IOPPC光缆拉伸与温升特性的有限元分析

为获取IOPPC新型复合光缆(Insulated Optical Phase Conductor)在架设时所受机械拉伸和运行后电流温升的特性,进行了力学和电热学有限元仿真分析。首先,建立了光缆的多层绞合几何模型,采用扫略六面体进行了高精度网格划分,并对其施加了拉力载荷;然后,建立了考虑传导、对流和辐射的稳态电热模型,对其施加了额定载流量。有限元计算结果表明,在95%额定拉断力下,光单元最大应变为1.09%,没有超出光纤应变窗口,拉伸过程中没有出现单丝断裂;855A额定载流量下,光缆整体温度分布均匀,约为82.3℃,没有局部温度过热点。上述研究可为输电线路新型光缆的设计、研发和运维提供参考。

基于绕组短路冲击响应时频特性的多特征联合形变判定方法

为研究变压器短路冲击信号包含的物理特征与绕组形变之间的关系,提出一种基于绕组冲击响应时频特性的特征提取及形变判定方法。基于单自由度系统的相对位移模型构建绕组的短路冲击响应谱,得到其响应点频率偏移特征。对Hilbert能量谱进行非均匀频率带宽划分,修正累积效应的影响,提取不同频带范围内的能量带熵并计算加权能量带熵,表征特定频带内的能量混乱度;构建时频矩阵,量化能量密度分布、短时能量衰减变化等细节特征,对该矩阵进行奇异值分解,根据奇异值分布特性计算每个元素的权重值。据此提出基于加权能量带熵及基频奇异值畸变率的联合绕组状态判定方法,经三组共17次短路冲击试验数据验证,冲击信号的相对能量带熵增量变化与绕组产生的累积微应变呈高度正相关,基频奇异值畸变率与绕组发生形变的规律一致,发生形变时,该畸变率的值会大于2.0,证明了该判定方法的有效性。该方法可在变压器发生短路后对绕组的状态进行预判,进而考虑是否需要进一步处理,对变压器绕组状态的在线监测具有一定的指导意义。

500kV充油海缆挤压变形后绝缘电场分析

海底电缆工作环境复杂,不仅长时间受海水侵蚀,还有可能受到锚害、海浪冲击、落石等损伤,造成挤压变形,变形会引发绝缘电场畸变,可能导致绝缘击穿故障。为解决上述问题,建立了交流500 kV自容式充油海底电缆有限元模型,求解了海缆绝缘层受到挤压变形后在不同纵向压缩率下的电场分布。结合海缆出厂试验标准,对比电缆变形前后电场畸变情况,判断绝缘层是否存在局部放电甚至击穿的风险,并拟合出电缆各向场强与纵向压缩率的方程。结果表明,海缆挤压变形导致绝缘椭圆化,形变情况可用椭圆纵向压缩率表示,在525kV电压下,纵向压缩率达15%时电缆出现击穿风险,纵向压缩率为31%时绝缘层完全击穿。研究结果可为海底电缆挤压变形后的电气特性评估提供理论和数据参考。

三芯海底电缆中复合光纤与导体温度关系建模

三芯光纤复合海底电缆中光纤以内填充层热阻的准确计算是建立光纤与导体温度关系的关键和难点。本文在建立三芯海缆热路模型的基础上,根据虚拟热源和镜像法,利用光纤温度计算出填充层外径处温度,进而计算出铠装层外径处温度;根据傅氏传热学原理计算出光纤处等温面至铠装层外径处等温面的热阻;利用形状因子法计算出填充层内径至铠装层外径的总热阻,再减去光纤处等温面至铠装层外径处等温面的热阻,得到光纤以内填充层的热阻;根据热路模型建立了光纤与导体的温度关系方程,并用有限元求解结果验证了方程的正确性。结果表明,三芯海缆的光纤与导体温度呈线性关系,导体温度每上升1.15℃,光纤温度上升1℃;相同导体温度下,环境温度每上升7.7℃,光纤温度上升1℃。根据光纤温度和环境温度可计算出导体温度,作为三芯海缆导体温度监测和载流量计算的理论依据。

