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苏格兰海岸风电场电力电缆故障快速定位方法

发布时间：2023-02-23 浏览次数：45387 来源：欧美大地

集电线路海缆和送出海缆是海上风电场的重要组成部分，不但承担着将电量汇集并输送至岸上的职责，更是海上升压站、海上风机自用电的第一道保障，其可靠性对整个海上风电场安全运行的重要性不言而喻。
海缆故障风险是整个海上风电场风险评估中不可回避的问题。虽然，以往的运行经验得到的结论是海缆几乎没有自发的电气故障，但海缆附件故障（例如终端安装不当、接头未处理好等）或外力因素（锚害、暴力施工等）造成的损伤则是不可忽略的潜在威胁。

苏格兰Galloway海岸和Cumbrian海岸之间的海上风电场，在处于运行状态时，一条长度约为15km的主出口电力线缆出现短路故障，其中有13km长的电缆位于海底。在该故障问题得到定位和修复处理之前，80MW的海岸电力供应将处于停机状态。
风电场所使用的基于高压脉冲发生器的时域反射测量(TDR)方法的检测结果表明，该故障发生在距离海岸2英里的位置，在这一位置进行维修的成本约为800万英镑。此外，风轮机的安装时间将长达6个月，这期间每天可能会造成9万英镑的经济损失。现有的TDR技术采用手动且耗时的故障定位过程，即使在运行情况良好的条件下，其定位精度也相当低(在15km长的电缆上TDR方法的定位精度为±300m)。

与许多传输和阵列间海底电缆一样，此项目采用的传输电缆具有集成在结构内的光纤光缆，这使得将分布式光纤声波传感技术(DAS)应用到故障定位中具有一定的可行性。
OptaSense®的DAS技术是一种经过充分验证的方法，能够在远距离下检测待测物体附近发生的任何活动。DAS技术可以将现有的光纤光缆转换为一系列的虚拟传声器，而无需任何额外的设备。通过应用此设备，操作员可以实时检测、分类和定位待测物附近的任何故障或威胁事件。
由于用于DAS技术的光纤光缆已经安装完毕，所以OptaSense的技术专家在24小时内快速进入现场。实际上在本项目中，OptaSense到达现场4小时内就找到、定位并验证了故障事件。
本方案应用OptaSense的询问器单元来确定发电机引起的放电噪声位置。询问器单元能够在几分钟内快速检测到故障位置，其位置精度为±10m。这种程度的定位精度能够确定故障的实际位置位于电缆的陆地段，从而消除了预定长达8周的维修时间(每天10,000英镑)和损失。同时也消除了对高成本检测船和ROV(遥控无人潜水器)的需求。
尽管光纤光缆与电力线缆之间的距离为2m，OptaSense询问器单元的远程覆盖范围可达40km，因此能够在陆地上轻松快速地监测电缆故障。

电缆及光缆安装示意图

在确认了故障位置之后，操作员能够在一周内完成维修工作。由于启用了快速响应的OptaSense DAS技术，与传统的故障检测技术相比，我们的用户实现了成本的显著节约。
如果将光缆与询问器单元进行长期连接，用户可以实现即时的故障定位监测，以及对海上其他威胁电缆安全的情况进行分析。
尽管在该项目故障时尚未安装DAS询问器，但是OptaSense能够利用用户现有光纤运行DAS询问器，并且在相对较短的时间内准确定位故障位置，这一效果是利用传统的TDR常规方法无法达到的。
通过永久安装OptaSense DAS，操作员可以实现24/7实时监控，从而使操作员能够在故障发生时立即定位故障，而不是几天后，从而节省时间和成本。