引言

海底電纜是用絕緣材料包裹的導線,敷設在海底及河流水下,用于電信傳輸。現(xiàn)代的海底電纜都是使用光纖作為材料,傳輸電話和互聯(lián)網(wǎng)信號。全世界第一條海底電纜是1850年在英國和法國之間鋪設的。海底電力電纜主要用于水下傳輸大功率電能,與地下電力電纜的作用等同,只不過應用的場合和敷設的方式不同。隨著島嶼發(fā)展建設,架設海底電纜向島嶼供電,全面提升島嶼電能質量成為大勢所趨。

江門管轄從大陸通向川島的海底電纜,因為電纜位于海底,海下暗流涌動,電纜存在難以定位的問題,同時海水沖刷會導致海底電纜的路徑偏移,而大型船只路過時,向海底拋錨又容易造成對海床面下海底電纜的外力破壞擊穿,這樣就導致出現(xiàn)故障難以發(fā)現(xiàn)故障點所在位置?？紤]到海底電纜敷設在海床面下2～3m,海底電纜的鎧裝層由鋼材質構成,且出現(xiàn)的故障以過往船只向海底拋下的錨等大型金屬物體造成的電纜破壞為主,以此實際運行環(huán)境為基礎[2],考慮運維人員使用長距離傳輸線向無人潛水器供電和信息交互,使運維人員在水面上就能準確發(fā)現(xiàn)海底電纜的路徑和故障情況,極大地降低了巡視難度,提高了工作效率[3]。

1路徑和故障識別的依據(jù)

電力電纜的基本結構包括線芯(導體）、絕緣層、屏蔽層和保護層四部分,其中線芯是電力電纜的導電部分,用來輸送電能:絕緣層是將線芯與大地以及不同相間的線芯在電氣上彼此隔離,保證電能輸送:保護層是保護電力電纜免受外界雜質和水分的侵入以及防止外力直接損壞電力電纜。不論什么類型的海底電纜,其保護層都位于最外側,是防止魚蝦啃食、海床面外力破壞的直接措施,都是鋼護層。而海底電纜的敷設往往在海床面下3m以內的深度,這個深度可以保證電磁感應能夠有效地發(fā)現(xiàn)海床面下的鋼護層。

同時,經過調查研究,海底電纜出現(xiàn)故障絕大多數(shù)是源于船只拋錨,大型金屬錨對海底電纜外護層帶來的損傷會直接導致接地故障,因此對于這類金屬的識別同樣可以使用金屬探測:另一方面,對于海底的這種大型障礙物,使用聲吶配合水下攝像頭的組合可以在發(fā)現(xiàn)物體的同時完成探測。

2電磁感應識別

電磁感應現(xiàn)象是指因磁通量變化產生感應電動勢的現(xiàn)象,例如,閉合電路的一部分導體在磁場里做切割磁感線的運動時,導體中就會產生電流,產生的電流稱為"感應電流",產生的電動勢(電壓）稱為"感應電動勢"。

運用電磁感應原理,在高頻信號發(fā)射線圈的作用下,感應垂直方向下的金屬物體,當進入海底電纜敷設路徑時,高頻信號發(fā)射線圈將感應到鎧裝層的金屬,接收線圈反饋微電流給感應電路,由于海底電纜的敷設在海床面下2～3m,這種探測將能很明顯地感應到鎧裝層的位置,以此搜索海底電纜路徑。但電磁感應線圈不能直接暴露在海水中,因此將電磁感應線圈鑲嵌在橡膠中,用一層較薄的橡膠覆蓋在電磁感應線圈表面,既不會影響磁力線,又能保護線圈不受腐蝕,起到一舉兩得的作用。

如圖1所示,小型潛水器搭載電磁線圈進行電磁感應識別,電磁感應線圈在遙控器的控制下向垂直下方發(fā)射高頻電磁波,當處于海底電纜鎧裝層的正上方時就會在電磁感應的作用下向地面端返回信號。

圖1海底電纜路徑故障探測儀金屬探測示意圖(單位:cm）

當海面端連續(xù)探測到金屬信號時,海面端控制器識別信號后,提示向四周移動,當識別信號突然消失移動,控制器就提示到達海底電纜路徑邊緣,提示反向移動,運維人員將潛水器向四周移動,通過控制器的提示即可探測出此時海底電纜的占地范圍,通過四周移動可探測出海底電纜的走向,在海面端的控制器向運維人員發(fā)出提示,便于運維人員發(fā)現(xiàn)海底電纜路徑的金屬探測范圍。

3聲光效應識別

通過聲光效應,以聲吶探測儀發(fā)出的聲信號和無人潛水器攝像頭的可見光信號探測海床面存在的大型金屬物體,判斷海底電纜敷設路徑上是否存在安全隱患。

搭載在潛水器上的聲吶裝置可以監(jiān)測到大型外破物體的外形,進而使運維人員發(fā)現(xiàn)外破點的發(fā)生處:在電磁感應裝置上加裝的水下高清攝像頭則可以發(fā)現(xiàn)外破裝置的影像,這種從電磁感應平面發(fā)現(xiàn)外破點的方式降低了水下觀測點遺漏了對外破物的觀測的可能,在搜索到海底電纜路徑的同時,可以在需要快速查找故障點時及時有效發(fā)現(xiàn)外破物。

4故障識別

當通過路徑檢測找到海底電纜路徑后,逐步向對岸行駛的過程中,會越來越靠近故障點,在接近故障點時,聲吶可以探測到潛水器前進路程中的大型障礙物,在探測到大型障礙物后,使用金屬探測攝像頭能確定是否為故障點。因為在海底電纜路徑上,所以可以保證發(fā)生外破故障后探測到的路徑上的大型障礙物是后來插入該區(qū)域海床面的,也就一定是外破引發(fā)物,進而確定外破點,可以針對性地進行故障消缺工作。

5結語

綜上所述,本文提出的海底電纜路徑故障探測儀通過識別海底電纜鎧裝層的方式,使用金屬探測,配合海面端的控制器提示和微型無人潛水器,即可有效探尋到海底電纜的路徑:通過聲吶和搭載在電磁感應識別裝置上的水下攝像頭可以觀測到電纜路徑上已發(fā)生的外破故障點情況,通過聲吶定位和水下攝像頭水平角度的探測、分析,可以定位故障點,實現(xiàn)精準定位消缺。本技術具有經濟、輕便、操作難度低的優(yōu)點,值得運用推廣。