2023海上风电场工程光电复合海底电缆在线监测系统设计规范

海上风电场工程光电复合海底电缆在线监测系统设计规范目 次1总则 12术语 23基本规定 34振动监测 44.1一般规定 4功能要求 4主要技术指标 45温度监测 6一般规定 6功能要求 6主要技术指标 76埋深监测 8一般规定 8功能要求 8主要技术指标 87船舶监控 107.1 一般规定 107.2 功能要求 10主要技术指标 108综合监控平台 128.1 一般规定 128.2 功能要求 128.3 系统配置 128.4 通信接口 139试验 149.1 一般规定 149.2 试验类型 149.3 试验方法 15附录A振动监测子系统试验方法 16附录B温度监测子系统试验方法 19附录C埋深监测子系统试验方法 23附录D船舶监控子系统试验方法 24本规范用词说明 25引用标准名录 26附：条文说明 27--总则为规范海上风电场工程光纤复合海底电缆在线监测系统设计，制定本规范。35kV测系统设计。则。符合国家现行有关标准的规定。术语光纤复合海底电缆在线监测系统on-linemonitoringsystemofopticalCompositesubmarinecables用于实时监测光纤复合海底电缆安全状态的软硬件系统。vibrationmonitoringsubsystem实现分布式光纤振动信号探测的监测子系统，由振动监测光纤、光-电处理单元和控制单元等硬件设备及相应软件组成。temperaturemonitoringsubsystem实现分布式光纤温度测量的监测子系统，由测温光纤、光-电处理单元和控制单元等硬件设备及相应软件组成。burieddepthmonitoringsubsystem利用温度监测子系统的监测数据，综合气象、水文条件，通过计算获取海缆敷埋深度变化的监测子系统。shipmonitoringsubsystem（AutomaticIdentificationSystem,AIS系统对进入海体的数字助航系统和设备。locationaccuracyofsubmarinecables方向上的距离偏差。measurementdistance距离。基本规定光纤复合海底电缆在线监测系统（）应由振动监测子并在电子海图上显示相应信息。有机的整体，以提高系统维护和管理的自动化水平。的认证，应能保证在正常使用条件下的电气安全、长效性和功能要求。方便。统通信的接口。在线监测系统的监测范围宜包括海底电缆登陆点至陆上集控中心的陆地电缆。在线监测系统所有硬件设备应适应所在海域的海洋环境。3.0.8的规定。表3.0.8在线监测系统的通用技术指标序号技术参数名称技术指标要求值1供电电源AC220V，宜采用UPS供电；要求电源失电时，系统具有自动保存数据功能2数据保存时限正常数据≥1年；异常数据≥2年3年数据完整率≥95%4平均故障间隔时间(MTBF)≥25000h3.0.9的规定。表3.0.9在线监测系统子系统配置要求海缆型式振动监测温度监测埋深监测船舶监控直流海缆√√○√交流110kV及以上海缆√√○√交流66kV及以下海缆△△△○振动监测一般规定振动监测子系统应采用相位敏感型光纤瑞利散射原理的分布式光纤振动传感技术实现。1芯。模光纤》GB/T9771的相关规定。功能要求原始振动信号进行在线分析处理，得出海缆各处的振动状态等。能进行连续测量与记录。振动监测子系统的分析计算功能应符合下列要求：应能实时监测海底电缆所处位置的振动振幅、强度、频率等参数，可显示振动强度的最大值、最小值和平均值等。应能选择查看海底电缆不同位置点的振动波形。振动监测子系统的报警功能应符合下列要求：异常情况下应自动启动报警，报警限值应不少于两级设置，报警事件的准确率95%。应能分区设置振动入侵报警阈值，当监测振动量超过设定值时，启动报警。