引言

海底電纜是用絕緣材料包裹的導(dǎo)線,敷設(shè)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(hào)。全世界第一條海底電纜是1850年在英國(guó)和法國(guó)之間鋪設(shè)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(guò)應(yīng)用的場(chǎng)合和敷設(shè)的方式不同。隨著島嶼發(fā)展建設(shè),架設(shè)海底電纜向島嶼供電,全面提升島嶼電能質(zhì)量成為大勢(shì)所趨。

江門管轄從大陸通向川島的海底電纜,因?yàn)殡娎|位于海底,海下暗流涌動(dòng),電纜存在難以定位的問(wèn)題,同時(shí)海水沖刷會(huì)導(dǎo)致海底電纜的路徑偏移,而大型船只路過(guò)時(shí),向海底拋錨又容易造成對(duì)海床面下海底電纜的外力破壞擊穿,這樣就導(dǎo)致出現(xiàn)故障難以發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)所在位置?？紤]到海底電纜敷設(shè)在海床面下2～3m,海底電纜的鎧裝層由鋼材質(zhì)構(gòu)成,且出現(xiàn)的故障以過(guò)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(shí)際運(yùn)行環(huán)境為基礎(chǔ)[2],考慮運(yùn)維人員使用長(zhǎng)距離傳輸線向無(wú)人潛水器供電和信息交互,使運(yùn)維人員在水面上就能準(zhǔn)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(shí)別的依據(jù)

電力電纜的基本結(jié)構(gòu)包括線芯(導(dǎo)體）、絕緣層、屏蔽層和保護(hù)層四部分,其中線芯是電力電纜的導(dǎo)電部分,用來(lái)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(hù)層是保護(hù)電力電纜免受外界雜質(zhì)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(hù)層都位于最外側(cè),是防止魚蝦啃食、海床面外力破壞的直接措施,都是鋼護(hù)層。而海底電纜的敷設(shè)往往在海床面下3m以內(nèi)的深度,這個(gè)深度可以保證電磁感應(yīng)能夠有效地發(fā)現(xiàn)海床面下的鋼護(hù)層。

同時(shí),經(jīng)過(guò)調(diào)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(duì)海底電纜外護(hù)層帶來(lái)的損傷會(huì)直接導(dǎo)致接地故障,因此對(duì)于這類金屬的識(shí)別同樣可以使用金屬探測(cè):另一方面,對(duì)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(shí)完成探測(cè)。

2電磁感應(yīng)識(shí)別

電磁感應(yīng)現(xiàn)象是指因磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象,例如,閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)里做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生電流,產(chǎn)生的電流稱為"感應(yīng)電流",產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)(電壓）稱為"感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)"。

運(yùn)用電磁感應(yīng)原理,在高頻信號(hào)發(fā)射線圈的作用下,感應(yīng)垂直方向下的金屬物體,當(dāng)進(jìn)入海底電纜敷設(shè)路徑時(shí),高頻信號(hào)發(fā)射線圈將感應(yīng)到鎧裝層的金屬,接收線圈反饋微電流給感應(yīng)電路,由于海底電纜的敷設(shè)在海床面下2～3m,這種探測(cè)將能很明顯地感應(yīng)到鎧裝層的位置,以此搜索海底電纜路徑。但電磁感應(yīng)線圈不能直接暴露在海水中,因此將電磁感應(yīng)線圈鑲嵌在橡膠中,用一層較薄的橡膠覆蓋在電磁感應(yīng)線圈表面,既不會(huì)影響磁力線,又能保護(hù)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(jìn)行電磁感應(yīng)識(shí)別,電磁感應(yīng)線圈在遙控器的控制下向垂直下方發(fā)射高頻電磁波,當(dāng)處于海底電纜鎧裝層的正上方時(shí)就會(huì)在電磁感應(yīng)的作用下向地面端返回信號(hào)。

圖1海底電纜路徑故障探測(cè)儀金屬探測(cè)示意圖(單位:cm）

當(dāng)海面端連續(xù)探測(cè)到金屬信號(hào)時(shí),海面端控制器識(shí)別信號(hào)后,提示向四周移動(dòng),當(dāng)識(shí)別信號(hào)突然消失移動(dòng),控制器就提示到達(dá)海底電纜路徑邊緣,提示反向移動(dòng),運(yùn)維人員將潛水器向四周移動(dòng),通過(guò)控制器的提示即可探測(cè)出此時(shí)海底電纜的占地范圍,通過(guò)四周移動(dòng)可探測(cè)出海底電纜的走向,在海面端的控制器向運(yùn)維人員發(fā)出提示,便于運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)海底電纜路徑的金屬探測(cè)范圍。

3聲光效應(yīng)識(shí)別

通過(guò)聲光效應(yīng),以聲吶探測(cè)儀發(fā)出的聲信號(hào)和無(wú)人潛水器攝像頭的可見光信號(hào)探測(cè)海床面存在的大型金屬物體,判斷海底電纜敷設(shè)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(cè)到大型外破物體的外形,進(jìn)而使運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)外破點(diǎn)的發(fā)生處:在電磁感應(yīng)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(yīng)平面發(fā)現(xiàn)外破點(diǎn)的方式降低了水下觀測(cè)點(diǎn)遺漏了對(duì)外破物的觀測(cè)的可能,在搜索到海底電纜路徑的同時(shí),可以在需要快速查找故障點(diǎn)時(shí)及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)外破物。

4故障識(shí)別

當(dāng)通過(guò)路徑檢測(cè)找到海底電纜路徑后,逐步向?qū)Π缎旭偟倪^(guò)程中,會(huì)越來(lái)越靠近故障點(diǎn),在接近故障點(diǎn)時(shí),聲吶可以探測(cè)到潛水器前進(jìn)路程中的大型障礙物,在探測(cè)到大型障礙物后,使用金屬探測(cè)攝像頭能確定是否為故障點(diǎn)。因?yàn)樵诤５纂娎|路徑上,所以可以保證發(fā)生外破故障后探測(cè)到的路徑上的大型障礙物是后來(lái)插入該區(qū)域海床面的,也就一定是外破引發(fā)物,進(jìn)而確定外破點(diǎn),可以針對(duì)性地進(jìn)行故障消缺工作。

5結(jié)語(yǔ)

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