CN117555028A - 一种海缆故障勘测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海缆领域，提供了一种海缆故障勘测方法，包括勘测水深、勘测海底上物体、勘测电缆位置、USBL水下定位、自升式平台船定位、海缆故障点定位方法，这种方式，综合利用各种数据和信息，从不同角度和层面对海缆进行定位，提高定位的准确性，减小误差，更精确地确定故障位置，提高定位进度，能够充分了解海底的情况，潜水员通常只需要下水一次即可快速找出故障点的位置，大大节约了勘测的时间，同时也防止突发事故，保证施工的顺利和快速，提高海缆检修的效率，解决了海缆故障勘测效率低的技术问题。

Description

一种海缆故障勘测方法

技术领域

本发明涉及海缆领域，尤其涉及一种海缆故障勘测方法。

背景技术

海缆是用绝缘材料包裹的电缆，铺设在海底，用于电信传输。海底电缆分海底通信电缆和海底电力电缆。现代的海底电缆都是使用光纤作为材料，传输电话和互联网信号。当海缆发生故障，通常是根据之前海缆安装的图进行分析，然而，海水和海底的情况容易发生变化，海缆的深度、位置等信息有可能发生了改变，人们通过安装图寻找海缆，容易出现较大的偏差；对于海缆勘测故障位置，通常需要进行多次的勘测，难以短时间内找到故障点，导致潜水员需要多次下潜摸排，费时费力。施工时只能选择适宜的天气进行施工，尤其是冬季受冷空气影响，海况恶劣，施工窗口期少，施工精度、质量控制难度大，如何选择合适的施工窗口期，调配船机设备，组织施工，以满足施工进度的要求，成为进度的控制关键；短时间内勘测处故障点尤为关键，若在施工窗口期无法完成施工，将影响电缆的维修。

发明内容

因此，针对上述的问题，本发明提出一种海缆故障勘测方法。其解决了海缆故障勘测效率低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种海缆故障勘测方法，包括以下方法：

(1)勘测水深：采用多波束测深系统向水底发射声波脉冲,并接收声波传至水底目标物后反射和散射的回波，从反射和散射的回波信息中提取所需要的几何信息，通过接收波束的形式不同以及对回波的处理方式的不同，多波束测深系统通过接收回波信号能够实现空间精确定向，利用声波在传播途中所消耗的时间来确定斜距，而每一束波束都有一个固有的波束角，从而可以得到精确地水深信息；

(2)勘测海底上物体：侧扫声纳左右各安装一条换能器线阵，首先发射一个短促的声脉冲，声波按球面波方式向外传播，碰到海底或水中物体会产生散射，其中的反向散射波(也叫回波)会按原传播路线返回换能器被换能器接收，经换能器转换成一系列电脉冲，一般情况下，硬的、粗糙的、凸起的海底，回波强；软的、平滑的、凹陷的海底回波弱，被遮挡的海底不产生回波，距离越远回波越弱，初步判断海底地面物体的情况；

(3)勘测电缆位置：浅地层剖面仪系统的参量阵声纳在高压下同时向水底发射两个频率接近的高频声波信号(f l,f2)做为主频信号,当声波作用于水体时，会产生一系列二次频率，如f1,f2,(f l+f2),(f1-f2),2f1,2f2；其中f1高频用于探测水深，f1,f 2的频率非常接近，因此(f1-f2)频率很低，具有很强的穿透性，可以用来探测海底浅地层剖面，实时获取海底沉积物分布和路由的几何信息，检测出电缆的位置；

(4)对这三种设备所采集的数据和图像的分析解读，最终确定路由在海底的埋深、故障点所在位置，确定暴露出的海缆的位置；

(5)USBL水下定位系统：USBL超短基线定位系统由发射换能器、应答器、接收基阵组成，发射换能器和接收基阵安装在船上，应答器(信标)固定在潜水员身上，发射换能器发出一个声脉冲，应答器(信标)收到后，回发声脉冲，接收基阵收到后，测量出X、Y两个方向的相位差，并根据声波的到达时间计算出水下装置到基阵的距离R，从而计算得到潜水员的目标方位及距离；