振动入侵报警的设定值应综合考虑海缆铺设环境和振动探测信号特征。当发生锚钩、悬空等异常振动时系统应能发出报警信号，同时输出报警信息，报警信息包括类型、位置、时间和幅度等。当光纤出现断裂时，系统应产生报警信号，并指示出光纤断裂位置。子系统应具有自检能力，能在故障发生时发出能够单独识别的故障警报声，并记录故障报警信息。子系统应具备模式识别功能，对锚害等事件进行有效识别和报警。主要技术指标4.3.1 4.3.1的规定。表4.3.1振动监测子系统的主要技术指标序号技术参数名称技术指标要求值1监测距离≥50km/通道2海缆定位准确度≤30m（0km-30km测量范围条件下）≤50m（30km-50km测量范围条件下）3断纤定位报警具备判别断纤位置4多点振动同时探测能力5报警响应时间≤3s6报警功能具备振动异常报警、振动超限报警、功能异常报警等7模式识别支持不少于3种模式识别8频率响应1Hz～1000Hz9光纤类型单模10光波长1550nm波段（激光安全分类：CLASS1）温度监测一般规定理的温度监测子系统应分为布里渊光时域分析仪（BOTDA）和布里渊光时域反射仪（OTD。10kmGB/T9771的相关规定。10km光纤宜采用多模光纤，多模光纤应符合现行国家标准《通信用多模光纤》GB/T12357的相关规定。2芯。功能要求行温度。应能进行连续测量与记录。温度监测子系统的分析计算功能应符合下列要求：应能实时计算海底电缆导体的温度值及温度分布，可显示温度的最大值、最小值和平均值等。应能实时计算海底电缆的动态载流量，给出海底电缆的最大允许载流量、允许时间与电缆导体温度的对应关系。温度监测子系统的报警功能应符合下列要求：异常情况下应自动启动报警，报警限值应不少于两级设置，报警事件的准确率99%。应能分区设置超温报警阈值，当监测温度超过报警设定值或导体温度计算值超过报警设定值时启动报警。温度超限报警的设定值宜根据海底电缆所在分区确定。应能分区设置温升速率报警值，一定时间内当监测温度变化超过设定值时启动报警。温升速率报警设定值应考虑运行电流变化和海底电缆环境变化对温升的影响。当单芯海底电缆三相运行温度差值超过设定值时或当海底电缆某段温度最高值105m10℃。当子系统的通信、温度测量、温度计算等功能出现异常情况及断纤时应启动报警。主要技术指标5.3.1 5.3.1的规定。表5.3.1 温度监测子系统的主要技术指标序号技术参数名称技术指标要求值1温度测量范围-40℃~+150℃2温度测量准确度≤±1℃3监测距离通道）通道）4空间分辨率≤1m（0km-10km测量范围条件下）≤2m（10km-60km测量范围条件下）5温度分辨率≤0.5℃6单通道测量时间≤1min（在定位精度为±1m，温度测量准确度为±1℃时）7海缆定位准确度≤±10m（0km-60km测量范围条件下）8导体温度计算准确度≤±2℃9报警功能具备温度超限报警、温升速率报警、温差报警、功能异常报警等10报警响应时间≤3s11光纤类型单模或多模12光波长1550nm波段（激光安全分类：CLASS1）埋深监测一般规定埋深监测子系统应采用温度数据计算，宜采用趋势预测算法实现。埋深监测子系统应将海底电缆的初始埋深值作为输入条件。功能要求埋深监测子系统宜将海底电缆按入海段和埋敷段分别进行分析。埋深监测子系统应能对所有位置点的埋深变化进行连续监测与记录。行定位。埋深监测子系统的分析计算功能应符合下列要求：应能滤除气温以及负载电流变化的影响。应具备基于海底电缆单点时间维度的埋深分布分析功能。应具备基于海底电缆全线空间维度的埋深分布分析功能。宜具备海底电缆暴露趋势的预测功能。埋深监测子系统的报警功能应符合下列要求：应能分区设置埋深报警策略。应具备埋深超限报警功能，应能多级设置报警阈值，第一级报警宜为初始埋深50%。