王 寧 高東明

（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局?？诜志?，海南 海口570100）

0 引言

海南聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是海南電網(wǎng)與南方電網(wǎng)主網(wǎng)的唯一聯(lián)絡(luò)通道，其工程的建成投產(chǎn)，結(jié)束了海南“電力孤島”的歷史，極大地提高了海南電網(wǎng)的安全可靠性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)了海南電網(wǎng)與南方電網(wǎng)主網(wǎng)的電力互送、調(diào)劑余缺。截至2015年7月30日，海南聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)海底電纜連續(xù)安全運(yùn)行2 207天，總體情況良好，海纜運(yùn)維人員成功處置135起海纜保護(hù)區(qū)船只拋錨事件、213起船速異常事件、21起風(fēng)險(xiǎn)干預(yù)事件，圓滿完成博鰲亞洲論壇十周年、海南省第六次黨代會(huì)等多次重要活動(dòng)的保供電任務(wù)。海南聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)急支援海南電網(wǎng)若干次，保障了大型保供電活動(dòng)中電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行，取得了巨大的社會(huì)效益。

海底電纜是海南聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。瓊州海峽過往船只頻密，而國內(nèi)船只航行守法意識(shí)較差，加之瓊州海峽洋流湍急、天氣多變，船只因機(jī)械故障等原因在海纜保護(hù)區(qū)內(nèi)拋錨、拖錨現(xiàn)象頻發(fā)，對海纜安全造成了極大威脅，防外力破壞成為海南聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行的重中之重。

1 海底電纜概況

海南聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)海纜由海底電纜和海底光纜兩部分組成。北起廣東湛江徐聞南嶺終端站，穿越瓊州海峽，南至海南澄邁林詩島終端站。其中海底電纜為500kV 交流傳輸線，輸送最大功率為600 MW，單根全長31km，共3根。另外，每相海底電纜外部并行捆綁一條海底光纜，每條光纜含12芯光纖，主要用于南方電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸、泵站監(jiān)控、海纜溫度監(jiān)測等通信。500kV 海底電纜為自容式充油海纜，共由15層組成，包括銅導(dǎo)體、絕緣層、鉛合金護(hù)套、內(nèi)護(hù)層、鎧裝和外護(hù)層等。

2 海底電纜運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

瓊州海峽位于海南島和雷州半島之間，為我國第三大海峽，是我國南海北部通往北部灣的必經(jīng)航道，西可通向洋浦、八所、北海、欽州、防城及越南的海防、鴻基等港口，東可通往湛江、廣州、深圳、香港等地，北有雷州半島南岸的海安等港，南有海南島北岸的?？?、馬村等港，交通繁忙，海峽內(nèi)過往船舶數(shù)量巨大。據(jù)海南海事局統(tǒng)計(jì)，2009年總噸500t以上過往船舶為131 757艘，日船舶流量360余艘次。

統(tǒng)計(jì)資料表明，95%的海纜損壞是人類進(jìn)行漁業(yè)、航運(yùn)等活動(dòng)期間造成的［1］。瓊州海峽的船舶過往數(shù)量巨大，同時(shí)海峽內(nèi)漁業(yè)活動(dòng)密集，廣東和海南兩側(cè)存在大量未登記的“黑船”，其守法意識(shí)差，違規(guī)作業(yè)現(xiàn)象較為多見。

截至2012年9月，海纜保護(hù)區(qū)附近2nmi內(nèi)船舶拋錨事件已達(dá)51起，其中海纜保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生8起。已確認(rèn)的51起拋錨事件中，因天氣原因拋錨31起（風(fēng)浪28起、霧天3起），因機(jī)械故障拋錨12起，未知原因拋錨8起。從已統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，天氣原因占61%，船只機(jī)械故障占24%，未知原因占15%。

