高亞武，郗林，李鑫

（南通海事局，江蘇 南通 226002）

當(dāng)前，如東沿海已建成并網(wǎng)16 座風(fēng)電場(chǎng)，裝機(jī)容量483 萬(wàn)千瓦。在整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)中，海底電纜發(fā)揮了生命線和大動(dòng)脈作用，同時(shí)扮演著“血管”和“神經(jīng)”的角色，除了匯集、傳輸電能外，其內(nèi)部還有光纖單元，作為風(fēng)電場(chǎng)通信及海纜監(jiān)測(cè)信號(hào)的通道。由于海纜敷設(shè)距離長(zhǎng)且缺乏有效的防范措施，如東海上風(fēng)電場(chǎng)220 千伏主海纜集中廊道內(nèi)經(jīng)常有漁船或其他船舶隨意下錨、停泊，導(dǎo)致海纜被破壞事故多次發(fā)生。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，僅2021 年下半年，如東沿海風(fēng)電場(chǎng)已發(fā)生海纜錨害事故超過(guò)5 起，直接損失已超過(guò)5000 萬(wàn)元，綜合考慮電量損失、修復(fù)施工費(fèi)用等間接損失，風(fēng)電場(chǎng)整體經(jīng)濟(jì)損失已超億元。為適應(yīng)海底電纜保護(hù)和海上風(fēng)電高質(zhì)量發(fā)展的要求，急需研究推行海底電纜的電子預(yù)警系統(tǒng)、配套管理手段等新型智慧防護(hù)措施。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如東沿海的華能、國(guó)信、三峽、國(guó)電投、中廣核、蘇交控、協(xié)鑫等海上風(fēng)電場(chǎng)，從220KV 海上升壓站至陸上集控中心的主海纜（包括海底電纜和光纜）均為集中敷設(shè)，且陸上集控中心均建設(shè)于如東縣小洋口（見(jiàn)圖1），該主海纜廊道長(zhǎng)度36 海里，最遠(yuǎn)端離岸25 海里。

鑒于如東海上風(fēng)電場(chǎng)海纜路由為集中布置，間距較小，為減少重復(fù)性投資，按照“共建、共享、共贏”的原則，如東海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展指揮部協(xié)調(diào)相關(guān)風(fēng)電場(chǎng)業(yè)主單位共同委托專業(yè)機(jī)構(gòu)江蘇海宇公司建設(shè)并運(yùn)營(yíng)海底電纜安全防護(hù)電子預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)以前端感知系統(tǒng)和預(yù)警監(jiān)控平臺(tái)為手段，以航標(biāo)燈浮和管線標(biāo)示警設(shè)備為先導(dǎo)，以陸岸監(jiān)控服務(wù)中心、現(xiàn)場(chǎng)警戒船舶為核心，對(duì)220KV 主海纜集中廊道周邊及過(guò)往船舶進(jìn)行24 小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)過(guò)往船只出現(xiàn)錨泊等威脅主海纜安全的趨勢(shì)時(shí)，及時(shí)向其發(fā)出警告并采取措施進(jìn)行驅(qū)離，避免主海纜受錨迫害，為主海纜安全運(yùn)行提供重要保障。

圖1 如東海上風(fēng)電場(chǎng)220KV 主海纜路由示意圖

2 系統(tǒng)原理

海底電纜安全防護(hù)電子預(yù)警系統(tǒng)是基于海陸空天采集端的信息感知探測(cè)設(shè)備采集現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)傳輸端將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)傳輸至陸基監(jiān)控中心后臺(tái)服務(wù)器上并存儲(chǔ)，利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算及人工智能分析等手段，對(duì)采集的信息數(shù)據(jù)集成至客戶端海底電纜安全預(yù)警監(jiān)控平臺(tái)上，并由陸基監(jiān)控中心值班人員調(diào)度指揮現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行專用船/無(wú)人艇巡航警戒維護(hù)驅(qū)離、無(wú)人機(jī)巡視，實(shí)現(xiàn)如東海上風(fēng)電場(chǎng)主海纜區(qū)域安全動(dòng)靜態(tài)信息“一網(wǎng)掌控”的現(xiàn)代化安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)（見(jiàn)圖2）。該系統(tǒng)主要由前端感知系統(tǒng)、預(yù)警監(jiān)控平臺(tái)、24h 監(jiān)控中心、現(xiàn)場(chǎng)警戒力量、協(xié)同服務(wù)支撐等部分構(gòu)成。

圖2 海纜安全防護(hù)電子預(yù)警系統(tǒng)立體監(jiān)控框架圖

3 系統(tǒng)組成

3.1 前端感知子系統(tǒng)

