海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置及方法，包括高壓脈沖發(fā)生裝置、拖曳線列陣聲納、ROV和水上可移動平臺；高壓脈沖發(fā)生裝置串聯(lián)在海底動力電纜的接駁處；水上可移動平臺上設(shè)有監(jiān)控中心、聲信標定位裝置、衛(wèi)星定位裝置；監(jiān)控中心分別與聲信標定位裝置、衛(wèi)星定位裝置、通信裝置、拖曳線列陣聲納和ROV相連；ROV上搭載有光學成像設(shè)備、聲納陣列、機械手、聲信標。本發(fā)明通過拖曳線列陣確定疑似局部放電部位的大致方位，然后借助ROV進行抵進確認，實現(xiàn)了局部放電部位的準確、快速定位，對海底動力電纜本身結(jié)構(gòu)要求較低，具有較強的適應性，不需要復合電纜技術(shù)支持，降低了海底動力電纜的建設(shè)成本。
【專利說明】
海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置及方法，屬于電力電纜檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]海底動力電纜是海上電力傳輸?shù)闹匾绞?。與陸上動力電纜相比，海底動力電纜極易受到復雜的海洋環(huán)境和海洋活動的影響而發(fā)生故障。在海底動力電纜的正常運行過程中，由于海床的運動以及人類對海洋的開發(fā)利用活動(如落錨、拋錨、捕撈等)，極易產(chǎn)生海底動力電纜絕緣層破損，降低其絕緣性能。同時，由于海洋的特殊環(huán)境，使得海底動力電纜較陸上動力電纜極易受到腐蝕、滲透，也會導致絕緣性能的降低。動力電纜的絕緣性能的降低，極易導致局部放電現(xiàn)象的發(fā)生，對動力電纜正常運行帶來極大的危害，因此需要一種簡單、快速、準確的方法及裝置來定位海底動力電纜的局部放電部位，便于及時進行電纜的維護。
[0003]局部放電，是指在電場作用下，電力設(shè)備絕緣系統(tǒng)中只有部分區(qū)域發(fā)生放電，而沒有貫穿施加電壓的導體之間，即尚未出現(xiàn)擊穿的現(xiàn)象。海底動力電纜局部放電蘊含極大的瞬間能量，在釋放的過程中，將放電部位的介質(zhì)加熱使其蒸發(fā)，效果類似于爆炸，此時，局部放電部位相當于一個聲源，向外發(fā)出聲波。
[0004]現(xiàn)有的海底動力電纜局部放電檢測方法大都從電纜本身出發(fā)，采用復合電纜技術(shù)，如對海底動力電纜同軸布設(shè)分布式光纖傳感器等，通過對電纜周圍相關(guān)場信息(如壓力場、溫度場、電場等)的采集來判斷是否出現(xiàn)局部放電。這種方法有很大的局限性:一方面，大量布設(shè)傳感器，提高了海底動力電纜線路的建設(shè)成本;另一方面，受到所布設(shè)的傳感器的精度限制，對局部放電檢測的靈敏度產(chǎn)生很大影響，極易錯過最佳的維護時間，從而帶來不必要的損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置及方法，可以對海底動力電纜局部放電部位進行快速、準確定位。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置，其特征在于，包括高壓脈沖發(fā)生裝置、拖曳線列陣聲納、ROV和水上可移動平臺；
所述高壓脈沖發(fā)生裝置串聯(lián)在海底動力電纜的入?？诨蛘叱龊？诘慕玉g處，用于產(chǎn)生高壓脈沖信號；
所述水上可移動平臺上設(shè)有監(jiān)控中心、聲信標定位裝置、衛(wèi)星定位裝置和通信裝置；所述監(jiān)控中心分別與聲信標定位裝置、衛(wèi)星定位裝置、通信裝置、拖曳線列陣聲納和ROV相連;
所述ROV上搭載有光學成像設(shè)備、聲納陣列、機械手、聲信標，所述光學成像設(shè)備、聲納陣列和機械手分別與監(jiān)控中心相連。
[0007]前述的海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置，其特征在于，所述水上可移動平臺上還設(shè)有拖曳線列陣聲納收放裝置和ROV收放裝置;所述拖曳線列陣聲納收放裝置用于將拖曳線列陣聲納放置于水中并牽引或者從水中取出，所述ROV收放裝置用于將ROV放置于水中并牽引或者從水中取出。
[0008]前述的海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置，其特征在于，所述水上可移動平臺為船只或艦艇。
[0009]前述的海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置，其特征在于，所述拖曳線列陣聲納收放裝置和ROV收放裝置為絞車或吊車。
[0010]前述的海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置，其特征在于，所述衛(wèi)星定位裝置和通信裝置為同一設(shè)備。