基于BOTDR的光纤复合海底电缆应变/温度监测

高压光纤复合海底电缆结构复杂、敷设环境特殊,日常巡检和状态检测实现难度大,利用分布式光纤应变和温度测量设备对其进行监测十分必要。为此,利用Brillouin光时域反射计(BOTDR)对110 kV光纤复合海底电缆中的复合光纤进行了应变和温度标定实验,比较了不同光纤Brillouin频移的应变/温度系数和初始频移的区别,给出了利用光纤中Brillouin频移分布曲线进行接续点精确定位的方法,对运行中的海缆进行了全面、实时、长期的状态监测和数据分析。结果表明:海缆光单元中不同光纤的Brillouin频移应变/温度系数基本相同,约为0.05 MHz/10-6和1.05 MHz/℃,但初始频移差别较大,变化范围约20 MHz;光路中接续点处的Brillouin频移变化明显,可作为定位依据;利用Brillouin频移监测海缆的应变和温度需结合海底地形、地质、洋流、环境温度、负荷电流等因素。

光电复合海缆中光纤与导体温度关系的有限元分析方法

根据光电复合海缆中的光纤温度计算导体温度是进行导体温度监测和载流量计算的关键。本文利用有限元法建立了110 kV光电复合海缆的有限元模型,根据IEC 60287标准计算出热载荷,分析了负荷电流、环境温度、土壤与海水的表面传热系数等因素对海缆本体及周围温度分布的影响,建立了海缆导体温度、光纤温度和环境温度的关系式。结果表明,导体温度与光纤温度呈线性关系,光纤温度每升高1℃,导体温度升高1.3℃;相同光纤温度下,环境温度每升高1℃,导体温度下降0.3℃;海缆发热主要耗散于周围1.6m以内的土壤中,土壤与海水表面传热系数对结果的影响可以忽略。根据光纤温度和海水温度,可计算出导体温度,作为海缆导体温度监测和载流量计算的理论依据。

分布式传感光纤应变和温度同时标定方法

为了实现分布式传感光纤应变和温度响应系数的快速准确标定,提出了应变和温度同时标定法.利用恒温装置控制传感光纤和金属管的温度,利用金属管的线性热膨胀对缠绕其上的分布式传感光纤施加应变,通过恒温装置中的松弛传感光纤补偿金属管上传感光纤的温度,共同实现应变和温度的同时、快速、准确标定.利用恒温水浴和不锈钢管进行了单模裸纤布里渊频移应变和温度响应系数的标定实验,应变标定跨度620με,温度标定范围35~75℃,得到单模裸纤布里渊频移的应变和温度响应系数分别为0.048 MHz/με和1.06 MHz/℃.结果表明该方法可用于小直径分布式传感光纤的应变和温度同时标定.

利用光纤应变判断光电复合海缆锚害程度的有限元分析法

锚害占海缆机械故障的80%以上,不同程度的锚害会导致海缆发生漏电、接地、短路和断缆事故,及时发现锚害并判断锚害程度十分重要。本文提出了利用光电复合海缆中光纤的应变判断海缆锚害程度的有限元分析法。建立了110k V光电复合海缆的有限元模型,对海缆锚害过程进行了仿真和分析,建立了海缆锚害过程中铠装层应力和光纤应变的分段时间函数,对锚害程度进行了分级,并用海缆模型试验验证了仿真结果。结果表明,海缆锚害程度的加剧导致光纤应变的增加,海缆锚害过程可用5个分段函数表示,锚害程度可分为三级,分别对应0.12%、0.35%和1.1%的光纤应变,可利用分布式光纤传感技术测量的光纤应变判断海缆的锚害程度。