(6)海缆故障点定位：根据检测结构，确定路由在海底的埋深、疑似故障点所在位置，第一船体搭载潜水员移动至故障点处，通过DP定位将船上潜水吊笼位置调整到已探测到的海缆故障点上方；潜水员通过潜水吊笼下潜至海底，到达海床后根据USBL信标指示位置朝待探摸海缆的疑似损伤点位置移动，探摸到海缆路由后主要检查海缆表面是否光顺、海缆铠装是否受损伤，如在疑似损伤点位置未探摸到故障点，潜水员则继续沿电缆路由朝海上升压站方向及集控中心方向进行探摸，直至找到海缆故障点。

进一步的：

方法(6)中，若发现海缆铠装破损、或者是海缆位置有明显的移动痕迹等其它异常情况，潜水员及时的通知定位人员记录相应坐标位置，针对海缆状态异常位置，潜水员对相应位置5米范围内的海床情况再进行探摸，如发现锚、大块锚石、钢桩等人造物体应对其位置、形状大小进行探查并告知定位人员详细记录。

方法(6)中，若是经探摸发现故障点位置附近海缆无明显的损伤点，为了保障受损海缆尽快恢复送电，经业主、监理、海缆厂、施工单位共同确认后，由潜水员水下在故障点位置附近切断(故障点及故障原因待海缆维修完成后再进一步探查)，切割完成后立即将两侧海缆端头回收至第一船体上，检测人员对海缆进行检测与测试。

方法(6)中，当浅剖结果显示海缆路由埋深较多时，需采用一种水下水压喷射装置如大流量开槽设备，清除覆盖在海缆上的砂石，再进行探摸打捞作业。

潜水员通过潜水吊笼运载。

潜水吊笼安装在第一船体右舷边缘，边缘位置需至少与船体最外舷齐平，保证吊笼下放时不磕碰船体。

第一船体两侧均有高度2m的钢结构围挡。

USBL超短基线定位系统布设于船的右舷，与潜水吊笼系统布置于同侧。

方法(2)中，通过水下摄像机对水底进行录像或拍照，观察水下情况。

通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明综合利用各种数据和信息，从不同角度和层面对海缆进行定位，提高定位的准确性，减小误差，更精确地确定故障位置，提高定位进度，先勘测水深，采用多波束测深系统向水底发射声波脉冲,并接收声波传至水底目标物后反射和散射的回波，这种方式，能够准确的探测到各个位置的水深；再通过侧扫声纳勘测海底上物体，能够充分了解到海底的情况，防止海底上的物体影响潜水员的作业；采用浅地层剖面仪系统检测出埋在海底电缆的位置，对这三种设备所采集的数据和图像的分析解读，最终确定路由在海底的埋深、故障点所在位置，确定暴露出的海缆的位置；这种方式，施工前，能够充分了解海底的情况，潜水员通常只需要下水一次即可快速找出故障点的位置，大大节约了勘测的时间，同时也防止突发事故，保证施工的顺利和快速，提高海缆检修的效率；通过USBL水下定位系统，能够准确地计算出潜水员的目标方位及距离，能够精确指示潜水员，使得潜水员能快速到达指定地点；自升式平台船定位系统能够对平台船的位置进行固定，进行实时监控；进一步的，潜水员对异常的相应位置5米范围内的海床情况再进行探摸，以找出海缆损坏的原因，有针对性地进行维修，提高效率；进一步的，经探摸发现故障点位置附近海缆无明显的损伤点，检测人员故障点位置附近切断，在船上进行检测，提高检测效率；进一步的，采用一种水下水压喷射装置如大流量开槽设备，清除覆盖在海缆上的砂石，防止砂石影响潜水员的探测；进一步的，通过水下摄像机对水底进行录像或拍照，能够将水底的情况，对海缆打捞、切断、沉放时，防止其他物体影响到施工。

具体实施方式

现结合具体实施方式对本发明进一步说明。

本实施例提供一种海缆故障勘测方法，包括以下方法：

(1)勘测水深：采用多波束测深系统向水底发射声波脉冲,并接收声波传至水底目标物后反射和散射的回波，从反射和散射的回波信息中提取所需要的几何信息，通过接收波束的形式不同以及对回波的处理方式的不同，多波束测深系统通过接收回波信号能够实现空间精确定向，利用声波在传播途中所消耗的时间来确定斜距，而每一束波束都有一个固有的波束角，从而可以得到精确地水深信息；