[0011 ]前述的海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置，其特征在于，所述衛(wèi)星定位裝置為具有通信功能的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)。
[0012]基于權(quán)力前述的海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置的海底動力電纜局部放電部位快速定位方法，其特征在于，包括如下步驟:
S001，安放高壓脈沖發(fā)生裝置，控制其產(chǎn)生高壓脈沖信號，將海底動力電纜局部放電部位發(fā)出的聲音頻段進行控制；
S002，通過拖曳線列陣聲納收放裝置釋放拖曳線列陣聲納，水上可移動平臺沿海底動力電纜鋪設(shè)路徑進行定速巡航開始巡檢；
S003，判斷是否完成巡檢，如果完成，則結(jié)束巡檢工作，如果沒有，則繼續(xù)進行S004步驟；
S004，拖曳線列陣聲納采集到通過高壓脈沖信號控制的海底動力電纜局部放電部位發(fā)出的聲音頻段信號，并上傳到監(jiān)控中心；
S005，監(jiān)控中心分析采集到的聲信號得到其指向性；
S006，判斷上一步得到的指向性是否顯著;如果指向性顯著，則進入步驟S007;否則，則返回步驟S002，繼續(xù)進行巡檢；
S007，通過ROV收放裝置釋放ROV進行抵進確認；
S008，確認是否有局部放電現(xiàn)象，如果沒有局部放電現(xiàn)象，則進入步驟SOlI，否則，進入步驟S009;
S009，ROV放置聲信標對局部放電部位進行標記；
S010，監(jiān)控中心計算聲信標的地理坐標位置和深度信息，并發(fā)送給海底動力電纜維護人員；
soil, ROV返回巡檢船，并進入步驟S002繼續(xù)巡檢，直至完成巡檢。
[0013]前述的海底動力電纜局部放電部位快速定位方法，其特征在于，所述步驟S003判斷是否完成巡檢時，具體通過如下方法判斷，水上可移動平臺通過自身在電子海圖中的位置以及海底動力電纜在海圖中的位置，來判斷巡檢工作是否完成。
[0014]前述的海底動力電纜局部放電部位快速定位方法，其特征在于，所述步驟S005中分析聲信號得到其指向性的方法為自適應空域濾波類算法或空間譜估計類算法。
[0015]前述的海底動力電纜局部放電部位快速定位方法，其特征在于，所述步驟S007中釋放ROV進行抵進確認時，ROV通過其上搭載的聲納陣列來進行導航，向疑似海底動力電纜局部放電部位移動，靠近后，通過其搭載的光學成像設(shè)備進行觀察，確認是否有局部放電現(xiàn)象。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置及方法，具有以下有益效果:
(I)利用海底動力電纜局部放電部位相當于聲源的特性，通過拖曳線列陣確定疑似局部放電部位的大致方位，然后借助ROV進行抵進確認，并且通過專用聲信標進行標記，實現(xiàn)了局部放電部位的的準確、快速定位。
[0017](2)從海底動力電纜局部放電現(xiàn)象入手，來確定局部放電部位，對海底動力電纜本身結(jié)構(gòu)要求較低，具有較強的適應性。
[0018](3)不需要復合電纜技術(shù)支持，降低了海底動力電纜的建設(shè)成本。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明的海底動力電纜局部放電部位快速定位方法的整體流程圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0022]如圖1所示，一種海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置，包括高壓脈沖發(fā)生裝置E001、拖曳線列陣聲納E002、R0V EOlO和巡檢船E006。
[0023]高壓脈沖發(fā)生裝置EOOl串聯(lián)在海底動力電纜DOOl的入?？诨蛘叱龊？诘慕玉g處，用于產(chǎn)生特定參數(shù)的高壓脈沖信號，高壓脈沖信號的參數(shù)根據(jù)海域的情況及海底動力電纜的種類進行確定。
[0024]巡檢船E006上設(shè)有監(jiān)控中心E005、聲信標定位裝置E007和具有通信功能的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)E008 ο監(jiān)控中心E005分別與聲信標定位裝置E007、北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)E008、拖曳線列陣聲納E002和R0VE010相連。ROV EOlO為有纜遙控水下機器人，其上搭載有光學成像設(shè)備、聲納陣列、機械手、聲信標E004，光學成像設(shè)備、聲納陣列和機械手分別與監(jiān)控中心E005相連。光學成像設(shè)備用于靠近海底動力電纜觀察是否存在局部放電現(xiàn)象，聲納陣列用于接收目標聲源的信號，指引ROV運動方向，機械手用于放置聲信標E004。