BOTDR的已敷设传感光纤温度和应变区分测量方法

为了解决已敷设传感光纤中布里渊谱峰功率初值难以获取,基于频移和功率双参量的温度和应变区分测量误差大等问题,提出了解决方法。通过标定实验确定布里渊频移和相对谱峰功率的温度和应变系数、频移初始值;根据布里渊散射功率特性方程,通过试探法,利用已敷设光路中温度和应变已知的参考光纤确定方程系数,建立了谱峰功率初始值;利用归一化方法克服了传感系统中乘性噪声导致的测量误差;利用谱宽变化消除了温度和应变突变点处的谱峰功率异常峰值;最后,根据光纤复合海底电缆的现场情况建立了模拟光路,并进行了温度和应变测量实验。结果表明,在5.6 km处可实现±4.3℃和±110με的测量精度,可实现已敷设传感光纤整条光路上的温度和应变区分测量,为工程应用提供了理论和实验依据。

基于小波包与神经网络的海底电缆故障诊断

针对海底电缆的故障诊断问题,提出了一种基于小波包与神经网络的诊断新方法。该方法将海缆中光纤的布里渊频移转换成温度和应变数据,首先使用六层小波分解对监测信号降噪,然后对故障数据进行三层小波包分解和重构,再通过提取能量、标准差和Shannon熵等构造特征向量并输入BP(反向传播)神经网络进行训练和测试。实验分析表明,在海底电缆故障诊断中,采用标准差作为特征向量输入BP神经网络中的诊断方法性能最佳。

夹具对高压绝缘电缆热学特性影响的有限元分析

夹具是已敷设高压绝缘电缆线路中的必备组件,为了获得夹具对缆体热学特性的影响,以典型220kV交流单芯交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆为对象进行电热耦合有限元分析。按照国内某市电缆的实际敷设情况,建立电缆在五种不同材料夹具下的二维和三维电热耦合有限元模型,通过稳态和暂态热力学计算,获得电缆在不同夹具下的载流量和热时间常数;通过计算不同夹具材料和间隔下的电缆温度,得到导体温度在径向和轴向的分布规律,并获得夹具材料和间隔距离与电缆导体温度的关系函数。结果表明,夹具的材料和间隔距离对电缆的载流量和热时间常数都有影响,夹具的热导率和间隔距离都存在一个临界值,在该值两侧导体温度变化存在较大差异。该文研究可为电缆的施工和运维提供理论和数据支持。

基于光纤传感技术的风机叶片故障检测技术研究进展

叶片是风电机组的重要组成部分,承担着捕获风能的重要功能,一旦损伤必然导致风机停机,对其进行状态监测十分必要。对风机叶片的监测主要采用无损检测技术,传统方法大都基于电子测量原理,具有抗电磁干扰能力差、无法实现分布式测量等缺点。文中在对比传统无损检测技术灵敏度、效率、抗干扰能力等指标的基础上,重点分析和研究了光纤传感技术用于风机叶片监测的现状。从测量原理、传感器结构、应用实施方法、监测效果等方面,分析了FBG、BOTDA、OFDR以及干涉型光纤传感技术的研究进展,最后重点分析了光纤形状传感技术在风机叶片监测中的应用研究现状、存在的问题及未来发展趋势。

抵抗多种攻击的视频水印新方案

随着多媒体技术的发展,数字视频的版权保护变得越来越重要。为了设计一种更加实用的数字视频水印,提出了集成多种技术的、对多种攻击鲁棒的自适应、盲检测视频水印新算法。首先,利用Arnold置乱技术将水印置乱,并进行Turbo编码,以提高其安全性;然后,根据视频的特征,即归纳的频率敏感性、色度敏感性、运动敏感性、纹理敏感性和亮度敏感性选取关键帧,并运用分块技术将关键帧进行3维分块;再进行3维小波分解,选中低频区域作为嵌入域;此外,为了抵抗旋转、缩放攻击,采用了一种新方法,即用Zernike矩提取视频的旋转、缩放不变信息;最后采用盲检测技术提取水印。通过对典型视频数据的攻击和测试,得出了水印的鲁棒性指标。结果表明,本文水印适合多种内容特点的视频,能够抵抗目前常见的各类攻击,具有一定的实用价值。

