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1、TSS350海缆检测系统是海底电缆探测的专属系统，相较于其他勘察设备（如磁力仪、多孔径声呐等），具有探测精度高、受环境因素影响小、不受海缆规格局限等优势。传统探测设备对于海底电缆敷设区域土质、海缆规格大小会有一定要求，局限性较大。而TSS35O海缆检测系统的原理是通过感应输电电缆产生的交变磁场在空间分布上的几何特征，计算出电缆的位置和埋深数据，不受外部因素影响，局限性较小。TSS350海缆检测系统对带电和非带电海缆都可进行探测，对于不带电海缆,需预先给目标海缆加载一个特定频率的电流信号，通过探测该电流信号产生的磁场分布，获得海底电缆的路由位置和埋深，此方式多用于故障电缆的故障点定位。一、TSS
2、35O海缆检测系统的探测原理和工作方式根据电磁感应定律，带有交变电流的电缆在动力线芯周围会产生同频率的交变磁场，当TSS35O感应线圈靠近该交变磁场时，便会在探测线圈上产生交变电压。由于单个分量的线圈与电缆成平行位面时输出电压为0,当处于垂直位面时输出电压为最大值，在两者之间有夹角时则介于中间。因此当使用一组相互垂直的线圈（X分量、Z分量）进行探测时，由不同方向上的线圈产生的交变电压值即可计算出线圈组和电缆之间的夹角。（见图1）。图1通过两垂直线圈确定夹角示意图TSS350海缆检测系统包括左右两组感应线圈，根据两组线圈之间的已知距离与夹角6,通过几何关系计算出海底电缆距离线圈组中心的水平偏移量
3、1.AT和垂向距离VRT（如图2）。通过1.AT可得海缆路由位置，通过VRT与高度计数据可得海缆埋深数据。为了确保探测的准确性，所探测的电流信号频率必须为独立存在，探测范围内不能存在与其相同或者其整数倍的电流信号，避免产生干扰。图2海缆距离线圈组中心水平和垂直偏移量同时，线圈组两侧各有1个垂直于X-Z位面的线圈一一y分量线圈，y分量线圈配合线圈组来实现TSS350系统的前向搜索功能，主要用于海缆探摸初期测线内海缆位置的搜寻。TSS350系统工作方式主要是加载于水下载体（如ROV、拖体）上，贴近海床表面对海缆进行探测，系统运行时可选前向搜索模式和运行模式，探测初期，使用前向搜索模式于测线内搜寻海
4、缆大致方位及位置，确定位置后切换运行模式，使线圈组处于海缆上方沿海缆巡线探测，并收集路由及埋深数据。二、TSS350海缆检测系统的应用1.TSS350系统在海缆路由和埋深探测中的应用TSS350系统被用于舟山码头海缆迁移项目。该项目由于码头扩建，需将1条15km的海缆（带电、UOkv、50Hz）部分段进行位置迁移，在迁移方案制定过程中，该条海缆的路由及埋深的数据显得尤为重要。首先，启用TSS350系统前向搜索模式，线圈组会自动于测线内搜寻目标频率的交变磁场信号，当线圈组与目标海缆位置达到探测范围时，可得海缆的大致位置（见图3）。根据探测数据调整船位及载体姿态，使两线圈组连线与海缆走向垂直并处于
5、海缆正上方，捕捉稳定信号，沿信号源巡线探测，采集海缆路由及埋深数据（见图4）。探测到的路由位置及海缆埋深可为海缆打捞和迁移提供科学的依据，缩短工期，规避风险，节约成本。图3TSS350系统前向搜索模式图4TSS350系统运行模式2.TSS350系统在海缆故障点定位中的应用利用TSS350海缆检测系统对海缆路由探测的准确性，来实现海缆故障点的精确定位。作业区30km海底电缆（不带电）发生故障，动力传输中断，经海缆故障测试仪初测，故障点位于海缆中段部位，由于大长度海缆使用海缆故障测试仪定位故障点时误差较大，故障点距离不等于海缆长度。首先，对故障电缆加载一个特定频率电流信号，TSS350系统加载于水