[0025]巡檢船E006上還設(shè)有拖曳線列陣聲納收放裝置E003和ROV收放裝置E009 ；拖曳線列陣聲納收放裝置E003用于將拖曳線列陣聲納E002放置于水中并牽引或者從水中取出，ROV收放裝置E009用于將R0VE010放置于水中并牽引或者從水中取出。拖曳線列陣聲納收放裝置E003和ROV收放裝置E009為絞車或吊車，但不局限于這兩種設(shè)備。
[0026]拖曳線列陣聲納E002用于采集聲信號。高壓脈沖發(fā)生裝置EOOl可以通過產(chǎn)生特定參數(shù)的高壓脈沖信號，將海底動力電纜局部放電部位發(fā)出的聲音控制在特定的頻段，拖曳線列陣聲納E002將采集的聲信號頻率限定在該頻段內(nèi)，可以排除海底其他聲源產(chǎn)生的聲信號的干擾，從而提高檢測的準確率，拖曳線列陣聲納E002將采集到的聲信號送入監(jiān)控中心。
[0027]監(jiān)控中心E005分析拖曳線列陣聲納E002采集到的聲信號得到其指向性，確定海底動力電纜的放電部位的大致方位后，ROV收放裝置釋放ROV進行抵進確認。ROV通過搭載的聲納陣列來進行導航，向疑似海底動力電纜局部放電部位移動，靠近后，通過搭載的光學成像設(shè)備進行觀察是否有局部放電現(xiàn)象，如果確認有局部放電現(xiàn)象則通過機械手放置專用聲信標標記放電部位。
[0028]放電部位標記完成后，監(jiān)控中心E005通過北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)E008，獲取巡檢船E006的地理坐標信息，通過聲信標定位裝置E007，獲取ROV放置的聲信標E004的方位及距離信息。監(jiān)控中心E005通過獲取到的巡檢船E006的地理坐標信息以及聲信標的方位及距離信息，計算出聲信標E004的最終地理坐標信息及深度信息，并通過北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)E008將計算出的聲信標E004的最終位置信息(即局部放電部位D002的位置信息)發(fā)送給海底動力電纜維護人員。
[0029]基于上述的海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置的定位方法，流程圖如圖2所示，包括如下步驟:
S001，安放高壓脈沖發(fā)生裝置，控制其產(chǎn)生高壓脈沖信號，將海底動力電纜局部放電部位發(fā)出的聲音控制在特定的頻段；
S002，通過拖曳線列陣聲納收放裝置釋放拖曳線列陣聲納，巡檢船沿海底動力電纜鋪設(shè)路徑進行定速巡航開始巡檢;海底動力電纜施工時會保存其鋪設(shè)坐標信息，將這些坐標信息導入到電子海圖中，即可駕駛巡檢船沿著海底動力電纜鋪設(shè)路徑進行巡航；
S003，判斷是否完成巡檢，巡檢船通過自身在電子海圖中的位置以及海底動力電纜在海圖中的位置來判斷巡檢工作是否完成，如果完成，則結(jié)束巡檢工作，如果沒有，則繼續(xù)進行S004步驟；
S004，拖曳線列陣聲納采集到通過高壓脈沖信號控制的海底動力電纜局部放電部位發(fā)出的聲音頻段信號，并上傳到監(jiān)控中心；
S005，監(jiān)控中心分析采集到的聲信號得到其指向性，通過分析采集的聲信號獲得其指向性的方法可以包含但不局限于自適應空域濾波類算法和空間譜估計類算法；
S006，判斷上一步得到的指向性是否顯著;如果指向性顯著，則進入步驟S007;否則，則返回步驟S002，繼續(xù)進行巡檢，指向性是否顯著的判斷標準以能否準確區(qū)分出某一疑似局部放電部位產(chǎn)生的聲源的方位角為準；
S007，通過ROV收放裝置釋放ROV進行抵進確認，ROV通過其上搭載的聲納陣列來進行導航，向疑似海底動力電纜局部放電部位移動，靠近后，通過其搭載的光學成像設(shè)備進行觀察；
S008，確認是否有局部放電現(xiàn)象，如果沒有局部放電現(xiàn)象，則進入步驟SOlI，否則，進入步驟S009;
S009，R0V放置聲信標對局部放電部位進行標記，ROV通過搭載的機械手進行聲信標的放置，聲信標可以在一定時間內(nèi)產(chǎn)生特定頻率的聲信號，用來配合巡檢船確定其位置信息以及用來指引海底動力電纜維護人員到達指定位置進行維護；
S010，監(jiān)控中心計算聲信標的地理坐標位置和深度信息，并發(fā)送給海底動力電纜維護人員，監(jiān)控中心通過衛(wèi)星定位裝置，獲取巡檢船的地理坐標信息，通過聲信標定位裝置獲取ROV放置的聲信標的方位及距離信息，監(jiān)控中心通過獲取到的巡檢船的地理坐標信息以及聲信標的方位及距離信息，計算出聲信標的最終地理坐標信息及深度信息，然后通過搭載的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)將計算出的聲信標的最終位置信息發(fā)送給海底動力電纜維護人員； soil, ROV返回巡檢船，并進入步驟S002繼續(xù)巡檢，直至完成巡檢。