2.1 天氣

瓊州海峽年平均風(fēng)力6級以上的大風(fēng)天數(shù)為172天，其中風(fēng)力8級以上的大風(fēng)天數(shù)為15.5天。每年4—9月多東南風(fēng)，一般風(fēng)力3～4級；10月—次年4月，伴隨寒潮過境，常有5～6級強(qiáng)北風(fēng)和東北風(fēng)；8—9月經(jīng)常出現(xiàn)8～9級以上的陣風(fēng)，來勢兇猛，時(shí)間短，不易預(yù)報(bào)；5—11 月為臺(tái)風(fēng)季節(jié)，其中7—9 月熱帶風(fēng)暴、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴和臺(tái)風(fēng)的影響最為嚴(yán)重，在這期間從正面襲擊海峽及附近海域的熱帶風(fēng)暴、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴和臺(tái)風(fēng)年平均約有5～6次，最大風(fēng)力在12級以上，最大風(fēng)速曾達(dá)58m/s。

2.2 水文

受海峽西側(cè)狹管效應(yīng)作用，瓊州海峽海流流速大、流向復(fù)雜。表層海水的流動(dòng)主要受季風(fēng)控制形成南海季風(fēng)漂流，底層海流受海床地形、海岸等因素影響與表層有較大差異。海纜路由區(qū)域表層最大海流流速高達(dá)2.86m/s（5.5節(jié)），底層流速最大為1.98m/s（3.8節(jié)），為我國海流流速最大、流向復(fù)雜的海域之一。中小型船舶在大潮汛期逆行時(shí)，為避免船舶出現(xiàn)危險(xiǎn)和節(jié)省燃油，多選擇拋錨等待轉(zhuǎn)流順?biāo)罄^續(xù)前行。

2.3 瓊州海峽錨害嚴(yán)重

根據(jù)瓊州海峽海底地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，海纜路由上有各類明顯的拖錨痕跡，拖錨的痕跡不僅出現(xiàn)在東西向的航道區(qū)域，也出現(xiàn)在南北向的縱向區(qū)域，并且不同水深區(qū)域均有錨痕（圖1）。

圖1 海南聯(lián)網(wǎng)工程海纜路由錨痕圖

海纜路由區(qū)域南嶺側(cè)的角尾灣（海纜路由KP1～KP10 區(qū)段），由于其水深適中，避風(fēng)性能良好，且多為泥沙底質(zhì)，成為過往船舶臨時(shí)拋錨和避風(fēng)的天然場所。2010年5月16日“臨興269號”貨船機(jī)械故障和6月26日“桂北漁33018號”漁船海流大均在角尾灣（海纜路由區(qū)域）拋錨。

瓊州海峽西側(cè)主航道位于海纜路由KP10～KP20區(qū)段，在強(qiáng)對流天氣時(shí)，船舶為保證船舶安全會(huì)拋錨避風(fēng)。2010年3月25日，巴拿馬籍貨船“龍洲號”（總噸4 000t，錨重2.0t）在距離A 相海纜西側(cè)9m 處因大風(fēng)緊急拋錨避風(fēng)。

船舶拋錨對海纜造成的損害，包括拋錨時(shí)錨具對海纜的破壞和拖錨時(shí)錨齒鉤掛海纜后對海纜的破壞，最終導(dǎo)致海纜損壞。瓊州海峽船舶多配備較為先進(jìn)的拖曳嵌入式錨（A、B型霍爾錨），極少使用重力錨，對海纜傷害的風(fēng)險(xiǎn)也更大。

2.4 拋錨規(guī)律

（1）拋錨事件主要集中于南嶺側(cè)#3～#4浮標(biāo)附近。1）南嶺側(cè)水深較淺，海床地勢平緩，屬于天然錨地，且附近環(huán)繞諸多漁場，在沒有海底電纜之前，北部海纜路由附近即為附近漁船錨泊之地，故拋錨事件多集中于此。2）南嶺側(cè)路由向西約3nmi左右，即為北部灣進(jìn)入瓊州海峽的航道，受“狹管效應(yīng)”影響，流速較大且方向多變，如天氣稍差，進(jìn)入瓊州海峽的小型漁船為保證安全，基本會(huì)選擇拋錨避風(fēng)，此處即#3～#4浮標(biāo)。