一是AIS 子系統(tǒng)。在主海纜區(qū)域附近的海上風(fēng)電場(chǎng)升壓站上布設(shè)3 套AIS 基站，并向船訊網(wǎng)購(gòu)買南通沿海區(qū)域的所有船舶AIS 數(shù)據(jù)，獲取船舶的動(dòng)靜態(tài)信息。二是雷達(dá)子系統(tǒng)。在主海纜區(qū)域附近的海上風(fēng)電場(chǎng)選擇兩個(gè)點(diǎn)各建設(shè)1 套雷達(dá)站，完成對(duì)主海纜區(qū)域水面所有船舶目標(biāo)的主動(dòng)探測(cè)，并將VTS 雷達(dá)信號(hào)接入，獲取南通沿海海域的所有目標(biāo)動(dòng)態(tài)。三是視頻監(jiān)控子系統(tǒng)。在主海纜區(qū)域附近的海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)上部署20 套CCTV視頻監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)主海纜區(qū)域的過(guò)往船舶實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并實(shí)現(xiàn)與AIS、雷達(dá)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。四是甚高頻通信系統(tǒng)。將附近升壓站上已建的VHF 基站接至VHF 通信系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)VHF 語(yǔ)音通信信息及報(bào)警信息的自動(dòng)采集及推送。五是航標(biāo)燈浮/管線標(biāo)示警設(shè)備。在主海纜區(qū)域的關(guān)鍵點(diǎn)處設(shè)置航標(biāo)燈浮，用以標(biāo)示海底電纜的位置，并在主海纜上岸位置處設(shè)置管線標(biāo)，船舶駕駛?cè)藛T可根據(jù)航標(biāo)燈浮/管線標(biāo)的顏色、閃光、AIS 顯示屏顯示來(lái)視覺(jué)識(shí)別，也可根據(jù)航標(biāo)上的音響來(lái)聽(tīng)覺(jué)識(shí)別。六是衛(wèi)星通信子系統(tǒng)。在專用船和無(wú)人艇上各部署1 套衛(wèi)星通信子系統(tǒng)，通過(guò)衛(wèi)星鏈路實(shí)現(xiàn)各傳感器信號(hào)傳輸至海宇監(jiān)控中心，并在預(yù)警監(jiān)控平臺(tái)實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)主海纜區(qū)域水上態(tài)勢(shì)的監(jiān)測(cè)。七是數(shù)據(jù)共享子系統(tǒng)。在海上風(fēng)電場(chǎng)、監(jiān)控中心及監(jiān)管部門各部署1 套三層交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)前端數(shù)據(jù)及系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的傳輸、對(duì)外交互和安全訪問(wèn)控制。

3.2 預(yù)警監(jiān)控平臺(tái)

預(yù)警監(jiān)控平臺(tái)，是以前端感知設(shè)備采集的信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用位置感知、視頻監(jiān)控、移動(dòng)互聯(lián)、智能分析等手段，將主海纜區(qū)域的過(guò)往船舶信息、人員信息集成為一體，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)主海纜區(qū)域過(guò)往船舶和主海纜本體動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警的綜合服務(wù)平臺(tái)。主要有中心數(shù)據(jù)融合子系統(tǒng)、信息管理子系統(tǒng)、顯控子系統(tǒng)、電子圍欄子系統(tǒng)、記錄回放子系統(tǒng)組成。

其中，電子圍欄子系統(tǒng)是在主海纜監(jiān)測(cè)區(qū)域繪制電子圍欄，主海纜外圍分別500m、1000m、1500m 處分別設(shè)置電子圍欄紅、黃、藍(lán)三級(jí)警戒圈，進(jìn)入第一級(jí)警戒圈的違規(guī)船舶，使用AIS 系統(tǒng)自動(dòng)預(yù)警；進(jìn)入第二級(jí)警戒圈的違規(guī)船舶，啟動(dòng)VHF 自動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警通知；進(jìn)入第三級(jí)警戒圈的違規(guī)船舶，可自動(dòng)觸發(fā)監(jiān)控中心的聲光報(bào)警器警告。在監(jiān)控平臺(tái)管理界面，對(duì)部分船舶進(jìn)行白名單和黑名單的開(kāi)設(shè)管理，對(duì)警告船舶進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)動(dòng)態(tài)操作與顯示、目標(biāo)標(biāo)會(huì)、目標(biāo)查詢、目標(biāo)報(bào)警及記錄信息回放等功能（見(jiàn)圖3）。

圖3 預(yù)警監(jiān)控平臺(tái)對(duì)電子圍欄報(bào)警船舶進(jìn)行視頻查看

4 配套管理措施

4.1 值班監(jiān)控中心

作為海上風(fēng)電場(chǎng)海底電纜安全體系的中樞控制模塊，配備專門人員，開(kāi)展24 小時(shí)不間斷值守，掌握主海纜區(qū)域內(nèi)船舶航行、停泊、作業(yè)情況，實(shí)施船舶動(dòng)態(tài)監(jiān)控，及時(shí)辨別可能影響主海纜安全的因素，提供安全建議和警示提醒；建立安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行管理制度，定期開(kāi)展海底電纜安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備巡查、維修和保養(yǎng)，及時(shí)排查故障和修復(fù)，確保系統(tǒng)正常使用。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)警戒力量

