王宁高东明
（中国南方电网超高压输电公司广州局海口分局，海南海口570100）
摘要：500kV福港线海底电缆监控系统（以下简称“海缆监控系统”）由海底电缆监视系统、海底电缆决策系统、海底电缆控制系统、海底电缆辅助系统四大系统统一构成，该系统集硬件、软件于一身，实现对500kV海底电缆的全方位监控，以保海底电缆安全。现根据海南联网西戎海底电缆监视告警区过往船只频密、抛锚规律及区域船舶作业特点，得出海缆监控系统决策子系统中需要考虑的风险预控要素。
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关键词 ：海南联网系统；海底电缆；监控；风险预控要素
0引言
海南联网系统是海南电网与南方电网主网的唯一联络通道，其工程的建成投产，结束了海南“电力孤岛”的历史，极大地提高了海南电网的安全可靠性和运行经济性，实现了海南电网与南方电网主网的电力互送、调剂余缺。截至2015年7月30日，海南联网系统海底电缆连续安全运行2207天，总体情况良好，海缆运维人员成功处置135起海缆保护区船只抛锚事件、213起船速异常事件、21起风险干预事件，圆满完成博鳌亚洲论坛十周年、海南省第六次党代会等多次重要活动的保供电任务。海南联网工程应急支援海南电网若干次，保障了大型保供电活动中电网安全可靠运行，取得了巨大的社会效益。
海底电缆是海南联网系统安全运行的基础和关键。琼州海峡过往船只频密，而国内船只航行守法意识较差，加之琼州海峡洋流湍急、天气多变，船只因机械故障等原因在海缆保护区内抛锚、拖锚现象频发，对海缆安全造成了极大威胁，防外力破坏成为海南联网系统安全运行的重中之重。
1海底电缆概况
海南联网系统海缆由海底电缆和海底光缆两部分组成。北起广东湛江徐闻南岭终端站，穿越琼州海峡，南至海南澄迈林诗岛终端站。其中海底电缆为500kV交流传输线，输送最大功率为600MW，单根全长31km，共3根。另外，每相海底电缆外部并行捆绑一条海底光缆，每条光缆含12芯光纤，主要用于南方电网联网系统数据传输、泵站监控、海缆温度监测等通信。500kV海底电缆为自容式充油海缆，共由15层组成，包括铜导体、绝缘层、铅合金护套、内护层、铠装和外护层等。
2海底电缆运行风险
琼州海峡位于海南岛和雷州半岛之间，为我国第三大海峡，是我国南海北部通往北部湾的必经航道，西可通向洋浦、八所、北海、钦州、防城及越南的海防、鸿基等港口，东可通往湛江、广州、深圳、香港等地，北有雷州半岛南岸的海安等港，南有海南岛北岸的海口、马村等港，交通繁忙，海峡内过往船舶数量巨大。据海南海事局统计，2009年总吨500t以上过往船舶为131757艘，日船舶流量360余艘次。
统计资料表明，95%的海缆损坏是人类进行渔业、航运等活动期间造成的［1］。琼州海峡的船舶过往数量巨大，同时海峡内渔业活动密集，广东和海南两侧存在大量未登记的“黑船”，其守法意识差，违规作业现象较为多见。
截至2012年9月，海缆保护区附近2nmi内船舶抛锚事件已达51起，其中海缆保护区内发生8起。已确认的51起抛锚事件中，因天气原因抛锚31起（风浪28起、雾天3起），因机械故障抛锚12起，未知原因抛锚8起。从已统计数据看，天气原因占61%，船只机械故障占24%，未知原因占15%。
2.1天气