6、下机器人（RoV）上，从加载信号端，搜寻海缆信号，沿线探测，稳定信号消失位置即为故障点位置（见图5、6）,由TSS350系统探测范围为左右5m,上下土IOm,可得故障点即在此范围内。较传统故障定位设备，大大缩小了范围，缩短了抢修时间，可为业主大大节省成本。图5海缆信号稳定，无故障段图6海缆信号逐渐消失，接近故障点三、结论通过对TSS350海缆检测系统在多个项目的海缆路由埋深探测及故障点定位中的应用分析，得出如下结论。海底电缆由于埋于海底，通常海缆间敷设间距在IO-100m,相互间干扰较小，十分符合TSS350系统的探测要求。（2）TSS35O系统在海缆探测过程不受外部因素影响，探测效果取决于海
7、缆传输电流产生的磁场信号强弱和同频电磁信号的干扰，在电磁信号达到一定强度且探测范围内无同频信号干扰情况下，探测效果准确真实。使用TSS35O系统探测带电电缆无须额外加载特定频率的电流信号，可直接探测运行电缆中的电流信号，并可得到较好的探测效果；对于不带电电缆可加载一个特定频率电流信号进行探测，多用于停运海缆探测、海缆交叉点探测或者故障海缆故障点定位。相较于传统探测设备，TSS35O系统可以较精确地探测海缆路由及埋深，系统精度为5cm或者斜距的5%,由于该系统需配合高度计来计算埋深值，所以载体的选取会影响探测数据的精确度，载体的稳性越好，精确度越高。附参考资料：海缆探测仪TSS35O目前近海测量
8、项目中，探测海缆的方法主要是侧扫声呐、浅地层剖面仪，磁力仪和海缆仪。浅地层剖面仪能探测海缆的位置和深度,但严重依赖于底质情况,大多数时候，底质与海缆反射一样，难以从地层反射中分辨出海缆。磁力仪和海缆仪只能探测出海缆的平面大概位置，受海况和环境条件影响大，有一定的机率找不到海缆。TeledyneHydroCPT（TSS）350能精确地探测出海缆的平面位置和埋藏深度。TSS350海缆检测系统是海底电缆探测的专属系统,相较于其他勘察设备（如磁力仪、多孔径声呐等），具有探测精度高、受环境因素影响小、不受海缆规格局限等优势。传统探测设备对于海底电缆敷设区域土质、海缆规格大小会有一定要求，局限性较大。而T
9、SS35O海缆检测系统的原理是通过感应输电电缆产生的交变磁场在空间分布上的几何特征，计算出电缆的位置和埋深数据，不受外部因素影响，局限性较小。TSS350海缆检测系统对带电和非带电海缆都可进行探测，对于不带电海缆,需预先给目标海缆加载一个特定频率的电流信号，通过探测该电流信号产生的磁场分布，获得海底电缆的路由位置和埋深，此方式多用于故障电缆的故障点定位。TSS350由2组三轴垂直线圈和1个电子舱组成，见下图所示。1、TSS350海缆检测系统的探测原理和工作方式根据电磁感应定律，带有交变电流的电缆在动力线芯周围会产生同频率的交变磁场，当TSS350感应线圈靠近该交变磁场时，便会在探测线圈上产生交
10、变电压。由于单个分量的线圈与电缆成平行位面时输出电压为0,当处于垂直位面时输出电压为最大值，在两者之间有夹角时则介于中间。因此当使用一组相互垂直的线圈（X分量、Z分量）进行探测时，由不同方向上的线圈产生的交变电压值即可计算出线圈组和电缆之间的夹角（见下图）。TSS350海缆检测系统包括左右两组感应线圈，根据两组线圈之间的已知距离与夹角,通过几何关系计算出海底电缆距离线圈组中心的水平偏移量1.AT和垂向距离VRT（见下图）。通过1.AT可得海缆路由位置，通过VRT与高度计数据可得海缆埋深数据。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al、a2可由各自输出电压比推出。由三角函数关系可知
11、：-得61.ATIm2mVRlBHBn100mI“ni、n3.Oin4Om5OmomomomotllfommIm2mSKRkEEQ每次抬升的高度、测得的埋深数据及抬升后与地表测得的深度差异见下表。不同抬升高度测得的电缆埋深对比结果表1抬升高度(m)垂直距离(m)电缆埋深(m)埋深差异(m)01.651.6500.762.41.64-0.011.453.21.75+0.1结果表明，TSS350能较为准确地探测到电缆与仪器天线的垂直距离，从而确定电缆的埋深，精度在0.1m左右。TSS350一般是搭载在ROV上使用的。那么如果没有ROV,我们只是在陆地上或者浅水区使用TSS350,又是怎么操作呢？我