現(xiàn)場(chǎng)警戒力量主要有三類，第一類為專用船警戒巡視，在主海纜區(qū)域附近常態(tài)化24 小時(shí)部署專用船日常警戒巡視，同時(shí)配備通信系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、水面救生、遠(yuǎn)程喊話和聲光報(bào)警等設(shè)備。第二類為無(wú)人船巡查，最高航速40 節(jié)，搭載高清三軸穩(wěn)定云臺(tái)圖像取證系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)白天8 公里（夜間4 公里）范圍目標(biāo)跟蹤監(jiān)控，搭載聲光驅(qū)逐設(shè)備，覆蓋范圍1.5 公里。第三類為無(wú)人機(jī)巡視，使用油電混合動(dòng)力系統(tǒng)的垂直起降固定翼無(wú)人機(jī)，通過(guò)其攜帶的采集端30 倍變焦、遠(yuǎn)距紅外攝像可見(jiàn)光吊艙，根據(jù)事先設(shè)定好的程序進(jìn)行自主飛行，對(duì)主海纜區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)畫面進(jìn)行高清采集，實(shí)現(xiàn)150 公里距離的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸；使用大疆無(wú)人機(jī)，圖傳距離15 公里，可在專用交通船上進(jìn)行定點(diǎn)起飛降落，對(duì)主海纜定點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行定位精準(zhǔn)巡視。

4.3 定期埋深掃測(cè)

利用交通船、無(wú)人船搭載的淺剖或合成孔徑等海纜路由專用水下掃測(cè)設(shè)備，定期對(duì)主海纜區(qū)域進(jìn)行掃測(cè)采集數(shù)據(jù)，然后使用專用軟件對(duì)掃測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判定并在圖上拾取海纜的平面位置和埋設(shè)深度，形成軟件成圖，與已有的施工坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)、分析和確認(rèn)，最終形成海纜埋深情況檢測(cè)報(bào)告和海纜埋深圖，以此來(lái)評(píng)估海纜在海底的風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4.4 協(xié)同服務(wù)支撐

監(jiān)控中心主動(dòng)配合屬地政府、海事、海警、農(nóng)業(yè)農(nóng)村等部門的專項(xiàng)整治和執(zhí)法檢查，通過(guò)張掛宣傳橫幅、發(fā)布宣傳畫冊(cè)和宣傳片、開(kāi)展安全教育培訓(xùn)，以及網(wǎng)絡(luò)、微信等途徑，全面營(yíng)造船舶遠(yuǎn)離海纜的良好氛圍。同時(shí)，利用前端感知系統(tǒng)，對(duì)停留在主海纜區(qū)域的船舶進(jìn)行取證處理，并及時(shí)向風(fēng)電業(yè)主單位通報(bào)潛在風(fēng)險(xiǎn)。

5 應(yīng)用成效

目前，海底電纜安全防護(hù)電子預(yù)警系統(tǒng)已在如東沿海風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)始運(yùn)用。根據(jù)各業(yè)主單位反映，通過(guò)應(yīng)用海纜防護(hù)預(yù)警系統(tǒng)，近期在主海纜集中廊道內(nèi)的船舶明顯少了，海纜錨害事故也明顯下降了，其成效主要包括經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益兩個(gè)方面。

在經(jīng)濟(jì)效益方面，有效提高了海纜前端信息自主感知能力，減少了信息人為搜集的成本；在一定程度上提升了海纜維護(hù)信息化水平，及時(shí)對(duì)海纜監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行排查、維護(hù)，提高了維護(hù)資源的利用率，大幅減少了海纜的維護(hù)成本。同時(shí)，還明顯降低了海纜錨害等事故發(fā)生概率，減少海纜修復(fù)、風(fēng)電場(chǎng)停產(chǎn)停電等經(jīng)濟(jì)損失，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

在社會(huì)效益方面，全面提升如東海上風(fēng)電場(chǎng)主海纜集中廊道自主安全保障能力與維護(hù)水平，保障海纜安全運(yùn)行，有效提供風(fēng)電業(yè)主單位滿意度；可協(xié)助海事、海警等部門對(duì)主海纜區(qū)域進(jìn)行安全監(jiān)管，配合聯(lián)合執(zhí)法，當(dāng)發(fā)生船舶與海纜安全事故時(shí)，提供相關(guān)佐證記錄；海底電纜防護(hù)管理水平的提高，在一定程度上也表明風(fēng)電場(chǎng)業(yè)主單位依法采取了有效措施，是全面深化落實(shí)安全主體責(zé)任的具體表現(xiàn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

海底電纜是海上風(fēng)電場(chǎng)安全運(yùn)行的生命線，海纜防護(hù)是海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)運(yùn)行的重要組成部分，其效果將直接影響風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)維成本。本文介紹了海纜防護(hù)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、構(gòu)成、運(yùn)行及相關(guān)配套管理措施，如東海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)用該系統(tǒng)在海底電纜保護(hù)中取得了明顯成效，風(fēng)電企業(yè)和相關(guān)部門也給予了認(rèn)可。應(yīng)該說(shuō)，海纜防護(hù)預(yù)警系統(tǒng)極大補(bǔ)充了現(xiàn)有風(fēng)電場(chǎng)海纜的保護(hù)管理方式，實(shí)用性較強(qiáng)，有效幫助了風(fēng)電企業(yè)落實(shí)安全主體責(zé)任。