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海纜局部放電量與海纜絕緣狀態(tài)密切相關(guān)，其變化表明絕緣可能存在危及海纜安全可靠運(yùn)行的缺陷。通過檢測交聯(lián)聚乙烯（XLPE）絕緣海纜的局部放電信號，可有效評估海纜絕緣老化情況。目前，監(jiān)測局部放電的途徑較多，主要包括電容耦合法和電感耦合法。

電容耦合傳感器是在局部放電信號引起的電場中耦合能量，獲得電壓信號，可安放在海纜金屬屏蔽層內(nèi)，具有受外界電磁干擾小、穩(wěn)定性高、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，同時(shí)也可以在每組接頭處安裝電容耦合傳感器，這種準(zhǔn)分布式結(jié)構(gòu)可對局部放電進(jìn)行定位，但缺點(diǎn)是制造過程較為嚴(yán)格與繁瑣，須確保保護(hù)套的抗變形能力與防水性能。

該技術(shù)應(yīng)用于海纜時(shí)，電纜長度過長會導(dǎo)致傳感器檢測信號衰減嚴(yán)重，測量精度大幅下降，通常電容耦合法僅在應(yīng)用于登陸段時(shí)具有良好效果。

電感耦合法的原理是將線圈繞在流過放電信號的導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)電勢，反映局部放電信息。羅高夫斯基線圈是一種最典型的電感耦合傳感器，其工作頻率范圍可達(dá)10~30MHz，能較好地滿足現(xiàn)場局部放電測量要求。電感耦合傳感器最常用的安裝方法是直接卡在電纜接地線上，其結(jié)構(gòu)簡單，安裝更換方便，但容易受現(xiàn)場信號干擾影響。由于海纜兩端通常直接接地，這種方法往往只能測量終端附近一定范圍內(nèi)的局部放電，無法監(jiān)測整個(gè)路由的局部放電。

局部放電信號弱、波形復(fù)雜、受外部影響大等問題，是實(shí)現(xiàn)局部放電在線監(jiān)測的主要障礙，難點(diǎn)是抑制干擾、信號識別和數(shù)據(jù)處理，解決方法是將完善的硬件技術(shù)和先進(jìn)的數(shù)學(xué)方法相結(jié)合。目前，國內(nèi)外專家們試圖通過軟硬件方法抑制干擾，主要方法有差動(dòng)平衡法、脈沖極性鑒別法、模擬帶通濾波器、數(shù)字濾波技術(shù)和小波分析等。

當(dāng)海纜為單芯結(jié)構(gòu)且電壓級別較高時(shí)，金屬護(hù)套會產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓。為限制感應(yīng)電壓，對于長度較短的海纜，可在兩端將金屬護(hù)層直接接地；當(dāng)海纜長度較長時(shí)，往往將金屬護(hù)層外的聚乙烯護(hù)套改為半導(dǎo)電護(hù)套，防止護(hù)套承受高壓甚至擊穿。但目前仍有一些海纜未采用半導(dǎo)電護(hù)套，若護(hù)套擊穿或破損，將導(dǎo)致海水沿缺口浸入金屬護(hù)層表面，對其造成腐蝕，因此在線監(jiān)測護(hù)套所承受的電壓至關(guān)重要。

護(hù)套電壓在線監(jiān)測方法通過在海纜兩端接地線上安裝工頻電流互感器，監(jiān)測接地環(huán)流固定值和反饋?zhàn)兓狄员O(jiān)測護(hù)套電壓，現(xiàn)國內(nèi)多家科研院所及相關(guān)單位均對該方法進(jìn)行了研究和實(shí)踐。接地電流監(jiān)測是評估海纜護(hù)套狀態(tài)的重要方式，也是未來海纜在線監(jiān)測技術(shù)體系中的重要一環(huán)。

研究表明，tanδ隨著絕緣老化程度的增大而增加，實(shí)時(shí)測量tanδ，可判定海纜絕緣狀況。

tanδ在線監(jiān)測法的原理是檢測兩個(gè)正弦波過零點(diǎn)的時(shí)間差，根據(jù)時(shí)間差和頻率獲取相位差。該方法對過零點(diǎn)檢測設(shè)備的穩(wěn)定性和檢測精度要求很高，同時(shí)對檢測信號要求也較高。但tanδ僅能反映絕緣整體性能的好壞，不能反映因老化、受潮等因素引起的絕緣劣化，因此該方法并未得到大范圍推廣。