[0030]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置，其特征在于，包括高壓脈沖發(fā)生裝置(E001)、拖曳線列陣聲納(E002)、R0V(E010)和水上可移動平臺(E006); 所述高壓脈沖發(fā)生裝置(EOOI)串聯(lián)在海底動力電纜(DOOI)的入海口或者出?？诘慕玉g處，用于產(chǎn)生高壓脈沖信號； 所述水上可移動平臺(E006)上設(shè)有監(jiān)控中心(E005)、聲信標定位裝置(E007)、衛(wèi)星定位裝置(E008)和通信裝置； 所述監(jiān)控中心(E005)分別與聲信標定位裝置(E007)、衛(wèi)星定位裝置(E008)、通信裝置、拖曳線列陣聲納(E002)和ROV(EOlO)相連； 所述ROV(EOlO)上搭載有光學成像設(shè)備、聲納陣列、機械手、聲信標(E004)，所述光學成像設(shè)備、聲納陣列和機械手分別與監(jiān)控中心(E005)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置，其特征在于，所述水上可移動平臺(E006)上還設(shè)有拖曳線列陣聲納收放裝置(E003)和ROV收放裝置(E009)；所述拖曳線列陣聲納收放裝置(E003)用于將拖曳線列陣聲納(E002)放置于水中并牽引或者從水中取出，所述ROV收放裝置(E009)用于將ROV(EOlO)放置于水中并牽引或者從水中取出。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置，其特征在于，所述水上可移動平臺(E006)為船只或艦艇。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置，其特征在于，所述拖曳線列陣聲納收放裝置(E003)和ROV收放裝置(E009)為絞車或吊車。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置，其特征在于，所述衛(wèi)星定位裝置(E008)和通信裝置為同一設(shè)備。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置，其特征在于，所述衛(wèi)星定位裝置(E008)為具有通信功能的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)。7.基于權(quán)利要求1-6任意一項所述的海底動力電纜局部放電部位快速定位裝置的海底動力電纜局部放電部位快速定位方法，其特征在于，包括如下步驟: SOOl，安放高壓脈沖發(fā)生裝置，控制其產(chǎn)生高壓脈沖信號，將海底動力電纜局部放電部位發(fā)出的聲音頻段進行控制； S002，通過拖曳線列陣聲納收放裝置釋放拖曳線列陣聲納，水上可移動平臺沿海底動力電纜鋪設(shè)路徑進行定速巡航開始巡檢； S003，判斷是否完成巡檢，如果完成，則結(jié)束巡檢工作，如果沒有，則繼續(xù)進行S004步驟； S004，拖曳線列陣聲納采集到通過高壓脈沖信號控制的海底動力電纜局部放電部位發(fā)出的聲音頻段信號，并上傳到監(jiān)控中心； S005，監(jiān)控中心分析采集到的聲信號得到其指向性； S006，判斷上一步得到的指向性是否顯著;如果指向性顯著，則進入步驟S007;否則，則返回步驟S002，繼續(xù)進行巡檢； S007，通過ROV收放裝置釋放ROV進行抵進確認； S008，確認是否有局部放電現(xiàn)象，如果沒有局部放電現(xiàn)象，則進入步驟SOll，否則，進入步驟S009; S009，ROV放置聲信標對局部放電部位進行標記； S010，監(jiān)控中心計算聲信標的地理坐標位置和深度信息，并發(fā)送給海底動力電纜維護人員； soil, ROV返回巡檢船，并進入步驟S002繼續(xù)巡檢，直至完成巡檢。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的海底動力電纜局部放電部位快速定位方法，其特征在于，所述步驟S003判斷是否完成巡檢時，具體通過如下方法判斷，水上可移動平臺通過自身在電子海圖中的位置以及海底動力電纜在海圖中的位置，來判斷巡檢工作是否完成。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的海底動力電纜局部放電部位快速定位方法，其特征在于，所述步驟S005中分析聲信號得到其指向性的方法為自適應空域濾波類算法或空間譜估計類算法。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的海底動力電纜局部放電部位快速定位方法，其特征在于，所述步驟S007中釋放ROV進行抵進確認時，ROV通過其上搭載的聲納陣列來進行導航，向疑似海底動力電纜局部放電部位移動，靠近后，通過其搭載的光學成像設(shè)備進行觀察，確認是否有局部放電現(xiàn)象。
【文檔編號】G01R31/08GK105891674SQ201610218984
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】李廣志, 范新南, 張學武, 張顥, 謝昱勃
【申請人】河海大學常州校區(qū)