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歐美大地 海洋工程
海洋工程
蘇格蘭海岸風電場電力電纜故障快速定位方法
發布時間:2023-02-23 瀏覽次數:30193 來源:歐美大地
集電線路海纜和送出海纜是海上風電場的重要組成部分,不但承擔著將電量匯集并輸送至岸上的職責,更是海上升壓站、海上風機自用電的第一道保障,其可靠性對整個海上風電場安全運行的重要性不言而喻。
海纜故障風險是整個海上風電場風險評估中不可回避的問題。雖然,以往的運行經驗得到的結論是海纜幾乎沒有自發的電氣故障,但海纜附件故障(例如終端安裝不當、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海岸之間的海上風電場,在處于運行狀態時,一條長度約為15km的主出口電力線纜出現短路故障,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處理之前,80MW的海岸電力供應將處于停機狀態。
風電場所使用的基于高壓脈沖發生器的時域反射測量(TDR)方法的檢測結果表明,該故障發生在距離海岸2英里的位置,在這一位置進行維修的成本約為800萬英鎊。此外,風輪機的安裝時間將長達6個月,這期間每天可能會造成9萬英鎊的經濟損失?,F有的TDR技術采用手動且耗時的故障定位過程,即使在運行情況良好的條件下,其定位精度也相當低(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,此項目采用的傳輸電纜具有集成在結構內的光纖光纜,這使得將分布式光纖聲波傳感技術(DAS)應用到故障定位中具有一定的可行性。
OptaSense®的DAS技術是一種經過充分驗證的方法,能夠在遠距離下檢測待測物體附近發生的任何活動。DAS技術可以將現有的光纖光纜轉換為一系列的虛擬傳聲器,而無需任何額外的設備。通過應用此設備,操作員可以實時檢測、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技術的光纖光纜已經安裝完畢,所以OptaSense的技術專家在24小時內快速進入現場。實際上在本項目中,OptaSense到達現場4小時內就找到、定位并驗證了故障事件。
本方案應用OptaSense的詢問器單元來確定發電機引起的放電噪聲位置。詢問器單元能夠在幾分鐘內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際位置位于電纜的陸地段,從而消除了預定長達8周的維修時間(每天10,000英鎊)和損失。同時也消除了對高成本檢測船和ROV(遙控無人潛水器)的需求。
盡管光纖光纜與電力線纜之間的距離為2m,OptaSense詢問器單元的遠程覆蓋范圍可達40km,因此能夠在陸地上輕松快速地監測電纜故障。

電纜及光纜安裝示意圖


在確認了故障位置之后,操作員能夠在一周內完成維修工作。由于啟用了快速響應的OptaSense DAS技術,與傳統的故障檢測技術 相比,我們的用戶實現了成本的顯著節約。
如果將光纜與詢問器單元進行長期連接,用戶可以實現即時的故障定位監測,以及對海上其他威脅電纜安全的情況進行分析。
盡管在該項目故障時尚未安裝DAS詢問器,但是OptaSense能夠利用用戶現有光纖運行DAS詢問器,并且在相對較短的時間內準確 定位故障位置,這一效果是利用傳統的TDR常規方法無法達到的。
通過永久安裝OptaSense DAS,操作員可以實現24/7實時監控, 從而使操作員能夠在故障發生時立即定位故障,而不是幾天后,從而節省時間和成本。

電力行業可以從DAS技術的各種應用中得到哪些幫助?
  1. 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米范圍內進行定位;
  2. 埋地陸上和海上電纜的第三方干預保護(TPI) ;
  3. 事件的早期檢測能力,能夠實時監控,以檢測、定位和報警。這提供了在事件發生前進行干預的機會,以保護待測資產,如早期探測船只的拖錨和漁網等潛在危險;
  4. 對電纜進行和自由掃描(0.25-2.5Hz) ,以檢測其中可能存在的渦 激振動現象;
  5. 單個詢問器單元的遠程測量范圍高達40km。

漲潮時水深在15至25m之間的船舶移動軌跡


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