該系統(tǒng)以AIS為基礎(chǔ)，利用電子海圖對海纜路由沿線劃定警戒區(qū)域，通過軟件開發(fā)實(shí)現(xiàn)對進(jìn)入警戒區(qū)域后停留或是疑似停留的船舶自動(dòng)報(bào)警提示（報(bào)警信息同時(shí)記錄在數(shù)據(jù)庫中，可供查詢）；同時(shí)記錄進(jìn)入禁錨區(qū)的船舶的實(shí)時(shí)航行軌跡，并自動(dòng)生成該區(qū)域可疑船舶列表?；贏IS的海纜綜合監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)信息是通過無線傳輸模塊以點(diǎn)對點(diǎn)的方式傳輸至各光纖熔接點(diǎn)，再通過電力通信光纖將數(shù)據(jù)傳回電力局海纜監(jiān)控中心。此外系統(tǒng)還能自動(dòng)調(diào)用視頻監(jiān)控對該區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)現(xiàn)場圖像監(jiān)視。

基于AIS的海纜綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成計(jì)算機(jī)、無線通信、全球衛(wèi)星定位、電子海圖等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對海纜的全天候監(jiān)控。通過集成各類信息，實(shí)現(xiàn)對海纜路由區(qū)域船舶異常狀況的主動(dòng)報(bào)警，并將國際電子海圖標(biāo)準(zhǔn)IHO S-57應(yīng)用到海纜領(lǐng)域，實(shí)時(shí)更新電子海圖數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)自動(dòng)接收海纜保護(hù)區(qū)的過往船舶信息，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有船舶處于海纜保護(hù)區(qū)內(nèi)，并無法滿足系統(tǒng)規(guī)定的時(shí)間和速度時(shí)，將立即啟動(dòng)報(bào)警程序。系統(tǒng)將自動(dòng)定位到異常區(qū)域，重點(diǎn)監(jiān)控異常船舶，并及時(shí)將情況反饋給有關(guān)部門，避免事故發(fā)生。在海纜警戒區(qū)域的海圖上，設(shè)置流量統(tǒng)計(jì)線，統(tǒng)計(jì)過往船舶數(shù)量，重點(diǎn)監(jiān)控流量較大的區(qū)域。

現(xiàn)AIS已在國內(nèi)的主要交直流海纜項(xiàng)目中得到廣泛運(yùn)用，包括南澳±160kV直流海纜工程、舟山±200kV柔直輸電工程、如東交直流海纜工程等。

雷達(dá)是通過發(fā)射電磁波，利用目標(biāo)對電磁波的反射來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測定其所在位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的設(shè)備。岸基雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)具有受天氣影響小、覆蓋范圍廣等優(yōu)勢，配合衛(wèi)星監(jiān)控、潛標(biāo)監(jiān)控、近岸監(jiān)控等手段，可實(shí)現(xiàn)對海纜保護(hù)區(qū)的全時(shí)監(jiān)控。由于AIS 系統(tǒng)不能覆蓋所有船只，因此雷達(dá)系統(tǒng)可以彌補(bǔ)覆蓋范圍的不足，并且在惡劣天氣下可以發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星難以發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)。

雷達(dá)系統(tǒng)主要由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信號處理機(jī)和終端設(shè)備等組成。利用岸基雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，可以對海纜路由區(qū)域內(nèi)活動(dòng)的船只進(jìn)行更精準(zhǔn)的監(jiān)測。海纜運(yùn)營部門利用雷達(dá)數(shù)據(jù)，可以更好地防止船只在海纜路由區(qū)域內(nèi)違規(guī)拋錨，同時(shí)對可能威脅海纜的船只事件進(jìn)行預(yù)防，大大提高海纜保護(hù)水平。

此外，岸基雷達(dá)最重要的應(yīng)用是VTS系統(tǒng)，該系統(tǒng)可提高船舶交通安全水平和交通管理效率以保護(hù)海纜設(shè)施。VTS系統(tǒng)以岸基雷達(dá)為主要探測設(shè)備，以數(shù)據(jù)處理設(shè)備為核心，通過通訊手段實(shí)時(shí)收發(fā)船舶交通信息。目前，VTS系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于瓊州海峽500kV海纜工程等項(xiàng)目，極大提高了海纜運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控水平。如何讓VTS系統(tǒng)在海纜在線監(jiān)測體系中發(fā)揮更大的作用與優(yōu)勢，提高VTS系統(tǒng)在海纜監(jiān)測體系中的兼容性，仍需進(jìn)一步深入研究。