12、们先回顾一下TSS(或HydrOPaCt)350系统通常是如何工作的？TSS350的功能是实时测量海底电缆的埋藏深度，以确保它们安全可靠。在正常情况下，电缆需要与电网断开，通过交流发生器注入交流电。交流电的频率根据环境进行调整，以避开海底其他电缆或海底结构(如管道和平台)引起的外部电磁干扰。安装在ROV上的TSS350检测这个交流磁场。一个线圈阵列一把它们想象成传感器用来测量磁场强度。因为线圈阵列展开在ROV前面，所以到电缆的水平距离和垂直距离能被精确地测量出来。CoV距电缆高度A1.T距海底高度Seabed；、：Iy，电统交变磁场电缆交流磁场随距离而变化，因此六个传感器不仅可以知道电缆的高度
13、和横向偏移，还可以知道ROV倾斜角度。为了获得最好的精度，RoV位于海床上方一米左右。该系统还集成了一个精密的高度计，用于测量ROV的离底高度，由此算出海缆埋藏深度。FuKang海底电缆海底电缆线路将交流电输送到海岛，每年需检测海缆埋深，通常要求电缆停运。在这段时间里，大量的限时停电会发生。当多条电缆铺设在一起，它们都需要同时断电，导致电力供应完全中断。海床是不断变化的，经过一段时间，埋在一米或更深的电缆很容易暴露在海床上，从而导致损坏。32公里的FuKang海底电缆将海南岛与中国大陆连接起来,是岛上主要发电站的唯一备用电力。一旦此缆停运，整个岛就没有备用电源。探测过程简单地说，必须找到一种在
14、不停运的情况下测量处于带电运行状态的FuKang线的方法，因为停电风险实在太大。因此，设计一个严格的测试证明TSS350在电缆通电并正常运行情况下也能进行测量。FuKang电缆由EHV输电公司运营。青岛海洋研究设备服务公司购买了TSS350系统并执行本次带电电缆测试。测试是分三个阶段进行。(1)陆地测试，测量埋在公路下已知深度的带电电缆。一开始遇到附近陆上风机的干扰，试验团队通过调整TSS350只聚焦主频，滤掉不想要的频率来消除了这种杂散干扰。电缆被TSS350清晰地检测到。(2)浅水测试，使用之前陆地测试的滤波器和频率设置，TSS350成功地在潮间带的海底中定位了一条电缆区，并切换模式测量出
15、电缆的埋深。(3)深水测试，在外海进行。虽然TSS350安装在水面船只上，而不是ROV上，但由于没有额外的干扰，它很容易就测量出海底电缆埋藏的精确埋深。野外测试说明使用TSS350年检电缆埋深无需海底高压电缆停运，保障了离岸海岛的电力供应。通过与英国TeledyneTSS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Atom08水下机器人上配备了一个特制TSS35O系统。该系统的线圈通过缩小信号放大比例，使5OOkV高压海底电缆自带电流的强度在改造后的TSS35O允许范围内，以实现对带电50OkV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50Hz频率的影响，水下机
16、器人采用了60HZ的频率。不知道现在的TSS350是否可以在不用特制的前提下缩小信号放大比例来探测500KV及以上的高压缆？管缆挖沟后，若任其自然回填，那么管沟回填不完全的情况极有可能发生，在实际项目施工中也极为常见。为排除挖沟回填不完全引起的埋深探测失准的影响，提出除安装TSS350/TSS440外，在ROV上加装多波束剖面声呐对路由海床剖面进行扫描，综合两者的探测数据，以获得海缆的较为准确的实际埋深数据。此种安装于ROV上的多波束剖面声呐不同于浅地层剖面仪，仅可以扫描某一剖面上海床表面的起伏变化，无法探测海床面以下的土壤分层信息。下图是Imagenex公司的837A多波束剖面声呐。lmag
