设备，AIS接收在VHF有效作用距离之内的船舶信息，包括对应的船名、呼号、MMSI 注册号以及航向、航速、CPA、TCPA 等重要的航行信息。
海事雷达监控子系统：用于在目标海域船舶未安装AIS、或AIS处于关闭状态的情况下无法捕捉船舶信息的情况下使用。雷达探测系统在工作过程中，可对视距外的海面和低空目标进行搜索，发现进入搜索范围的目标、跟踪目标、建立目标的航行轨迹，具有对目标航向、航速等运动属性的测量功能，同时可接收并显示AIS数据信息，实现监测区域内的全面覆盖。
远程智能视频监控子系统：用于对区域内船舶或其他物体的活动情况进行监控，采用可见光、红外热成像和激光补光技术相结合的光电集成技术。主要利用高清透雾镜头对目标船舶进行远程监视、跟踪、拍照和录像取证，热成像镜头主要用于夜间。视频监控设备在对船舶实施监控过程中，实现并与其他系统（雷达、AIS）配合联动，进行场景拍照、录像、远控等功能。视频监控可实现这些功能：现场实时视频查看；有限时间段的历史视频记录和回放；与AIS视频联动，报警位置视频的永久保存。
语音电台子系统：为了对海缆保护区范围内的船舶实施报警通知，在海缆观测站配备有超高频（VHF）电台通讯设备和远程语音喊话设备。根据国际航海要求，大型船舶上均需安装有固定通讯频率的船载通讯电台用于紧急通讯，当船舶进入海缆保护区且有锚停现象时，系统将自动触发设定的语音消息通过电台设备将告警信息发送到目标船舶，如目标船舶未安装电台设备，或因其他原因未能启用电台设备，则还可通过远程高音喇叭设备将预设语音向目标海域传送，必要时可远程进行现场喊话。
海图平台：通过电子海图展示技术可将海缆路由及周边环境的地理信息进行专业化展示，在电子海图上可将雷达、AIS、水文、气象、海缆本体监测等各类动态数据实现统一展示、管理和应用，电子海图的核心是地理信息系统在海事领域的应用。通过电子海图，可将海缆的各类监控信息、异常点位置，船舶航行轨迹、海缆保护区、监控装置安置点等信息在地图上融合展示，并可在地图上直接进行监测数据查看、距离跟踪、视频调用等操作。
海缆综合监控子系统：海缆综合监控子系统主要由服务器、应用软件、各种网络设备等组成。系统通过约定的数据格式和通讯规范，实时采集前端AIS、海事雷达、视频图像等设备装置的各类数据信息，并对数据进行统一的分析和处理，给出综合性的诊断结果，并将各种数据结果综合展示。
综合监控模块由区域地图信息展示、实时目标展示、实时航迹查看、目标报警处理、目标视频对准等功能组成。
图-1海缆区界智能监控系统界面
5.智能监控应用成果
国网莆田公司通过雷达、AIS和高清视频监控设备，并结合先进的信息通讯和数据分析处理技术研发实现的海缆智能监控系统。实现了对海缆周边海域的全天候多方位的实时在线监控，以及对船舶的历史航行轨迹进行查询和分析。从而实现对船舶外破的情况实时监视、实时分析和实时记录，为海缆的外破索赔提供了第一手佐证资料。
2017年9月系统投运至今，值班人员通过系统应用，在海缆保护区内已发现多起船只非法采沙作业现象，通过系统实时监测到的船舶经纬度、航迹、拍照等佐证资料，共发现和确认采砂船非法作业6起，其中在海缆保护区内发现5起，保护区外发现1起，向海事及政府报警处置5起，成功制止了非法船舶对海缆本体的进一步危害。
论文作者:林松青
论文发表刊物:《电力设备》2018年第12期
论文发表时间:2018/8/9
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