建设智能海缆运维体系，畅通新型电力系统电力输送大通道
来源：中国电力新闻网 时间：2022-09-28 16:51
双碳格局下，全球加速向清洁能源、新能源转型。中国也定下了2030年“碳达峰”、 2060年“碳中和”的目标；2021年中央财经委员会第九次会议提出要“构建以新能源为主体的新型电力系统”。构建以新能源为主体的新型电力系统，有利于加快我国构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系步伐，推动经济社会绿色转型和高质量发展。
1 海底电缆为新型电力系统电力传输提供了重要通道
海洋约占地球面积的71%，海上风电、潮汐发电等新能源开发为新型电力系统建设提供了重要方向。中国大陆海岸线长18400km，岛屿岸线长14247km，管辖的海域面积约300万平方千米。海上风电具有资源丰富、沿海地区就近消纳能力强、发电能力小时数高、不占用土地及适合大规模开发等特点，必将成为构建新型电力系统最为重要的方式。国家能源局发布的《“十四五”现代能源体系规划》提出，鼓励建设海上风电基地，推进海上风电向深水远岸区域布局。2021年我国海上风电新增装机容量达1690万千瓦，同比增长452.29%，各沿海省市更是大力布局海上风电，“十四五”期间仅广东规划容量就达11595万千瓦。海底电缆作为海上风电风机阵列互联及深远海风电送出的唯一方式，其作用不言而喻。
另外，由于不占用陆地面积，海底电缆通常用来作为实现跨区域清洁能源优化配置、互补互济的必经途径。德国与挪威的NordLink工程、英国与挪威的North Sea Link工程等均是通过海缆传输海上风电、太阳能发电以及水电等新能源及清洁能源。
可见，海底电缆是传输清洁能源、新能源的重要方式，是构建新型电力系统的核心环节，是新型电力系统电力传输的重要通道。
2 基于海洋新能源开发的新型电力系统建设对海缆运维质量提出了更高要求
海上风电作为新能源发电的重要组成部分，是高增长产业之一，海缆受益于海上风电装机容量及风场离岸距离的增长，得以快速发展，预计十四五期间海缆市场总规模可达约600亿元。基于海洋工程成本及海底环境的复杂性，海缆运维手段较少。目前相关技术攻关主要集中在海缆生产制造、施工等方面，运维方面则投入较少，大多数海缆安装后处于免维护状态，仅有的运维工作对人的要求过高，自动化、智能化程度较低，只能在发现故障后进行修复，且维修成本远高于陆缆。海上风电海缆一旦出现故障，将直接导致电力送出中断。
另外，随着深远海风电开发及跨区域能源互济，海缆也逐步向更长距离、更高电压等级转变，目前已投运的海缆最长距离720km，最高电压等级600kV，这对新型电力系统电力输送唯一通道—海底电缆的安全提出了更高的要求。
南方电网超高压输电公司、国网舟山电力公司等国内运维单位逐步在海缆运维方面发力，拓宽了运维手段，有效保障了海缆通道的安全，智能海缆运维体系建设初具成效。
3 智能海缆运维体系建设建议及成效
海底电缆智能环境感知借鉴智慧海洋工程建设思路来感知海缆运行环境，利用AIS、VTS、红外及视频监控等监控水面路由船只动态，通过水下机器人、声呐、地波雷达、水文监测设备等获取水下海缆保护状态、地形地貌情况、洋流波浪等水文状况，适应新型电力系统广泛互联要求，借助人工智能、大数据分析等手段全面辨识海缆水上水下的风险，使得海缆运行环境更加透明，为日常巡视、保护宣传、海缆检测等业务开展提供决策依据。
海底电缆智能状态评估充分利用分布式光纤温度、应力、振动等在线监测，电压、电流、负荷等实时电气参数，获取海缆本体运行关键数据信息，结合环境感知结果，对海缆的运行风险等级进行评估，对本体的运行状态进行多维度智能评级。对于海上风电场海缆，输送功率波动多变，可结合实时温度及负荷对其短时过负荷能力进行动态预测，根据需要调整输送功率，适应新型电力系统灵活柔性的基本特征。
海底电缆精准预防修复在路由区域发生船只低速、抛锚、搁浅等危及海缆安全的事件后，按照海缆风险等级和状态智能评估结果，按需选用甚高频、无人机、无人船应急船只等不同方式对肇事船开展应急处置及保护宣贯，精准预防外力破坏事故的发生，减少非必要出海产生的成本及高危人身风险。根据海缆状态智能评估结果，提前发现并消除隐患或缺陷，如及时恢复发现的裸露悬空段保护措施，对电缆受损外护层进行隔水修复，提升海缆的健康水平，避免隐患缺陷加剧导致系统因故障退出运行。
4 海底电缆智能运维体系发展方向
随着深远海风电、赤道圈太阳能开发、跨区域输电等新型电力系统建设需要，海缆规模将越来越大，长度、水深及电压等级等将持续大幅提升，如海南十四五海上风电规划，距陆地最远150km；用于清洁能源调配的东北亚联网，规划海缆长1400km，电压±800kV；用于非洲太阳能发电、风力发电、水电送出的非欧互联的阿尔及利亚—法国—德国互联工程，规划海缆长840km，最大水深2731m，电压±800kV；用于送出太阳能发电的澳大利亚-新加坡互联项目，规划海缆长3200km，最大水深1800 m。这些将对海缆的运行维护提出更高要求：
进一步攻坚海底电缆本体状态监测及修复技术针对海缆本体状态感知手段少的现状，攻坚海缆局部放电、外护层损伤等轻微缺陷的感知及定位方式、海上风电动态缆状态监测，重点解决监测信号衰减等问题，建立基于数字孪生的海缆本体状态监测系统，提前预判各种可能存在的缺陷，攻克深水区轻损故障修复技术。
政企联动，多方建立海缆安全保障体系海缆运维涉及海洋、渔业、海事等多政府部门，为充分使用政府部门执法力量、海洋监管系统、法律宣传平台等资源，提高海上应急处置等的协调效率，建议积极协调海缆路由辖区内各政府部门，建立多单位参与的海缆安全联合保障体系。
借鉴通信海缆维护区概念，推动海底电管线维护中心建设借鉴国际光缆维护区概念，联合海底光/电缆、海底管道等运维工作相似的单位，建立海底管线片区维护中心，共享路由监控、水面巡视、水下检测及抢修等所需系统、装备、备件及施工队伍等，盘活区域内资源及力量，避免海上工程的高额重复投资，减轻企业负担。
经过10余年不断探索和发展，南方电网超高输电公司建成了国内领先的智能海缆运维体系，有力保证了海南联网双回海缆的安全稳定运行，畅通了跨区域清洁能源互济互补的通道，自2019年以来，稳定的海缆通道支撑40亿千瓦时云南清洁水电入琼和2亿千瓦时海南清洁核电外送，综合减排二氧化碳约312万吨，有力促进双碳目标实现。面对构建新型电力系统带来的挑战，超高压公司将继续加大海缆运维技术攻关力度，不断完善智能海缆运维体系，推广应用至近海、深远海海上风电送出海缆，畅通新型电力系统电力输送通道，提高新能源消纳能力，全力服务好“双碳”目标的实现。
作者：黄小卫（中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局），男，高级工程师，二级领军专业技术专家，主要从事海底电缆施工运维、智能监测及检测等方面的研究及工作
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