宜具备埋深变化趋势预警功能，当设定时间窗口期内的埋深变化差值超过阈值时，触发埋深变化异常报警。应具备裸露或悬空报警功能，宜结合温度监测和振动监测子系统联合判断。当子系统出现异常情况时应自动启动故障报警。主要技术指标6.3.1 6.3.1的规定。表6.3.1 埋深监测子系统的主要技术指标序号技术参数名称技术指标要求值1监测距离通道）通道）2监测范围-5m~0m（0m视为裸露）3测量准确度≤±0.5m4海缆定位准确度≤±10m（0km-60km测量范围条件下）续表6.3.1序号技术参数名称技术指标要求值5报警功能具备埋深超限报警、裸露报警、悬空报警、功能异常报警等6监测周期≤7天--船舶监控一般规定船舶监控子系统应以船舶自动识别系统（AIS）为信息来源，船舶监控子系统的GB/T20068的相关规定。船舶监控子系统应包含甚高频（VHF）通话系统。功能要求AIS资讯，并在电子海图上叠加显示。船舶监控子系统的报警功能应符合下列要求：当船舶进入海缆保护区内，且航速低于设定值触发报警。应能根据船舶航行速度设定和修改报警阈值。当船舶位于海缆保护区内触发报警时，船舶监控子系统应自动向“入侵”船舶发出点对点的警告信息，提醒船舶离开海缆敷埋区域。当船舶进入海缆保护区，监控子系统预判船舶具有抛锚趋势时，应能启动甚高频喊话，通知船舶离开海缆敷埋区域。船舶监控子系统应完整存储进入海缆保护区船舶的AIS信息及预警船舶信息等及异常数据单独保存功能，异常情况下应能够正确建立事件标识。主要技术指标7.3.17.3.1的规定。7.3.1船舶监控子系统的主要技术指标序号技术参数名称技术指标要求值1点对点警告信息自动发送（非人工操作）2监测半径≥60km3发射输出功率12.5W4接收机灵敏度-111dBm5频率范围157.025～162.025MHz6频道带宽25kHz7数据速率9600bps、1200bps8调制方式GMSK/FSK9共信道抑制＞12dB续表7.3.1序号技术参数名称技术指标要求值10邻道抗扰＞70dB11互调抗扰＞70dB12阻塞＞86dB13定位精度≤10m14定位时间≤30s15接口类型RS232，RS422，RJ45综合监控平台一般规定含：振动监测子系统、温度监测子系统、埋深监测子系统和船舶监控子系统等。综合监控平台宜采用开放、分层、分布式网络结构。功能要求能模块。综合监控平台应能导入海底电缆的施工记录，并展示实际的敷设路径和埋深。对应位置的换算功能，应能显示故障点的海缆长度位置和经纬度坐标。历史查询模块应至少包含以下功能：1 应能对振动、温度、埋深和船舶入侵的历史数据进行查询。2 各类报警应能以事件记录、空间分布、时间分布和地图的方式同时展示。8.2.5 据分析模块应至少包含以下功能：应能以图形、曲线、报表方式对状态监测量的历史长期变化进行分析和展示。应能对各种报警等级和报警类型，在数量和空间位置上进行统计分析。应能对各种报警原因进行统计分析。运行管理模块应至少包含以下功能：应能在地图上自定义编辑海缆施工路径、风机布置和升压站位置等信息。应配置振动、温度、埋深和船舶报警的初始阈值，并可由用户对阈值进行自定义修改。应能记录所有硬件设备的运行状态，并能在故障或离线时告警并记录。应能记录用户登陆、操作和配置等信息。系统配置和交换机等设备。服务器配置应满足各子系统数据计算的需求。UPS电源供电。综合监控平台软件应由系统软件、支撑软件和应用软件组成。维护和灵活配置。1行自动清理，并能提供自动和手动备份的功能。通信接口各监测子系统和综合监控平台之间的通信，应满足监测数据交换所需的标准的、可靠的现场以太网连接要求。DL/T476现行行业标准《远动设备及系统第5-104部分：传输规约采用标准传输协议子集的IEC60870-5-101网络访问》DL/T634.5104的相关规定。防护技术规范》DL/T2202的相关规定。