一种新的半脆弱视频水印方案

半脆弱视频水印是一种进行视频数据内容完整性认证的重要技术。为了得到具有更强认证能力的半脆弱视频水印信息,提出了一种新的方案,该方案采用DCT块组能量关系特征和块灰度均值特征相结合的双特征提取方法构成水印信息,然后将水印信息进行Turbo编码,再利用改进的DEW算法实现水印的嵌入。双特征提取算法可以克服单特征提取的不完备性,增强篡改判断和定位能力,Turbo编码可以提高水印信息的鲁棒性,降低认证虚警率。实验结果表明,该算法在不破坏视觉质量的基础上,能够对常见的篡改操作进行完备的认证,虚警概率小。

海底电缆涡激振动流固耦合有限元建模分析

海底电缆在洋流冲刷下产生涡激振动会导致缆体疲劳引发故障,严重影响电网系统的安全和稳定,研究缆体涡激振动特性对故障预警十分必要。采用模型相似理论首次建立了110kV光纤复合海底电缆涡激振动的有限元模型,通过有限元法得到模型的共振频率,并通过流固耦合方法对不同流速下缆体涡激振动进行计算和数据分析,获得了不同流速下的升阻力系数、涡激振动幅度、频率和振型。结果表明,模型计算出的涡激共振频率与理论值一致,获得的缆体振动数据详实、准确。研究克服了海底电缆涡激振动实体试验开展困难的难题,为海底电缆涡激振动特性研究和疲劳分析提供了可行方法和数据支持。

新一代纠错编码技术——Turbo码

介绍了新一代的纠错编码—Turbo码。从其结构入手分析了影响其性能的关键技术,同时分析了Turbo码分别与TCM技术、均衡技术相结合的巨大潜力及其应用,最后从实用角度论述了Turbo码在实际系统中的其他运用。

方差可调的数字式白噪声发生器的FPGA实现

对伪随机序列统计特性进行了分析,介绍了根据信噪比要求产生出方差可调的数字白噪声信号的依据和方法,并用插值法简化了运算过程,最后还介绍了用FPGA实现该发生器的简单过程和实例。

回路间距对电力电缆短路电动力的影响分析

为有效降低短路电动力对电缆和金具的损害,科学合理地确定电缆的回路间距,文中采用电磁耦合有限元法对高压大截面电缆短路电动力进行数值计算和分析。文中建立单、双回路下水平敷设和品型敷设的电缆三相短路电磁耦合有限元模型,计算并分析了短路电动力在时间和空间上的变化;分析得到了双回路水平和品型敷设下三相短路电动力最大值随回路间距变化的方程。结果表明,双回路短路电动力与回路间距满足特定函数关系,且存在一个电动力变化斜率的拐点,可根据该拐点确定回路间距。文中研究可为电缆短路电动力理论研究和工程设计施工提供理论和技术支撑。

光纤复合海底电缆应变测量的数学建模与仿真

为了获得光纤复合海底电缆的应变与光单元应变的关系,以便用分布式光纤传感技术准确测量海底电缆本体的应变分布。在分析海缆结构的基础上,进行了海缆与光单元应变关系的数学建模和仿真。通过合理简化海缆结构,建立了海缆的有限元模型,进行了直线拉伸数值计算,对比了数值计算结果和数学模型。结果表明,数值计算结果与数学模型一致,光单元应变与海缆应变满足线性关系,且小于海缆应变值,可以利用光单元应变推算海缆的应变,这为基于分布式光纤应变测量的海缆状态监测提供了理论依据。

海底电缆扭转损伤的参量化评价方法

海底电缆在运输、敷设过程中,不可避免地会发生扭转,若扭转角度过大,会对其造成不可恢复的损伤。本文利用有限元方法建立了海底电缆的扭转模型,通过分析应力、应变的时空分布特点,确定了能够有效反映海缆力学特性的特征参量,制定了扭转故障发生时各特征参量的阈值,建立了能够表征海底电缆扭转行为的力学参量体系。结果表明:海缆发生扭转初期,其轴向各结构应力分布较为均匀;随着扭转角度的增加,缆体轴向应力分布会出现波动,可建立包括铜导体应力、XLPE绝缘层应力、铅合金护套应力、铠装层应力和扭转角度的参量体系,对海缆扭转行为进行参量化评价。