（2）受天氣影響，拋錨事件發(fā)生頻率呈現(xiàn)周期性。1）一般來說，拋錨事件的發(fā)生很大程度上是由天氣原因造成的，天氣惡劣時(shí)，拋錨事件會(huì)相應(yīng)增多。在2012年度發(fā)生的45起疑似拋錨事件中，有32起經(jīng)現(xiàn)場確認(rèn)已拋錨，其中由于拋錨避風(fēng)、大霧、洋流等自然因素直接導(dǎo)致無法航行的有17起，由于天氣原因?qū)е聶C(jī)械故障間接影響航行的有8起，占全部拋錨事件的近6 成。2）通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我們能夠發(fā)現(xiàn)1—4月是拋錨事件的高發(fā)期。在2012年1—9 月的數(shù)據(jù)分析中，前4 月拋錨事件占據(jù)了近70%。分析原因如下：1—4月通常為傳統(tǒng)節(jié)氣春節(jié)前后，過峽船舶貨運(yùn)流量較大，且航行時(shí)間集中；春節(jié)前后，瓊州海峽海況屬全年較為惡劣的時(shí)段，洋流湍急，船只緊急避風(fēng)拋錨的情況較多。

3 海纜監(jiān)控系統(tǒng)簡介

海纜監(jiān)控系統(tǒng)由中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局?？诜志肿灾餮邪l(fā)完成，由海底電纜監(jiān)視系統(tǒng)、海底電纜決策系統(tǒng)、海底電纜控制系統(tǒng)、海底電纜輔助系統(tǒng)四大系統(tǒng)統(tǒng)一構(gòu)成。該系統(tǒng)集硬件、軟件于一身，實(shí)現(xiàn)對500kV 海底電纜的全方位監(jiān)控，以保海底電纜安全。

3.1 海底電纜監(jiān)視系統(tǒng)

海底電纜監(jiān)視系統(tǒng)主要包括海纜保護(hù)區(qū)雷達(dá)（PRS）監(jiān)視模塊、船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）模塊、近岸視頻監(jiān)視模塊、水文氣象檢測（RMS）模塊、數(shù)據(jù)庫模塊，其主要作用在于對海底電纜進(jìn)行多元化監(jiān)視。

3.2 海底電纜決策系統(tǒng)

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評估模塊對船只風(fēng)險(xiǎn)的評估以及風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果的等級，啟動(dòng)對應(yīng)預(yù)警，彈出預(yù)警短信模板，自動(dòng)調(diào)出事先編制導(dǎo)入的應(yīng)急處置預(yù)案和操作表單，指導(dǎo)監(jiān)視值班人員快速高效地開展應(yīng)急處置工作。

3.3 海底電纜控制系統(tǒng)

海底電纜控制系統(tǒng)應(yīng)用于海底電纜保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生船舶船速異?；驋佸^事件時(shí)海纜運(yùn)維部控制事件，可分為海纜保護(hù)區(qū)無人機(jī)（UAV）干預(yù)模塊、甚高頻（VHF）通訊模塊、應(yīng)急處置船舶模塊。

3.4 海底電纜輔助系統(tǒng)

海底電纜輔助系統(tǒng)為整個(gè)500kV 監(jiān)控系統(tǒng)提供輔助設(shè)備支持，由顯示設(shè)備、錄音設(shè)備、拍照設(shè)備、值班電話等設(shè)備共同組成。