琼州海峡年平均风力6级以上的大风天数为172天，其中风力8级以上的大风天数为15.5天。每年4—9月多东南风，一般风力3～4级；10月—次年4月，伴随寒潮过境，常有5～6级强北风和东北风；8—9月经常出现8～9级以上的阵风，来势凶猛，时间短，不易预报；5—11月为台风季节，其中7—9月热带风暴、强热带风暴和台风的影响最为严重，在这期间从正面袭击海峡及附近海域的热带风暴、强热带风暴和台风年平均约有5～6次，最大风力在12级以上，最大风速曾达58m/s。
2.2水文
受海峡西侧狭管效应作用，琼州海峡海流流速大、流向复杂。表层海水的流动主要受季风控制形成南海季风漂流，底层海流受海床地形、海岸等因素影响与表层有较大差异。海缆路由区域表层最大海流流速高达2.86m/s（5.5节），底层流速最大为1.98m/s（3.8节），为我国海流流速最大、流向复杂的海域之一。中小型船舶在大潮汛期逆行时，为避免船舶出现危险和节省燃油，多选择抛锚等待转流顺水后继续前行。
2.3琼州海峡锚害严重
根据琼州海峡海底地质调查结果，海缆路由上有各类明显的拖锚痕迹，拖锚的痕迹不仅出现在东西向的航道区域，也出现在南北向的纵向区域，并且不同水深区域均有锚痕（图1）。
海缆路由区域南岭侧的角尾湾（海缆路由KP1～KP10区段），由于其水深适中，避风性能良好，且多为泥沙底质，成为过往船舶临时抛锚和避风的天然场所。2010年5月16日“临兴269号”货船机械故障和6月26日“桂北渔33018号”渔船海流大均在角尾湾（海缆路由区域）抛锚。
琼州海峡西侧主航道位于海缆路由KP10～KP20区段，在强对流天气时，船舶为保证船舶安全会抛锚避风。2010年3月25日，巴拿马籍货船“龙洲号”（总吨4000t，锚重2.0t）在距离A相海缆西侧9m处因大风紧急抛锚避风。
船舶抛锚对海缆造成的损害，包括抛锚时锚具对海缆的破坏和拖锚时锚齿钩挂海缆后对海缆的破坏，最终导致海缆损坏。琼州海峡船舶多配备较为先进的拖曳嵌入式锚（A、B型霍尔锚），极少使用重力锚，对海缆伤害的风险也更大。
2.4抛锚规律
（1）抛锚事件主要集中于南岭侧#3～#4浮标附近。1）南岭侧水深较浅，海床地势平缓，属于天然锚地，且附近环绕诸多渔场，在没有海底电缆之前，北部海缆路由附近即为附近渔船锚泊之地，故抛锚事件多集中于此。2）南岭侧路由向西约3nmi左右，即为北部湾进入琼州海峡的航道，受“狭管效应”影响，流速较大且方向多变，如天气稍差，进入琼州海峡的小型渔船为保证安全，基本会选择抛锚避风，此处即#3～#4浮标。
（2）受天气影响，抛锚事件发生频率呈现周期性。1）一般来说，抛锚事件的发生很大程度上是由天气原因造成的，天气恶劣时，抛锚事件会相应增多。在2012年度发生的45起疑似抛锚事件中，有32起经现场确认已抛锚，其中由于抛锚避风、大雾、洋流等自然因素直接导致无法航行的有17起，由于天气原因导致机械故障间接影响航行的有8起，占全部抛锚事件的近6成。2）通过数据统计，我们能够发现1—4月是抛锚事件的高发期。在2012年1—9月的数据分析中，前4月抛锚事件占据了近70%。分析原因如下：1—4月通常为传统节气春节前后，过峡船舶货运流量较大，且航行时间集中；春节前后，琼州海峡海况属全年较为恶劣的时段，洋流湍急，船只紧急避风抛锚的情况较多。
3海缆监控系统简介
海缆监控系统由中国南方电网超高压输电公司广州局海口分局自主研发完成，由海底电缆监视系统、海底电缆决策系统、海底电缆控制系统、海底电缆辅助系统四大系统统一构成。该系统集硬件、软件于一身，实现对500kV海底电缆的全方位监控，以保海底电缆安全。
3.1海底电缆监视系统