步。9 试验一般规定9.1.1 49.1.1A~D的规定进行。表9.1.1在线监测系统的试验项目序号试验项目试验对象型式试验出厂试验现场验收现场校验1电磁兼容性能试验振动监测、温度监测、船舶监控子系统√———2环境适应性能试验振动监测、温度监测、船舶监控子系统√√——3测量范围试验振动监测、温度监测、船舶监控子系统√√√—4测量准确度试验温度监测子系统√√√√5温度分辨率试验温度监测子系统√———6空间分辨率试验温度监测子系统√√——7定位准确度试验振动监测、温度监测子系统√√√√8单通道响应时间试验振动监测、温度监测子系统√√√—9通信功能试验振动监测、温度监测子系统√√√√10报警试验振动监测、温度监测、埋深监测、船舶监控子系统√√√√11导体温度计算验证试验温度监测子系统√———12动态载流量计算验证试验温度监测子系统√———13系统时延试验振动监测、温度监测、埋深监测子系统√—√—注：√表示规定必须做的项目，—表示规定可不做的项目。试验类型型式试验应由具有资质的检测单位，依据本规范规定进行试验，试验项目按表式试验：新产品定型、投运前。连续批量生产的装置每五年一次。正式投产后，如设计、工艺材料、元器件有较大改变，可能影响产品性能时。产品停产一年以上又重新恢复生产。出厂试验结果与型式试验有较大差异时。国家技术监督机构或受其委托的技术检验部门提出型式试验要求时。合同规定进行型式试验时。每台设备出厂前，应由制造厂商的检验部门进行出厂试验，检验项目按表9.1.1中规定的试验项目逐个进行。在如下两种情况下应进行现场验收：正式投运前。监测系统异常恢复后。不合格的监测系统，应查明原因并进行维修，消除缺陷后再投入使用。根据应用需求，可增补其他需要的试验项目。试验方法A的规定。B的规定。C的规定。D的规定。附录A 振动监测子系统试验方法选择G652D光纤50km50m不少于1m值时有报警信息产生可视为该子系统满足50km监测距离要求。XL23E算：E=L2-(L1+X) （A.2.1）定位误差值m；L2L1定位精度mX4.3.1的规定取值。振动定位准确度现场试验应选择光缆远端处熔接少于200m10XL2Z准确度可按下式计算：Z=L2-(L1+X) （A.2.2）Z定位准确度m；L2L1定位精度mX4.3.1的规定取值。端位置取10m时间。应不少于3组数据。报警试验振动超限报警试验应在光纤测振动系统远端位置处取不少于1m的超限报警。多点振动同时探测报警试验应在光纤测振动系统远端位置处取不少于1m3503处超限报警。断纤报警及定位功能试验应将连接到光纤测振动系统的远端位置分别选取X和位置Y位置较远YYYmXX处光缆剪断，光纤测振动XE可按下式计算：E=Y-(X+m) （A.4.3）定位误差值mE4.3.1的规定取值；Y1m；测量值m。异常报警。通信功能试验应按现行行业标准《电力光纤通信工程验收规范》DL/T5344的相关规定进行。系统延时试验应按现行行业标准《电力光纤通信工程验收规范》DL/T5344的相关规定进行。电磁兼容性能试验应按现行国家标准《电磁兼容试验和测量技术》GB/T17626的相关规定进行。环境适应性能试验应按现行国家标准《电工电子产品环境试验》GB/T2423、《安全防范报警设备环境适应性要求和试验方法》GB/T15211的相关规定进行。附录B 温度监测子系统试验方法10m长的测温光缆放入预先加热到一定温度的恒温装置中，静置待温度稳定后，读取海准温度计的温度值。恒温装置的温度宜从-20℃～+150℃每间隔10℃测量一次，宜测不少于10组数据；0℃宜采用冰水混合物形式实现。