(2)勘测海底上物体：侧扫声纳左右各安装一条换能器线阵，首先发射一个短促的声脉冲，声波按球面波方式向外传播，碰到海底或水中物体会产生散射，其中的反向散射波(也叫回波)会按原传播路线返回换能器被换能器接收，经换能器转换成一系列电脉冲，一般情况下，硬的、粗糙的、凸起的海底，回波强；软的、平滑的、凹陷的海底回波弱，被遮挡的海底不产生回波，距离越远回波越弱，初步判断海底地面物体的情况，通过水下摄像机对水底进行录像或拍照，观察水下情况；

(3)勘测电缆位置：浅地层剖面仪系统的参量阵声纳在高压下同时向水底发射两个频率接近的高频声波信号(f l,f2)做为主频信号,当声波作用于水体时，会产生一系列二次频率，如f1,f2,(f l+f2),(f1-f2),2f1,2f2；其中f1高频用于探测水深，f1,f 2的频率非常接近，因此(f1-f2)频率很低，具有很强的穿透性，可以用来探测海底浅地层剖面，实时获取海底沉积物分布和路由的几何信息，检测出电缆的位置；

(4)对这三种设备所采集的数据和图像的分析解读，最终确定路由在海底的埋深、故障点所在位置，确定暴露出的海缆的位置；

(5)USBL水下定位系统：USBL超短基线定位系统由发射换能器、应答器、接收基阵组成，发射换能器和接收基阵安装在船上，应答器(信标)固定在潜水员身上，发射换能器发出一个声脉冲，应答器(信标)收到后，回发声脉冲，接收基阵收到后，测量出X、Y两个方向的相位差，并根据声波的到达时间计算出水下装置到基阵的距离R，从而计算得到潜水员的目标方位及距离；USBL超短基线定位系统布设于船的右舷，与潜水吊笼系统布置于同侧。

(6)海缆故障点定位：根据检测结构，确定路由在海底的埋深、疑似故障点所在位置，第一船体两侧均有高度2m的钢结构围挡，第一船体搭载潜水员移动至故障点处，通过DP定位将船上潜水吊笼位置调整到已探测到的海缆故障点上方；当浅剖结果显示海缆路由埋深较多时，需采用一种水下水压喷射装置如大流量开槽设备，清除覆盖在海缆上的砂石，再进行探摸打捞作业，潜水吊笼安装在第一船体右舷边缘，边缘位置需至少与船体最外舷齐平，保证吊笼下放时不磕碰船体，潜水员通过潜水吊笼下潜至海底，到达海床后根据USBL信标指示位置朝待探摸海缆的疑似损伤点位置移动，探摸到海缆路由后主要检查海缆表面是否光顺、海缆铠装是否受损伤，如在疑似损伤点位置未探摸到故障点，潜水员则继续沿电缆路由朝海上升压站方向及集控中心方向进行探摸，直至找到海缆故障点。

若发现海缆铠装破损、或者是海缆位置有明显的移动痕迹等其它异常情况，潜水员及时的通知定位人员记录相应坐标位置，针对海缆状态异常位置，潜水员对相应位置5米范围内的海床情况再进行探摸，如发现锚、大块锚石、钢桩等人造物体应对其位置、形状大小进行探查并告知定位人员详细记录。

若是经探摸发现故障点位置附近海缆无明显的损伤点，为了保障受损海缆尽快恢复送电，经业主、监理、海缆厂、施工单位共同确认后，由潜水员水下在故障点位置附近切断(故障点及故障原因待海缆维修完成后再进一步探查)，切割完成后立即将两侧海缆端头回收至第一船体上，检测人员对海缆进行检测与测试。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种海缆故障勘测方法，其特征在于：包括以下方法：

(1)勘测水深：采用多波束测深系统向水底发射声波脉冲,并接收声波传至水底目标物后反射和散射的回波，从反射和散射的回波信息中提取所需要的几何信息，通过接收波束的形式不同以及对回波的处理方式的不同，多波束测深系统通过接收回波信号能够实现空间精确定向，利用声波在传播途中所消耗的时间来确定斜距，而每一束波束都有一个固有的波束角，从而可以得到精确地水深信息；