17、enex837A型“DeltaT”是一种多接收器声纳系统，旨在提供具有水下声纳所有优点的视频成像。创新的数字信号处理用于优化所有通道的数据使用，以在视场中的每个点实现最佳分辨率。计算能力的最新进展使得以与计算机监视器分辨率相同的分辨率传输和处理这些数据成为可能，并且图像帧速率优于每秒20帧。在官网上，其技术参数如下:HARDWARESPECIFICATIONS:FREQUENCY频率260kHzTRANSDUCERBEAMWIDTH(nominal)波束宽度Receive:120ox30Transmit:120x3EFFECTIVEBEAMWIDTH3。,1.5。,0.75。波束角beams*
18、诂束数120.240,480RANGERESO1.UTION:SCREEN屏幕分辨率OUTPUT谕出分辨率0.2%ofrange0.02%ofrangeMIN.DETECTAB1.ERANGE0.5mMAX.OPERATINGDEPTH3000m最大水深FRAMERATE帧率Upto20fpsINTERFACETOPCStandard:10MbpsEthernet(10BASE-T)usingTCP/IPBitratemayvaryifanEthernetextenderisinuse.MAX.CAB1.E1.ENGTHStandard:100monCAT5Cablelengthmaybein
19、creasedupto-9000musinganEthernetextender.Pleaseenquireformoreinformation.CONNECTORSidemountedrightangle,8conductor,wetmateable(SubconnMCBH8M-ASorMCBH8M-SS)POWERSUPP1.Y22-32VDCatlessthan5WattsDIMENSIONSSeedrawingWEIGHT:InAirInWaterAluminum:3kg(7lbs)StainlessSteel:6kg(14lbs)Aluminum:1.2kg(3lbs)Stainle
20、ssSteel:4.5kg(10lbs)MATERIA1.SAluminumunit:6061-T6Aluminum.Epoxy.PVC,AluminumconnectorStainlessSteelunit:316StainlessSteel.Epoxy,PVC,从上表可以看出，这种多波束剖面声呐的频率为260KHz,与咱们经常使用的浅水多波束频率差不多。波束角3。，比现在主流多波束的波束角0.5。1。要大,但是考虑到ROV一般位于海底面上1m,即使波束角3。，分辨率约为1.732*2/120=0.029m,也是很高的。其运行时的WaterCOIUmrl图见下图。在实际使用过程中，ROV使用
21、的多波束剖面声呐系统具备两个声呐头，分别安装于ROV左右两侧，单个声呐头波束角为120o3o,通过专业软件对两个声呐扫描曲线的重叠区进行拟合，即可得到单一截面上的海床面边界，声呐扫描结果见下图。下面这张图可能会让你更感兴趣。声呐布置图见下图。图中，H为DeltaT与TSS440线圈的安装高度差（设备安装于ROV后测量获得）；d为DeltaT声呐与基准海床面的垂直距离（通过DeltaT的探测结果获取）；Cr为TSS350/TSS440线圈距离海底电缆的垂直距离（TSS350系统探测获取）；bd为基准海床面距离海缆顶部的高度，即海缆的实际埋深，且bd=d,+h,-do此种方法相当于DeltaT替代
22、了TSS350/TSS440的高度计。DcIlaTrh,ROVITSS440根据剖面声呐扫描出的基准海床面，综合TSS350的探测数据，经过软件处理及人工过滤，即可得到海缆相对于基准海床面的的准确埋深。但数据处理耗时将略长于单纯使用TSS350的耗时。以6km海缆、Im一个测点为例，大约需要12h进行数据处理。此种后调查方法已经在实际的项目施工中得以应用，挖沟完成后直接使用作业船的ROV搭载剖面声呐DeltaT及TSS35O进行埋深调查，探测所得海缆埋深结果平滑、连续，具备说服力。参考文献TSS_350系统在海缆探测中的应用一高红武TSS350系统在海底电缆探测中的应用.曾亮TSS350在琼州海峡跨海底电缆带电检测项目中的应用.高东明
