科技创新在海大:“复合海缆在线监测系统”攻克海缆安全监测难题

给海底海缆装上一双“监控的眼睛”

——我校“复合海缆在线监测系统”攻克海缆安全监测难题

为实时掌握海底复合海缆运行状况,保障海上采油平台电网安全稳定运行,上海海事大学信息工程学院安博文教授科研团队与中海石油(中国)有限公司天津分公司合作、历时两年多研发的“复合海缆在线监测系统” 日前获得成功,并正式投入使用。

该系统在无需改造现有海缆结构、不影响海缆正常工作方式前提下,利用海缆中冗余的光纤进行温度、应变传感,连续实时地对海缆异常温度升高及锚挂等外部危害进行安全预警,就像给复合海缆装上了一双“监控的眼睛”,实现了对海缆亚健康状态早发现、早告警的全天候、分布式监控。这一科研成果填补了敷埋海缆缺乏安全监控的技术空白,为海底海缆国内首次实施,彻底攻克了海底复合海缆安全监测难题,可谓技术革新、节约成本、安全升级一举三得。

现状:缺乏技术方案  海缆安全“听天由命”

海底光电复合海缆主要用于大陆与海岛、海岛与海岛、大陆与海洋石平台、石油平台与石油平台之间的电力供应和通信传输。每根海缆造价都在亿元左右,长度可达几十千米或数千米。海缆通常埋在海底1米至2米深的位置,海缆装运敷设的难度极大,必须借助专门起吊、运输设备来完成。但敷埋在海底的海缆时常遭受船锚或捕鱼设备等机械损伤,或因电流引起的异常发热导致海缆击穿烧坏。

据介绍,之前海缆埋到海底后,因缺乏技术方案,无法实现安全监管,海缆安全完全“听天由命”。复合海缆每年都有损坏,一旦损坏就得停产,然后打捞重修。因为完全没有预防性,什么时候坏了不知道,总让人措手不及,维修代价十分高昂,单次高达数百万元以上。因此,对复合海缆安全监测进行研究是一项非常有实际意义的科研项目。

研究:机缘巧合  科研与市场对接

2010年,安博文老师随信息工程学院王晓峰院长到中海石油(中国)有限公司天津分公司(简称中海油)调研时,偶然了解到海底复合海缆安全现状后,向对方提出基于布里渊散射的海底电缆安全监测技术方案——可以利用光纤进行传感,实时监测整条海缆每一点位置的发热、受力情况。这一方案引起中海油领导极大兴趣和高度关注。

机缘巧合,在提供方案的当月,中海油渤海作业区两条海缆损坏,于是对方敦促加快研究速度,在最短的时间内把该科研项目做出来。之后,科研团队先后在上海、北京、天津开展了四次场地试验,对项目可行性进行论证。2010年12月17日,在天津塘沽召开的项目研究与应用可行性方案审查会上,“复合海缆在线监测系统”方案通过了中海油研究总院专家答辩,被列为2011年中国海洋石油总公司重点技改项目。专家一致认为“海缆在线监测事关平台供电安全,方案具有可行性,同意立项”,并指定在绥中36-1CEP采油平台至旅大5-2平台开展研究工作。

在信息工程学院二楼实验室里,放着一段约5米长的海缆。安博文老师介绍说,复合海缆内部既有动力电缆,又有通信光缆,其中光缆中一般有16根或32根光纤成对排放,通常情况下只有10根用于通信,从多余的光纤中挑出一对光纤构成闭合链路用于监测传感和传输。

“监测系统对光纤传感传输的数据进行分析,可以得到海缆工作时内部温度及外部应变的全时、分布式数据。通过信息处理技术对海缆的工作状态进行判断,并利用电子海图等相关技术,可视化显示海缆正常工作时的参数。”安老师解释道,该系统相当于给海底复合海缆装上了一双“监控的眼睛”。实际工作时,对于发生故障的海缆,利用监测获取的数据进行故障原因分析,为故障原因划分和安全生产提供参考建议。

 “复合海缆在线监测系统”能实现一天24小时不间断监测,现有系统每44秒完成一次监测。系统能对测出数据自动分析,不需要人工介入。一旦监测到安全问题时,系统便会自动进行声光报警,以便及时采取应对措施。

应用:实地调研  促进技术转化

项目研究取得阶段性成果,下一步的重要任务便是促进技术转化。2012年5月,安博文老师和他的科研团队来到天津塘沽开展外景实验。他们进入中海油渤海石油采油平台,现场开展安装调研工作。

“在四周全是茫茫大海,面积仅有60米 × 50米的调研采油平台上,‘海大人’第一次通过这种方式,近距离感受大海的魅力和科研的乐趣,亦震撼人类改造大自然之手笔。”安博文说,开展调研的绥中36-1CEP采油平台,分为工作区和生活区。工作区管线纵横交错,机器轰鸣,生活区远小于工作区,狭小拥挤。防静电工服、沉重的含防护钢板、半高筒工鞋、防爆眼镜及安全帽是他们每次离开生活区进入工作区时必备的行头。

该项目研究得到学校、学院的高度重视和大力支持,信息工程学院从实验场地、人员安排等方面给予全力支持,去年暑假,黄有方校长对项目组进行慰问。

2012年10月18日,复合海缆在线监测项目通过中期验收,专家认为项目取得预期成果,同意安装。2012年11月8日至14日,项目组陈元林老师等再次来到绥中36-1CEP采油平台,现场安装调试。

推广:技术创新填补空白  中海油领域逐步推广

2012年12月26日,“复合海缆在线监测系统”科研项目通过专家验收,专家一致认为项目成果具有重要技术价值和经济效益。该系统的开发与应用,变事故后紧急抢修为事故前监测预警,大大提高了海缆运行维护的智能化水平,为海缆故障检测和日常维护节省大量人力物力,建议在中海油内推广。

 “目前,监测系统运行平稳。在原有基础上,今年中海油给我们提出了三点要求:一是具备同时监测两条长度超过5km的海缆,发挥监测系统最大效益;二是申报天津市科技进步奖;三是做好监测信息联网发布,将监测结果发布到中海油内部信息系统,让中海油的管理者在中海油所有位置,包括陆地、海上,都能看到海缆运行安全状况。”安博文教授说,他们希望能与中海油继续携手合作,让“复合海缆在线监测系统”发挥更大的社会价值,为我国的海缆安全监测做出贡献。

目标海缆实施平台——绥中36-1CEP
中期验收现场演示
宣传部、科技处