海底动力电缆局部放电部位快速定位装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种海底动力电缆局部放电部位快速定位装置及方法，包括高压脉冲发生装置、拖曳线列阵声纳、ROV和水上可移动平台；高压脉冲发生装置串联在海底动力电缆的接驳处；水上可移动平台上设有监控中心、声信标定位装置、卫星定位装置；监控中心分别与声信标定位装置、卫星定位装置、通信装置、拖曳线列阵声纳和ROV相连；ROV上搭载有光学成像设备、声纳阵列、机械手、声信标。本发明通过拖曳线列阵确定疑似局部放电部位的大致方位，然后借助ROV进行抵进确认，实现了局部放电部位的准确、快速定位，对海底动力电缆本身结构要求较低，具有较强的适应性，不需要复合电缆技术支持，降低了海底动力电缆的建设成本。
【专利说明】
海底动力电缆局部放电部位快速定位装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种海底动力电缆局部放电部位快速定位装置及方法，属于电力电缆检测技术领域。
【背景技术】
[0002]海底动力电缆是海上电力传输的重要方式。与陆上动力电缆相比，海底动力电缆极易受到复杂的海洋环境和海洋活动的影响而发生故障。在海底动力电缆的正常运行过程中，由于海床的运动以及人类对海洋的开发利用活动(如落锚、抛锚、捕捞等)，极易产生海底动力电缆绝缘层破损，降低其绝缘性能。同时，由于海洋的特殊环境，使得海底动力电缆较陆上动力电缆极易受到腐蚀、渗透，也会导致绝缘性能的降低。动力电缆的绝缘性能的降低，极易导致局部放电现象的发生，对动力电缆正常运行带来极大的危害，因此需要一种简单、快速、准确的方法及装置来定位海底动力电缆的局部放电部位，便于及时进行电缆的维护。
[0003]局部放电，是指在电场作用下，电力设备绝缘系统中只有部分区域发生放电，而没有贯穿施加电压的导体之间，即尚未出现击穿的现象。海底动力电缆局部放电蕴含极大的瞬间能量，在释放的过程中，将放电部位的介质加热使其蒸发，效果类似于爆炸，此时，局部放电部位相当于一个声源，向外发出声波。
[0004]现有的海底动力电缆局部放电检测方法大都从电缆本身出发，采用复合电缆技术，如对海底动力电缆同轴布设分布式光纤传感器等，通过对电缆周围相关场信息(如压力场、温度场、电场等)的采集来判断是否出现局部放电。这种方法有很大的局限性:一方面，大量布设传感器，提高了海底动力电缆线路的建设成本;另一方面，受到所布设的传感器的精度限制，对局部放电检测的灵敏度产生很大影响，极易错过最佳的维护时间，从而带来不必要的损失。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种海底动力电缆局部放电部位快速定位装置及方法，可以对海底动力电缆局部放电部位进行快速、准确定位。
[0006]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:
海底动力电缆局部放电部位快速定位装置，其特征在于，包括高压脉冲发生装置、拖曳线列阵声纳、ROV和水上可移动平台；
所述高压脉冲发生装置串联在海底动力电缆的入海口或者出海口的接驳处，用于产生高压脉冲信号；
所述水上可移动平台上设有监控中心、声信标定位装置、卫星定位装置和通信装置；所述监控中心分别与声信标定位装置、卫星定位装置、通信装置、拖曳线列阵声纳和ROV相连;
所述ROV上搭载有光学成像设备、声纳阵列、机械手、声信标，所述光学成像设备、声纳阵列和机械手分别与监控中心相连。
[0007]前述的海底动力电缆局部放电部位快速定位装置，其特征在于，所述水上可移动平台上还设有拖曳线列阵声纳收放装置和ROV收放装置;所述拖曳线列阵声纳收放装置用于将拖曳线列阵声纳放置于水中并牵引或者从水中取出，所述ROV收放装置用于将ROV放置于水中并牵引或者从水中取出。
[0008]前述的海底动力电缆局部放电部位快速定位装置，其特征在于，所述水上可移动平台为船只或舰艇。
[0009]前述的海底动力电缆局部放电部位快速定位装置，其特征在于，所述拖曳线列阵声纳收放装置和ROV收放装置为绞车或吊车。
[0010]前述的海底动力电缆局部放电部位快速定位装置，其特征在于，所述卫星定位装置和通信装置为同一设备。