海缆温度监测子系统的温度测量值与标准温度计的温度测量值对应的差值最大值应满足本规范表5.3.1置处取不少于10m长的测温光缆放入控温精度不大于0.5于海缆温度监测子系统一个测量通道上连接标称的测量长度的测温光缆，宜在远端位置处取不短于标称空间分辨率长度的测温光缆放入控温精度不大于0.5℃的恒温装置中，读取海缆温度监测子系统对放入恒温装置中光缆的测量温度，在不同水槽起始温度点进行不少于5次试验，根据测温空间分辨率定义取平均值作为测温空间分辨率。础上用标准尺沿光缆向后测量10m位置进行再次加热，读取系统测量值L2。应不少于3组数据，取差值大者为定位误差值。定位误差值E可按下式计算：E=L2-(L1+10m) （B.4.1）定位误差值m；L22m；L11m。远端位置取10m统完成全长光缆各点温度的测量时间。应不少于3组数据。报警试验3m3（黄、橙、红，当恒温装置的温度超过限值时，海缆温度监测子系统应发出相应的超温报警。3m3在海缆温度监测子系统远端位置处取不少于3m测子系统应发出温差报警。5m的温度值的差值超过设定值时启动温度异常点报警，并显示该点位置。温度监测子系统应发出功能异常(断纤)报警，并定位断纤位置。试验环境的选择应符合下列规定：1测温光缆应按正常方式敷设安装，如给出多种方式，应采用对系统测量工作最验样品电缆上。2试验环境的设置应根据海缆温度监测子系统所监测的电缆线路的具体情况选择，B.7.2的规定。表B.7.2 试验用仪器设备的主要技术指标序号设备名称参数指标备注1恒温装置温度均匀度≤±1℃温度波动度≤±0.5℃温度分辨率≤0.1℃如恒温水/油浴2标准温度计二等或更高—3电缆热循环系统定度≤1%—4标准电缆导体测温装置最小测量时间不大于10s—5测温传感器T型热电偶、pt100等测量导体温度宜为针状结构，应参照GB/T11017.1或18890.1导体温度计算验证试验应符合下列规定：20m的电缆上分别施加以下电流：试验电缆样品的额定载流量负荷电流，持续时间不少于12h。典型24h或48h的日均负荷电流。利用海缆温度监测子系统实时测量测温光缆所在电缆结构层的温度，并应实时计算导体温度。利用针状测温传感器实时测量电缆导体温度，针状热电偶在试验海缆样品上的110kV（Um=126kV）缆及其附件第1G/T1017.1220k（Um=252k）1部分：试验方法和要求》GB/T18890.1规定。利用测温传感器分别测量电缆外护套温度及环境温度，并与海缆温度监测子系统测温值进行比对，差值应不大于±1℃。电缆导体温度的实测值与计算值的差值应不大于±2℃。动态载流量计算验证试验应符合下列规定：20m进行载流量预测计算及验证。40℃～601h、2h12h80℃～90℃的负荷电流。利用海缆温度监测子系统实时测量测温光缆所在电缆结构层的运行温度，并实时计算导体温度。利用针状测温传感器实时测量电缆导体温度，针状热电偶在试验电缆样品上的110kV（Um=126kV）缆及其附件第1G/T1017.1220k（Um=252k）1部分：试验方法和要求》GB/T18890.1规定。利用测温传感器分别测量电缆外护套温度及环境温度，并与海缆温度监测子系统测温值进行比对，差值应不大于±1℃。在规定的时间内电缆导体温度的实测值与计算值的差值应不大于±2℃。通信功能试验应按现行行业标准《电力光纤通信工程验收规范》DL/T5344的相关规定进行。电磁兼容性能试验应按现行国家标准《电磁兼容试验和测量技术》GB/T17626的相关规定进行。环境适应性能试验应按现行国家标准《电工电子产品环境试验》GB/T2423、《安全防范报警设备环境适应性要求和试验方法》GB/T15211的相关规定进行。系统时延试验应按现行行业标准《电力光纤通信工程验收规范》DL/T5344的相关规定进行。附录C 埋深监测子系统试验方法报警试验5.3.1的规定。报警测试试验按照以下步骤进行：T010m7d。发出功能异常报警，并提示温度数据缺失。报警现场试验按照以下步骤进行：7统应发出埋深异常变化报警，报警的位置应当包含入海段的位置。