海底电缆监视系统主要包括海缆保护区雷达（PRS）监视模块、船舶自动识别系统（AIS）模块、近岸视频监视模块、水文气象检测（RMS）模块、数据库模块，其主要作用在于对海底电缆进行多元化监视。
3.2海底电缆决策系统
根据风险评估模块对船只风险的评估以及风险评估结果的等级，启动对应预警，弹出预警短信模板，自动调出事先编制导入的应急处置预案和操作表单，指导监视值班人员快速高效地开展应急处置工作。
3.3海底电缆控制系统
海底电缆控制系统应用于海底电缆保护区内发生船舶船速异常或抛锚事件时海缆运维部控制事件，可分为海缆保护区无人机（UAV）干预模块、甚高频（VHF）通讯模块、应急处置船舶模块。
3.4海底电缆辅助系统
海底电缆辅助系统为整个500kV监控系统提供辅助设备支持，由显示设备、录音设备、拍照设备、值班电话等设备共同组成。
4风险预控要素分析
海底电缆决策系统分为抛锚风险决策与搁浅风险决策。抛锚风险决策为对海缆监视警戒区以及海缆保护区通行的船只进行风险预判，判断过往船舶对海缆安全生产可能造成的抛锚风险。搁浅风险决策为对海缆监视警戒区以及海缆保护区通行的船只进行风险预判，判断过往船舶对海缆安全生产可能造成的搁浅风险。基于海缆所处的作业环境恶劣，埋在海底人眼不能直接看见以及国内船舶作业不规范、海缆维修成本巨大等特点，在风险决策时不仅要考虑海缆本身的电力属性，还要考虑到其周边环境的人为、环境属性。
基于多年的海缆运维数据及人员经验，风险预控主要需考虑以下几个要素：（1）船舶位置：船舶与海缆之间的距离决定它对海缆造成抛锚损害的可能性，如其在海缆正上方抛锚，则风险巨大。（2）船舶速度：在海缆监控系统界面上不能直接判别船舶是否抛锚，但可以间接通过船舶速度来预判船舶抛锚的可能性，如船舶速度低于0.5节，该船舶抛锚的可能性比较大。（3）船舶速度变化：船速骤降，该船舶可能发生主机故障等险情，抛锚的可能性比较大。（4）锚重：船舶的锚越重，其对海缆的伤害越大。有些船舶锚等信息不能通过AIS预知，只能通过该船的船长、船宽、船舶性质、总吨等信息计算得到。（5）风速、潮流、潮汐、降水量：海缆所处的周围环境对海缆本体、船舶、渔网作业影响较大，天气恶劣时，船舶抛锚、定置网等渔网移动的可能性增加，海缆受外力破坏风险增大。（6）电压、电流、油压、油流：海缆本身的电气特性能反映海缆目前的工作状态。如满载工作时应将海缆受外力破坏的风险提高一个级别，如此时海缆损坏可能导致电网解列等恶劣的社会影响。（7）黑名单：已经在海缆监视告警区抛锚或船速异常的船舶将计入黑名单，该船舶出现在海缆监视告警区时将格外关注。（8）白名单：常年在海缆监视告警区周边作业，但船锚较小、知晓海缆位置且不在海缆保护区内作业的渔船可纳入白名单，即使低速也不告警。（9）船舶吃水与海缆所处位置水深的相对关系：判定船舶搁浅风险时，可根据船舶当前航线做延长线与三相海缆及左右500m边界相交，共得到5个交点，计算5点中水深最低点位置船舶是否搁浅。
5结论
通过上述数据分析，建议风险决策计算时应当考虑如下因素：船舶位置、船舶速度、船舶速度变化、锚重、风速、潮流、潮汐、降水量、电压、电流、油压、油流、黑名单、白名单、船舶吃水与海缆所处位置水深的相对关系。
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参考文献］
［1］曹火江.海底电（光）缆的保护和管理［J］.电线电缆，2006（3）：34?38.
收稿日期：2015?07?30
作者简介：王宁（1989—），男，海南万宁人，助理工程师，研究方向：电力工程。