潛標(biāo)是系泊在海面以下對海洋環(huán)境、海上活動(dòng)等進(jìn)行近距離監(jiān)測的海上工作平臺。潛標(biāo)以主浮體為依托平臺，采用外置或內(nèi)嵌的方式安裝傳感單元，通過通信電纜或海面通信浮標(biāo)傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)海洋離岸在線監(jiān)測。海纜路由監(jiān)測潛標(biāo)系統(tǒng)主要用于洋流流速測量、海水溫度測量、視頻測量等。

洋流速度的測量可以有效監(jiān)測海洋環(huán)境對海纜穩(wěn)定性、加蓋保護(hù)物穩(wěn)定性的影響，實(shí)時(shí)監(jiān)測海纜的完整性。海水溫度的測量可以有效監(jiān)測海水對海纜載流量的影響，也可以作為事故狀態(tài)下故障定位的輔助手段。水下視頻監(jiān)測可直觀地監(jiān)測海纜路由受外力破壞情況，隨著相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)深水區(qū)耐水壓攝像、弱光區(qū)紅外攝像、高清攝像等功能，對于非法捕撈、違規(guī)拋錨等行為具有重要防范作用。

目前，國內(nèi)外對于潛標(biāo)的研究主要集中于潛標(biāo)在海洋中的靜、動(dòng)態(tài)力學(xué)分析，對于潛標(biāo)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)的性能表現(xiàn)等方面的研究成果較少。

由于電磁波和光波入水幾十米，甚至十幾米就迅速衰減，導(dǎo)致無法遠(yuǎn)距離傳播，而聲波是海水中唯一能進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播的能量載體；另一方面，由于水下能見度極低，而水下目標(biāo)光視覺信息的獲取需要較好的光照條件才能實(shí)現(xiàn)，因此聲吶探測在海纜監(jiān)測中得到了廣泛應(yīng)用。

聲吶是利用聲波在水中的傳播和反射特性，對水下目標(biāo)進(jìn)行探測、定位和通信的電子設(shè)備。由于不同物體反射聲信號的強(qiáng)度和頻譜信息是不一樣的，聲吶的接收設(shè)備將接收到的信息經(jīng)過處理后，與數(shù)據(jù)庫里面的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，就能判斷出所遇物體的性質(zhì)和特征，甚至能判別其運(yùn)動(dòng)速度和方向，不同類型船只的回音類型及回波特性見表1。

表1 不同類型船只的回音及回波特性

聲吶分為主動(dòng)聲吶（回聲定位儀）和被動(dòng)聲吶（噪聲測向儀），其中被動(dòng)聲吶多用于常規(guī)海纜監(jiān)測。對于基于聲吶的海纜在線監(jiān)測系統(tǒng)，其供電系統(tǒng)需要鋪設(shè)專用的中低壓海纜，通信系統(tǒng)是通過專用的海底光纖將采集到的信號傳輸至監(jiān)控中心。因此，在實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)結(jié)合通航、捕魚情況，合理布置聲吶點(diǎn)位，以達(dá)到技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性合理優(yōu)化的目標(biāo)。

目前，國內(nèi)外已有多款聲吶設(shè)備投入海纜監(jiān)測的應(yīng)用場景中，以集成于AUV和遙控潛器（ROV）等載體或海洋“拖魚”等形式使用。其中歐美廠家研制的聲吶設(shè)備具有工作深度深（2000m以上）、分辨率高（厘米級別）、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢，但造價(jià)和使用成本較高。近年來，國內(nèi)的聲吶技術(shù)發(fā)展迅速，部分性能與國外同類產(chǎn)品相當(dāng)，且成本更低，但產(chǎn)品的可靠性等指標(biāo)仍存在差距，需進(jìn)一步研究解決。

潛航器體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、密封性好，適合深水作業(yè)，根據(jù)海纜埋深和海底狀況，水深至少可達(dá)100m，可抵抗相應(yīng)水壓；工作海域水流流速大，潛航器可在不大于2節(jié)的流速下工作；潛航器的水中浮力可調(diào)，分為正、負(fù)、零浮力，以滿足不同工況時(shí)的需求；潛航器既可由線纜拖拽式供電，也可由自帶高能電池蓄電工作，在緊急情況下還具備自控飄浮并報(bào)警等功能。