发出功能异常报警，并提示温度数据缺失。通信功能试验应按现行行业标准《电力光纤通信工程验收规范》DL/T5344的相关规定进行。 附录D 船舶监控子系统试验方法将AIS设备天线架设在海上升压站或陆地集控中心的至高处，且周围无遮挡，接收远处船舶的AIS信号，选择距离监测系统最远的船舶信息，计算最远船舶与监测系统所11应不小于本规范表7.3.1径。报警试验速小于该阈值时，应产生航速过低报警。船舶监控子系统应能自动向“入侵”船舶发出点对点的警告信息。能异常报警。电磁兼容性能试验应按现行国家标准《电磁兼容试验和测量技术》GB/T17626的相关规定进行。环境适应性能试验应按现行国家标准《电工电子产品环境试验》GB/T2423、《安全防范报警设备环境适应性要求和试验方法》GB/T15211的相关规定进行。本规范用词说明为便于在执行本规范条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：表示很严格，非这样做不可的：表示严格，在正常情况下均应这样做的：条文中指明应按其他有关标准执行的写法为引用标准名录《通信用单模光纤》GB/T9771《通信用多模光纤》GB/T12357《船载自动识别系统（AIS）技术要求》GB/T20068《电力系统实时数据通信应用层协议》DL/T4765-10460870-5-101网络访问》DL/T634.5104《发电厂监控系统信息安全防护技术规范》DL/T2202中华人民共和国能源行业标准海上风电场工程光纤复合海底电缆在线监测系统设计规范DesignCodeforOn-lineMonitoringSystemofOpticalFiberCompositeSubmarineCableforOffshoreWindPowerProjectsNB/TXXXXX-202X--编制说明NB/T20XXXXXX号公告批准发布。实践经验，并向有关单位征求了意见。用者作为理解和把握规范规定的参考。目 次3基本规定 304振动监测 314.1一般规定 314.2功能要求 314.3主要技术指标 315温度监测 325.1一般规定 325.2功能要求 325.3主要技术指标 326埋深监测 346.1一般规定 346.2功能要求 346.3主要技术指标 357船舶监控 367.1一般规定 367.2功能要求 367.3主要技术指标 368综合监控平台 378.1一般规定 378.2功能要求 378.3系统配置 378.4通信接口 37基本规定3.0.1~3.0.2本条对海底电缆在线监测系统的系统构成、网络结构和系统功能作了总体规定。3.0.6电缆。3.0.8定了主要指标的相关参数，实际采购设备不应低于此要求。110kV35kV66kV振动监测一般规定（声波为传感源，通过相位检测还原光纤沿线所感知的振动和声音信号并精确定位。单根海底电缆的测振光纤采用瑞利散射相敏时域反射技术（-ODR，该技术1芯光纤可实现分布式振动传感。基于瑞利散射测振原理的振动监测子系统可以通过相位解调可以高精度感知振单模光纤可保证性能，其他类型单模光纤也可适用。功能要求的信号进行显示、分析。分区设置。主要技术指标4.3.1 4.3.10km~50km测量范围条件下50km温度监测一般规定（BrillouinOpticalDomainAnalyzerBOTDA）和布里渊光时域反射仪（BrillouinOpticalDomainRefectometerOTDBOTDA具有很高的精度和空间分辨率，动态范围大，测量精度高。BOTDR利用自发布里渊散BOTDABOTDR均采用单模光纤作为测温光纤。拉曼光时域反射仪（RamanOpticalTimeDomainReflectometerROTDR）主要通过检测