[0011 ]前述的海底动力电缆局部放电部位快速定位装置，其特征在于，所述卫星定位装置为具有通信功能的北斗卫星定位系统。
[0012]基于权力前述的海底动力电缆局部放电部位快速定位装置的海底动力电缆局部放电部位快速定位方法，其特征在于，包括如下步骤:
S001，安放高压脉冲发生装置，控制其产生高压脉冲信号，将海底动力电缆局部放电部位发出的声音频段进行控制；
S002，通过拖曳线列阵声纳收放装置释放拖曳线列阵声纳，水上可移动平台沿海底动力电缆铺设路径进行定速巡航开始巡检；
S003，判断是否完成巡检，如果完成，则结束巡检工作，如果没有，则继续进行S004步骤；
S004，拖曳线列阵声纳采集到通过高压脉冲信号控制的海底动力电缆局部放电部位发出的声音频段信号，并上传到监控中心；
S005，监控中心分析采集到的声信号得到其指向性；
S006，判断上一步得到的指向性是否显著;如果指向性显著，则进入步骤S007;否则，则返回步骤S002，继续进行巡检；
S007，通过ROV收放装置释放ROV进行抵进确认；
S008，确认是否有局部放电现象，如果没有局部放电现象，则进入步骤SOlI，否则，进入步骤S009;
S009，ROV放置声信标对局部放电部位进行标记；
S010，监控中心计算声信标的地理坐标位置和深度信息，并发送给海底动力电缆维护人员；
soil, ROV返回巡检船，并进入步骤S002继续巡检，直至完成巡检。
[0013]前述的海底动力电缆局部放电部位快速定位方法，其特征在于，所述步骤S003判断是否完成巡检时，具体通过如下方法判断，水上可移动平台通过自身在电子海图中的位置以及海底动力电缆在海图中的位置，来判断巡检工作是否完成。
[0014]前述的海底动力电缆局部放电部位快速定位方法，其特征在于，所述步骤S005中分析声信号得到其指向性的方法为自适应空域滤波类算法或空间谱估计类算法。
[0015]前述的海底动力电缆局部放电部位快速定位方法，其特征在于，所述步骤S007中释放ROV进行抵进确认时，ROV通过其上搭载的声纳阵列来进行导航，向疑似海底动力电缆局部放电部位移动，靠近后，通过其搭载的光学成像设备进行观察，确认是否有局部放电现象。
[0016]与现有技术相比，本发明的海底动力电缆局部放电部位快速定位装置及方法，具有以下有益效果:
(I)利用海底动力电缆局部放电部位相当于声源的特性，通过拖曳线列阵确定疑似局部放电部位的大致方位，然后借助ROV进行抵进确认，并且通过专用声信标进行标记，实现了局部放电部位的的准确、快速定位。
[0017](2)从海底动力电缆局部放电现象入手，来确定局部放电部位，对海底动力电缆本身结构要求较低，具有较强的适应性。
[0018](3)不需要复合电缆技术支持，降低了海底动力电缆的建设成本。
【附图说明】
[0019]图1是本发明的海底动力电缆局部放电部位快速定位装置的结构示意图。
[0020]图2是本发明的海底动力电缆局部放电部位快速定位方法的整体流程图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0022]如图1所示，一种海底动力电缆局部放电部位快速定位装置，包括高压脉冲发生装置E001、拖曳线列阵声纳E002、R0V EOlO和巡检船E006。
[0023]高压脉冲发生装置EOOl串联在海底动力电缆DOOl的入海口或者出海口的接驳处，用于产生特定参数的高压脉冲信号，高压脉冲信号的参数根据海域的情况及海底动力电缆的种类进行确定。
[0024]巡检船E006上设有监控中心E005、声信标定位装置E007和具有通信功能的北斗卫星定位系统E008 ο监控中心E005分别与声信标定位装置E007、北斗卫星定位系统E008、拖曳线列阵声纳E002和R0VE010相连。ROV EOlO为有缆遥控水下机器人，其上搭载有光学成像设备、声纳阵列、机械手、声信标E004，光学成像设备、声纳阵列和机械手分别与监控中心E005相连。光学成像设备用于靠近海底动力电缆观察是否存在局部放电现象，声纳阵列用于接收目标声源的信号，指引ROV运动方向，机械手用于放置声信标E004。