4 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控要素分析

海底電纜決策系統(tǒng)分為拋錨風(fēng)險(xiǎn)決策與擱淺風(fēng)險(xiǎn)決策。拋錨風(fēng)險(xiǎn)決策為對海纜監(jiān)視警戒區(qū)以及海纜保護(hù)區(qū)通行的船只進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判，判斷過往船舶對海纜安全生產(chǎn)可能造成的拋錨風(fēng)險(xiǎn)。擱淺風(fēng)險(xiǎn)決策為對海纜監(jiān)視警戒區(qū)以及海纜保護(hù)區(qū)通行的船只進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判，判斷過往船舶對海纜安全生產(chǎn)可能造成的擱淺風(fēng)險(xiǎn)?；诤＠|所處的作業(yè)環(huán)境惡劣，埋在海底人眼不能直接看見以及國內(nèi)船舶作業(yè)不規(guī)范、海纜維修成本巨大等特點(diǎn)，在風(fēng)險(xiǎn)決策時(shí)不僅要考慮海纜本身的電力屬性，還要考慮到其周邊環(huán)境的人為、環(huán)境屬性。

基于多年的海纜運(yùn)維數(shù)據(jù)及人員經(jīng)驗(yàn)，風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控主要需考慮以下幾個(gè)要素：（1）船舶位置：船舶與海纜之間的距離決定它對海纜造成拋錨損害的可能性，如其在海纜正上方拋錨，則風(fēng)險(xiǎn)巨大。（2）船舶速度：在海纜監(jiān)控系統(tǒng)界面上不能直接判別船舶是否拋錨，但可以間接通過船舶速度來預(yù)判船舶拋錨的可能性，如船舶速度低于0.5 節(jié)，該船舶拋錨的可能性比較大。（3）船舶速度變化：船速驟降，該船舶可能發(fā)生主機(jī)故障等險(xiǎn)情，拋錨的可能性比較大。（4）錨重：船舶的錨越重，其對海纜的傷害越大。有些船舶錨等信息不能通過AIS預(yù)知，只能通過該船的船長、船寬、船舶性質(zhì)、總噸等信息計(jì)算得到。（5）風(fēng)速、潮流、潮汐、降水量：海纜所處的周圍環(huán)境對海纜本體、船舶、漁網(wǎng)作業(yè)影響較大，天氣惡劣時(shí)，船舶拋錨、定置網(wǎng)等漁網(wǎng)移動(dòng)的可能性增加，海纜受外力破壞風(fēng)險(xiǎn)增大。（6）電壓、電流、油壓、油流：海纜本身的電氣特性能反映海纜目前的工作狀態(tài)。如滿載工作時(shí)應(yīng)將海纜受外力破壞的風(fēng)險(xiǎn)提高一個(gè)級別，如此時(shí)海纜損壞可能導(dǎo)致電網(wǎng)解列等惡劣的社會(huì)影響。（7）黑名單：已經(jīng)在海纜監(jiān)視告警區(qū)拋錨或船速異常的船舶將計(jì)入黑名單，該船舶出現(xiàn)在海纜監(jiān)視告警區(qū)時(shí)將格外關(guān)注。（8）白名單：常年在海纜監(jiān)視告警區(qū)周邊作業(yè)，但船錨較小、知曉海纜位置且不在海纜保護(hù)區(qū)內(nèi)作業(yè)的漁船可納入白名單，即使低速也不告警。（9）船舶吃水與海纜所處位置水深的相對關(guān)系：判定船舶擱淺風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，可根據(jù)船舶當(dāng)前航線做延長線與三相海纜及左右500m 邊界相交，共得到5個(gè)交點(diǎn)，計(jì)算5點(diǎn)中水深最低點(diǎn)位置船舶是否擱淺。

5 結(jié)論

通過上述數(shù)據(jù)分析，建議風(fēng)險(xiǎn)決策計(jì)算時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮如下因素：船舶位置、船舶速度、船舶速度變化、錨重、風(fēng)速、潮流、潮汐、降水量、電壓、電流、油壓、油流、黑名單、白名單、船舶吃水與海纜所處位置水深的相對關(guān)系。

［1］曹火江.海底電（光）纜的保護(hù)和管理［J］.電線電纜，2006（3）：34－38.