(2)勘测海底上物体：侧扫声纳左右各安装一条换能器线阵，首先发射一个短促的声脉冲，声波按球面波方式向外传播，碰到海底或水中物体会产生散射，其中的反向散射波(也叫回波)会按原传播路线返回换能器被换能器接收，经换能器转换成一系列电脉冲，一般情况下，硬的、粗糙的、凸起的海底，回波强；软的、平滑的、凹陷的海底回波弱，被遮挡的海底不产生回波，距离越远回波越弱，初步判断海底地面物体的情况；

(3)勘测电缆位置：浅地层剖面仪系统的参量阵声纳在高压下同时向水底发射两个频率接近的高频声波信号(fl,f2)做为主频信号,当声波作用于水体时，会产生一系列二次频率，如f1,f2,(fl+f2),(f1-f2),2f1,2f2；其中f1高频用于探测水深，f1,f 2的频率非常接近，因此(f1-f2)频率很低，具有很强的穿透性，可以用来探测海底浅地层剖面，实时获取海底沉积物分布和路由的几何信息，检测出电缆的位置；

(4)对这三种设备所采集的数据和图像的分析解读，最终确定路由在海底的埋深、故障点所在位置，确定暴露出的海缆的位置；

(5)USBL水下定位系统：USBL超短基线定位系统由发射换能器、应答器、接收基阵组成，发射换能器和接收基阵安装在船上，应答器(信标)固定在潜水员身上，发射换能器发出一个声脉冲，应答器(信标)收到后，回发声脉冲，接收基阵收到后，测量出X、Y两个方向的相位差，并根据声波的到达时间计算出水下装置到基阵的距离R，从而计算得到潜水员的目标方位及距离；

(6)海缆故障点定位：根据检测结构，确定路由在海底的埋深、疑似故障点所在位置，第一船体搭载潜水员移动至故障点处，通过DP定位将船上潜水吊笼位置调整到已探测到的海缆故障点上方；潜水员通过潜水吊笼下潜至海底，到达海床后根据USBL信标指示位置朝待探摸海缆的疑似损伤点位置移动，探摸到海缆路由后主要检查海缆表面是否光顺、海缆铠装是否受损伤，如在疑似损伤点位置未探摸到故障点，潜水员则继续沿电缆路由朝海上升压站方向及集控中心方向进行探摸，直至找到海缆故障点。

2.根据权利要求1所述的一种海缆故障勘测方法，其特征在于：方法(6)中，若发现海缆铠装破损、或者是海缆位置有明显的移动痕迹等其它异常情况，潜水员及时的通知定位人员记录相应坐标位置，针对海缆状态异常位置，潜水员对相应位置5米范围内的海床情况再进行探摸，如发现锚、大块锚石、钢桩等人造物体应对其位置、形状大小进行探查并告知定位人员详细记录。

3.根据权利要求4所述的一种海缆故障勘测方法，其特征在于：方法(6)中，若是经探摸发现故障点位置附近海缆无明显的损伤点，为了保障受损海缆尽快恢复送电，经业主、监理、海缆厂、施工单位共同确认后，由潜水员水下在故障点位置附近切断(故障点及故障原因待海缆维修完成后再进一步探查)，切割完成后立即将两侧海缆端头回收至第一船体上，检测人员对海缆进行检测与测试。

4.根据权利要求1所述的一种海缆故障勘测方法，其特征在于：方法(6)中，当浅剖结果显示海缆路由埋深较多时，需采用一种水下水压喷射装置如大流量开槽设备，清除覆盖在海缆上的砂石，再进行探摸打捞作业。

5.根据权利要求1所述的一种海缆故障勘测方法，其特征在于：潜水员通过潜水吊笼运载。

6.根据权利要求5所述的一种海缆故障勘测方法，其特征在于：潜水吊笼安装在第一船体右舷边缘，边缘位置需至少与船体最外舷齐平，保证吊笼下放时不磕碰船体。

7.根据权利要求6所述的一种海缆故障勘测方法，其特征在于：第一船体两侧均有高度2m的钢结构围挡。

8.根据权利要求1所述的一种海缆故障勘测方法，其特征在于：USBL超短基线定位系统布设于船的右舷，与潜水吊笼系统布置于同侧。

9.根据权利要求1所述的一种海缆故障勘测方法，其特征在于：方法(2)中，通过水下摄像机对水底进行录像或拍照，观察水下情况。