[0025]巡检船E006上还设有拖曳线列阵声纳收放装置E003和ROV收放装置E009 ；拖曳线列阵声纳收放装置E003用于将拖曳线列阵声纳E002放置于水中并牵引或者从水中取出，ROV收放装置E009用于将R0VE010放置于水中并牵引或者从水中取出。拖曳线列阵声纳收放装置E003和ROV收放装置E009为绞车或吊车，但不局限于这两种设备。
[0026]拖曳线列阵声纳E002用于采集声信号。高压脉冲发生装置EOOl可以通过产生特定参数的高压脉冲信号，将海底动力电缆局部放电部位发出的声音控制在特定的频段，拖曳线列阵声纳E002将采集的声信号频率限定在该频段内，可以排除海底其他声源产生的声信号的干扰，从而提高检测的准确率，拖曳线列阵声纳E002将采集到的声信号送入监控中心。
[0027]监控中心E005分析拖曳线列阵声纳E002采集到的声信号得到其指向性，确定海底动力电缆的放电部位的大致方位后，ROV收放装置释放ROV进行抵进确认。ROV通过搭载的声纳阵列来进行导航，向疑似海底动力电缆局部放电部位移动，靠近后，通过搭载的光学成像设备进行观察是否有局部放电现象，如果确认有局部放电现象则通过机械手放置专用声信标标记放电部位。
[0028]放电部位标记完成后，监控中心E005通过北斗卫星定位系统E008，获取巡检船E006的地理坐标信息，通过声信标定位装置E007，获取ROV放置的声信标E004的方位及距离信息。监控中心E005通过获取到的巡检船E006的地理坐标信息以及声信标的方位及距离信息，计算出声信标E004的最终地理坐标信息及深度信息，并通过北斗卫星定位系统E008将计算出的声信标E004的最终位置信息(即局部放电部位D002的位置信息)发送给海底动力电缆维护人员。
[0029]基于上述的海底动力电缆局部放电部位快速定位装置的定位方法，流程图如图2所示，包括如下步骤:
S001，安放高压脉冲发生装置，控制其产生高压脉冲信号，将海底动力电缆局部放电部位发出的声音控制在特定的频段；
S002，通过拖曳线列阵声纳收放装置释放拖曳线列阵声纳，巡检船沿海底动力电缆铺设路径进行定速巡航开始巡检;海底动力电缆施工时会保存其铺设坐标信息，将这些坐标信息导入到电子海图中，即可驾驶巡检船沿着海底动力电缆铺设路径进行巡航；
S003，判断是否完成巡检，巡检船通过自身在电子海图中的位置以及海底动力电缆在海图中的位置来判断巡检工作是否完成，如果完成，则结束巡检工作，如果没有，则继续进行S004步骤；
S004，拖曳线列阵声纳采集到通过高压脉冲信号控制的海底动力电缆局部放电部位发出的声音频段信号，并上传到监控中心；
S005，监控中心分析采集到的声信号得到其指向性，通过分析采集的声信号获得其指向性的方法可以包含但不局限于自适应空域滤波类算法和空间谱估计类算法；
S006，判断上一步得到的指向性是否显著;如果指向性显著，则进入步骤S007;否则，则返回步骤S002，继续进行巡检，指向性是否显著的判断标准以能否准确区分出某一疑似局部放电部位产生的声源的方位角为准；
S007，通过ROV收放装置释放ROV进行抵进确认，ROV通过其上搭载的声纳阵列来进行导航，向疑似海底动力电缆局部放电部位移动，靠近后，通过其搭载的光学成像设备进行观察；
S008，确认是否有局部放电现象，如果没有局部放电现象，则进入步骤SOlI，否则，进入步骤S009;
S009，R0V放置声信标对局部放电部位进行标记，ROV通过搭载的机械手进行声信标的放置，声信标可以在一定时间内产生特定频率的声信号，用来配合巡检船确定其位置信息以及用来指引海底动力电缆维护人员到达指定位置进行维护；
S010，监控中心计算声信标的地理坐标位置和深度信息，并发送给海底动力电缆维护人员，监控中心通过卫星定位装置，获取巡检船的地理坐标信息，通过声信标定位装置获取ROV放置的声信标的方位及距离信息，监控中心通过获取到的巡检船的地理坐标信息以及声信标的方位及距离信息，计算出声信标的最终地理坐标信息及深度信息，然后通过搭载的北斗卫星定位系统将计算出的声信标的最终位置信息发送给海底动力电缆维护人员； soil, ROV返回巡检船，并进入步骤S002继续巡检，直至完成巡检。