潛航器自配姿態(tài)傳感控制儀器，埋深測量儀，溫度、壓力、深度傳感器等，能實(shí)現(xiàn)對海纜路由的視頻監(jiān)測、坐標(biāo)和埋深檢測、環(huán)境參數(shù)測量等多種功能。近年來，不少發(fā)達(dá)國家陸續(xù)進(jìn)行了利用潛航器自動(dòng)跟蹤監(jiān)測海纜運(yùn)行狀態(tài)的工作；同時(shí)國產(chǎn)潛航器已經(jīng)同全球定位系統(tǒng)（GPS）和北斗定位系統(tǒng)相兼容，具有相當(dāng)高的水下定位精度，可滿足應(yīng)用要求。

近年來，國產(chǎn)無人機(jī)技術(shù)有了長足發(fā)展，在海纜巡視或應(yīng)急處置等場景下采用無人機(jī)操作，可帶來諸多優(yōu)勢。相比巡視船的航速，無人機(jī)飛行速度更快，尤其是固定翼無人機(jī)，可在極短時(shí)間內(nèi)率先到達(dá)事發(fā)現(xiàn)場。無人機(jī)在第一時(shí)間搜尋到涉事船舶后，可以盤旋在船舶上方，通過多種方式向其告知此處海纜的位置及重要性，避免錨害風(fēng)險(xiǎn)。

無人機(jī)還可同時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場核實(shí)查證、拍攝取證等工作，提升應(yīng)急處置能力。無人機(jī)體積較小、質(zhì)量較輕，飛行能耗與運(yùn)維成本較低，可大大減少巡視船頻繁出海的巨大成本，也可降低維護(hù)人員海上作業(yè)的頻率。無人機(jī)的廣泛應(yīng)用標(biāo)志著海纜應(yīng)急事件處置進(jìn)入?？找惑w化、智能化、人性化的新高度。

視頻監(jiān)控具有信息直觀、豐富等優(yōu)點(diǎn)，作為海纜監(jiān)測體系的重要組成部分，得到了廣泛應(yīng)用。針對用于安全監(jiān)控的視頻錄像，不僅要求其能監(jiān)視到事件的整個(gè)宏觀過程，還要能夠監(jiān)控到事件發(fā)生的每個(gè)細(xì)節(jié)，使監(jiān)控視頻能夠作為取證材料更好地為事件分析提供依據(jù)。

高清視頻監(jiān)控的技術(shù)核心是高速采集攝像機(jī)、高速傳輸網(wǎng)絡(luò)，及海量存儲需求。部分領(lǐng)域應(yīng)用的高清監(jiān)控還應(yīng)配置自動(dòng)識別功能，以提高無人值守時(shí)的監(jiān)控效率。

高清視頻監(jiān)視系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)白天清晰監(jiān)控，為彌補(bǔ)此不足，可采用紅外夜視系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)夜間對海纜保護(hù)區(qū)近岸海域現(xiàn)場船只通航情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。利用紅外熱成像技術(shù)的原理，成像裝置可模擬物體表面溫度的空間分布并予以實(shí)時(shí)顯示，紅外夜視監(jiān)控影像見圖2。

圖2 紅外夜視監(jiān)控影像

目前，工業(yè)級紅外夜視系統(tǒng)監(jiān)測的有效距離可達(dá)十幾千米，能準(zhǔn)確辨認(rèn)5km以外的常規(guī)物體，具有超靈敏、超長距離等特性。

海纜路由立體全時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)是以雷達(dá)、衛(wèi)星、潛標(biāo)等為主體，結(jié)合近岸監(jiān)控、水下監(jiān)控等手段，實(shí)現(xiàn)全時(shí)立體監(jiān)控功能，其主要結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 海纜路由立體全時(shí)監(jiān)控

雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)中短距離海面監(jiān)控，誤報(bào)率低；衛(wèi)星監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)大范圍海面監(jiān)控，與雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合可擴(kuò)大監(jiān)控范圍，提高監(jiān)控精度；潛標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)近距離監(jiān)控，獲取目標(biāo)細(xì)節(jié)信息。上述監(jiān)控系統(tǒng)均具備24小時(shí)連續(xù)工作、實(shí)時(shí)傳輸?shù)裙δ?，因此可?shí)現(xiàn)全時(shí)監(jiān)控功能。近年來，立體全時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)還增加了其他輔助監(jiān)控手段，如水下聲吶、近岸視頻紅外熱成像監(jiān)控、故障定位等。

通過整合上述監(jiān)控系統(tǒng)，建立以岸臺控制為中心的立體監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)對海纜路由的立體全時(shí)監(jiān)控，大大提高海纜運(yùn)行的安全性與可靠性。