TSS350在琼州海峡跨海高压输电系统500 kV海底电缆带电检测项目中的应用

高东明，陈航伟，朱德高

（中国南方电网超高压输电公司 广州局，广东 广州 510405）

0 引 言

琼州海峡500 kV高压海底电缆输电系统实现了海南电网与南方电网主网的成功连接，结束了海南省电力孤岛的历史，解决了海南电网大机小网的问题，提升了海南电网的供电质量。海底电缆作为该系统的核心设备，直接影响该输电系统的稳定运行。因此，需定期探测海底电缆，了解海底电缆的本体状态及其运维环境，并依据探测数据制定有针对性的运维策略。

由于海底电缆的重要作用，海底电缆停运维护时间必须严格控制。然而，限于检测设备技术要求，历次海底电缆检测均需将海底电缆停运，停运期间海南电网与南网主网解列运行，风险陡增，且海底电缆检测对海况时间窗口要求苛刻，周期长，与实际停电检修时间窗口配合困难。因此，探索海底电缆带电检测对于琼州海峡500 kV高压海底电缆输电系统意义重大。

1 普通TSS350工作原理及应用

英国Teledyne TSS公司是世界上最著名的传感器和探测系统的供应商，该公司生产的子午线罗经是世界上第一套获得IMO、Wheelmark及HSC认证的电罗经。该公司生产的被动型TSS350电缆探测系统是世界上最先进和可靠的水下管线和电缆探测系统。该系统采用了无源被动接受特定频率信号的方式，通过采用高精度的信号隔离技术在保证连续跟踪的同时精确测量海底载波电缆的精确埋深，且不受地磁场和海底铁磁物体的影响。此外，该系统可找寻海底电缆因意外而断裂的位置点。

依据电磁感应定律，交变电流产生同频交变磁场。在海底电缆上添加特定频率的交变电流，海底电缆周围会产生同频交变磁场。该磁场通过探测线圈产生同频交变电压。探测线圈与海底电缆平行时，探测线圈的输电电压为零；探测线圈与电缆垂直时，输出电压最大；探测线圈与海底电缆成某一夹角时，输出电压介于零和最大值之间。若采用两个相互垂直的探测线圈组成的线圈组（以下简称为十字线圈组）进行探测，十字线圈组与海底电缆的夹角可由两个相互垂直探测线圈的输出电压比得出，具体如图1所示。

图1 探测设备与海底电缆夹角示意图

TSS350的核心部件即为两个十字线圈组，如图2所示。

图2 利用线圈组探测电缆埋深示意图

两个十字线圈组距离D已知，两个线圈组各自与海缆的夹角α1、α2可由各自输出电压比推出。由三角函数关系可知：

由式（1）可知，D1和D2的具体值，进而推出海缆埋设深度。

当为设备供电的电流频率与信号电流频率相同或者是信号电流频率整数倍时，会产生干扰情况，应注意避免[1]。

2 TSS350改造

普通TSS350系统对探测信号源的强度要求，致使500 kV高压海底电缆自带的电流强度远大于普通TSS350所能接受的饱和强度。因此，为达到理想探测效果，需将被探测电缆停运，然后额外加载不超过0.5 A且适合普通TSS350线圈探测用的交流电源。普通TSS350的缺陷给海底电缆探测带来极大不便，一方面为保障海南电网系统稳定，电网调度严格限制海底电缆的停运时间窗口和时长，另一方面海底电缆探测本身对海况要求苛刻，而海况合适的时间窗口与调度允许的停电时间窗口往往难以匹配。因此，亟需一套能在海底电缆带电状态下进行实时探测的设备。

通过与英国Teledyne TSS公司合作，在南方电网超高压公司最新采购的中车艾森迪上海公司Atom 08水下机器人上配备了一个特制TSS350系统。该系统的线圈通过缩小信号放大比例，使500 kV高压海底电缆自带电流的强度在改造后的TSS350允许范围内，以实现对带电500 kV高压海底电缆的实时探测；同时为保证不受被探测带电高压电缆电流50 Hz频率的影响，水下机器人采用了60 Hz的频率。

搭载改造后TSS350系统的水下机器人在带电运行的500 kV高压海底电缆路由区域#6航标附近进行了2次实地探测，坐标分别为海试点1：N 20°02′23.15″，E 109°57′10.8″；海试点2：N 20°02′4.66″，E 109°57′7.96″。具体位置如图3所示。海试结果显示，电缆的位置和埋设深度与前三次探测的数据基本吻合。

图3 海试地点示意图

3 结 论

改造后的TSS350在在琼州海峡跨海高压输电系统500 kV海底电缆带电检测项目中的成功应用，使海底电缆的检测作业不再受限于海底电缆本体的停电时间窗口限制，极大地提升了海底电缆检测自由度，为海底电缆带电检测的常态化开展提供了技术和设备支撑。