[0030]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.海底动力电缆局部放电部位快速定位装置，其特征在于，包括高压脉冲发生装置(E001)、拖曳线列阵声纳(E002)、R0V(E010)和水上可移动平台(E006); 所述高压脉冲发生装置(EOOI)串联在海底动力电缆(DOOI)的入海口或者出海口的接驳处，用于产生高压脉冲信号； 所述水上可移动平台(E006)上设有监控中心(E005)、声信标定位装置(E007)、卫星定位装置(E008)和通信装置； 所述监控中心(E005)分别与声信标定位装置(E007)、卫星定位装置(E008)、通信装置、拖曳线列阵声纳(E002)和ROV(EOlO)相连； 所述ROV(EOlO)上搭载有光学成像设备、声纳阵列、机械手、声信标(E004)，所述光学成像设备、声纳阵列和机械手分别与监控中心(E005)相连。2.根据权利要求1所述的海底动力电缆局部放电部位快速定位装置，其特征在于，所述水上可移动平台(E006)上还设有拖曳线列阵声纳收放装置(E003)和ROV收放装置(E009)；所述拖曳线列阵声纳收放装置(E003)用于将拖曳线列阵声纳(E002)放置于水中并牵引或者从水中取出，所述ROV收放装置(E009)用于将ROV(EOlO)放置于水中并牵引或者从水中取出。3.根据权利要求1所述的海底动力电缆局部放电部位快速定位装置，其特征在于，所述水上可移动平台(E006)为船只或舰艇。4.根据权利要求2所述的海底动力电缆局部放电部位快速定位装置，其特征在于，所述拖曳线列阵声纳收放装置(E003)和ROV收放装置(E009)为绞车或吊车。5.根据权利要求1所述的海底动力电缆局部放电部位快速定位装置，其特征在于，所述卫星定位装置(E008)和通信装置为同一设备。6.根据权利要求5所述的海底动力电缆局部放电部位快速定位装置，其特征在于，所述卫星定位装置(E008)为具有通信功能的北斗卫星定位系统。7.基于权利要求1-6任意一项所述的海底动力电缆局部放电部位快速定位装置的海底动力电缆局部放电部位快速定位方法，其特征在于，包括如下步骤: SOOl，安放高压脉冲发生装置，控制其产生高压脉冲信号，将海底动力电缆局部放电部位发出的声音频段进行控制； S002，通过拖曳线列阵声纳收放装置释放拖曳线列阵声纳，水上可移动平台沿海底动力电缆铺设路径进行定速巡航开始巡检； S003，判断是否完成巡检，如果完成，则结束巡检工作，如果没有，则继续进行S004步骤； S004，拖曳线列阵声纳采集到通过高压脉冲信号控制的海底动力电缆局部放电部位发出的声音频段信号，并上传到监控中心； S005，监控中心分析采集到的声信号得到其指向性； S006，判断上一步得到的指向性是否显著;如果指向性显著，则进入步骤S007;否则，则返回步骤S002，继续进行巡检； S007，通过ROV收放装置释放ROV进行抵进确认； S008，确认是否有局部放电现象，如果没有局部放电现象，则进入步骤SOll，否则，进入步骤S009; S009，ROV放置声信标对局部放电部位进行标记； S010，监控中心计算声信标的地理坐标位置和深度信息，并发送给海底动力电缆维护人员； soil, ROV返回巡检船，并进入步骤S002继续巡检，直至完成巡检。8.根据权利要求7所述的海底动力电缆局部放电部位快速定位方法，其特征在于，所述步骤S003判断是否完成巡检时，具体通过如下方法判断，水上可移动平台通过自身在电子海图中的位置以及海底动力电缆在海图中的位置，来判断巡检工作是否完成。9.根据权利要求7所述的海底动力电缆局部放电部位快速定位方法，其特征在于，所述步骤S005中分析声信号得到其指向性的方法为自适应空域滤波类算法或空间谱估计类算法。10.根据权利要求7所述的海底动力电缆局部放电部位快速定位方法，其特征在于，所述步骤S007中释放ROV进行抵进确认时，ROV通过其上搭载的声纳阵列来进行导航，向疑似海底动力电缆局部放电部位移动，靠近后，通过其搭载的光学成像设备进行观察，确认是否有局部放电现象。
【文档编号】G01R31/08GK105891674SQ201610218984
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】李广志, 范新南, 张学武, 张颢, 谢昱勃
【申请人】河海大学常州校区