集電線路海纜和送出海纜是海上風(fēng)電場的重要組成部分，不但承擔(dān)著將電量匯集并輸送至岸上的職責(zé)，更是海上升壓站、海上風(fēng)機(jī)自用電的第一道保障，其可靠性對整個(gè)海上風(fēng)電場安全運(yùn)行的重要性不言而喻。
海纜故障風(fēng)險(xiǎn)是整個(gè)海上風(fēng)電場風(fēng)險(xiǎn)評估中不可回避的問題。雖然，以往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)得到的結(jié)論是海纜幾乎沒有自發(fā)的電氣故障，但海纜附件故障（例如終端安裝不當(dāng)、接頭未處理好等）或外力因素（錨害、暴力施工等）造成的損傷則是不可忽略的潛在威脅。
蘇格蘭Galloway海岸和Cumbrian海岸之間的海上風(fēng)電場，在處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，一條長度約為15km的主出口電力線纜出現(xiàn)短路故障，其中有13km長的電纜位于海底。在該故障問題得到定位和修復(fù)處理之前，80MW的海岸電力供應(yīng)將處于停機(jī)狀態(tài)。
風(fēng)電場所使用的基于高壓脈沖發(fā)生器的時(shí)域反射測量(TDR)方法的檢測結(jié)果表明，該故障發(fā)生在距離海岸2英里的位置，在這一位置進(jìn)行維修的成本約為800萬英鎊。此外，風(fēng)輪機(jī)的安裝時(shí)間將長達(dá)6個(gè)月，這期間每天可能會造成9萬英鎊的經(jīng)濟(jì)損失。現(xiàn)有的TDR技術(shù)采用手動(dòng)且耗時(shí)的故障定位過程，即使在運(yùn)行情況良好的條件下，其定位精度也相當(dāng)?shù)?在15km長的電纜上TDR方法的定位精度為±300m)。
與許多傳輸和陣列間海底電纜一樣，此項(xiàng)目采用的傳輸電纜具有集成在結(jié)構(gòu)內(nèi)的光纖光纜，這使得將分布式光纖聲波傳感技術(shù)(DAS)應(yīng)用到故障定位中具有一定的可行性。
OptaSense®的DAS技術(shù)是一種經(jīng)過充分驗(yàn)證的方法，能夠在遠(yuǎn)距離下檢測待測物體附近發(fā)生的任何活動(dòng)。DAS技術(shù)可以將現(xiàn)有的光纖光纜轉(zhuǎn)換為一系列的虛擬傳聲器，而無需任何額外的設(shè)備。通過應(yīng)用此設(shè)備，操作員可以實(shí)時(shí)檢測、分類和定位待測物附近的任何故障或威脅事件。
由于用于DAS技術(shù)的光纖光纜已經(jīng)安裝完畢，所以O(shè)ptaSense的技術(shù)專家在24小時(shí)內(nèi)快速進(jìn)入現(xiàn)場。實(shí)際上在本項(xiàng)目中，OptaSense到達(dá)現(xiàn)場4小時(shí)內(nèi)就找到、定位并驗(yàn)證了故障事件。
本方案應(yīng)用OptaSense的詢問器單元來確定發(fā)電機(jī)引起的放電噪聲位置。詢問器單元能夠在幾分鐘內(nèi)快速檢測到故障位置，其位置精度為±10m。這種程度的定位精度能夠確定故障的實(shí)際位置位于電纜的陸地段，從而消除了預(yù)定長達(dá)8周的維修時(shí)間(每天10,000英鎊)和損失。同時(shí)也消除了對高成本檢測船和ROV(遙控?zé)o人潛水器)的需求。
盡管光纖光纜與電力線纜之間的距離為2m，OptaSense詢問器單元的遠(yuǎn)程覆蓋范圍可達(dá)40km，因此能夠在陸地上輕松快速地監(jiān)測電纜故障。
電纜及光纜安裝示意圖
在確認(rèn)了故障位置之后，操作員能夠在一周內(nèi)完成維修工作。由于啟用了快速響應(yīng)的OptaSense DAS技術(shù)，與傳統(tǒng)的故障檢測技術(shù) 相比，我們的用戶實(shí)現(xiàn)了成本的顯著節(jié)約。
如果將光纜與詢問器單元進(jìn)行長期連接，用戶可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)的故障定位監(jiān)測，以及對海上其他威脅電纜安全的情況進(jìn)行分析。
盡管在該項(xiàng)目故障時(shí)尚未安裝DAS詢問器，但是OptaSense能夠利用用戶現(xiàn)有光纖運(yùn)行DAS詢問器，并且在相對較短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確 定位故障位置，這一效果是利用傳統(tǒng)的TDR常規(guī)方法無法達(dá)到的。
通過永久安裝OptaSense DAS，操作員可以實(shí)現(xiàn)24/7實(shí)時(shí)監(jiān)控， 從而使操作員能夠在故障發(fā)生時(shí)立即定位故障，而不是幾天后，從而節(jié)省時(shí)間和成本。
電力行業(yè)可以從DAS技術(shù)的各種應(yīng)用中得到哪些幫助？
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短路的檢測與定位：識別電路故障，如短路等，并將其在海底和 埋地電纜的5至10米范圍內(nèi)進(jìn)行定位；
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埋地陸上和海上電纜的第三方干預(yù)保護(hù)(TPI) ；
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事件的早期檢測能力，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控，以檢測、定位和報(bào)警。這提供了在事件發(fā)生前進(jìn)行干預(yù)的機(jī)會，以保護(hù)待測資產(chǎn)，如早期探測船只的拖錨和漁網(wǎng)等潛在危險(xiǎn)；
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對電纜進(jìn)行和自由掃描(0.25-2.5Hz) ，以檢測其中可能存在的渦 激振動(dòng)現(xiàn)象；
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單個(gè)詢問器單元的遠(yuǎn)程測量范圍高達(dá)40km。
漲潮時(shí)水深在15至25m之間的船舶移動(dòng)軌跡
