三芯光纤复合海底电缆超负荷运行有限元建模

为了获取三芯光纤复合海底电缆超负荷运行时的温度变化情况,分别建立了三芯海缆陆地段与海底段的有限元模型。通过ANSYSY软件稳态仿真验证了所建模型进行超负荷运行的可行性。将120%、140%、160%、180%和200%的载流量分别施加到陆地段和海底段海缆模型上,陆地段比海底段先达到海缆最高工作温度90℃,并给出了不同负荷运行情况下的应急时间。超负荷值较低时,海底段海缆应急时间大于陆地段应急时间,且应急时间随超负荷值的增大逐渐逼近。该结论为利用光纤传感监测海缆过负荷运行提供了参考。

三芯光纤复合海底电缆船锚钩挂有限元建模

为了利用分布式光纤传感技术测量的光纤应变反映三芯光纤复合海底电缆被船锚钩挂时机械特性失效与否,利用有限元方法建立了钩挂的有限元模型。忽略机械特性差的结构,将聚乙烯护套与填充层合并以增大填充层边缘尺寸,获得均匀的网格;将呈对称分布的光单元简化为一根,得到简化后的海缆模型。选用SOLID164单元作为海缆结构的单元类型,选用BKIN(双线性随动强化)材料作为海缆结构的材料模型,得到海缆的有限元模型。最后通过仿真分析获得铜导体的应力分布情况、光单元的应变情况以及铜导体塑性应变和光单元应变随时间变化的情况。结果表明,海缆与锚接触位置处的铜导体应力值较未接触的位置应力值偏大,并且获得了铜导体发生塑性应变时的光单元应变值,该值可作为海缆导体机械特性失效的判据。

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。

三芯海底电缆中光纤与缆体应变关系的有限元分析方法

为了利用分布式光纤应变传感技术测量的光纤应变反映三芯光纤复合海底电缆的缆体应变,通过有限元方法进行了建模、求解和分析。通过合并导体屏蔽、绝缘屏蔽、半导体阻水层、填充层,忽略黄铜带、铠装垫层、外被层,对模型进行了简化;选用SOLID164单元对模型进行了动力学分析;施加匀速载荷对海缆进行了拉伸仿真试验。利用最小二乘法对铜导体、XLPE、铅护套、钢丝铠装与光单元的应变进行了拟合,获得了它们的函数关系式。模型求解结果满足弹塑性材料特性,可为研究海底电缆的力学性能、判断海底电缆工作状态提供参考。

220 kV光纤复合三芯海底电缆线路电气参数的计算

光纤复合三芯海底电缆能同时实现海上项目的电能输送和数据传输,具有损耗小、造价低、敷设简便等优点,可大幅提高海上电力项目的技术经济水平。确定光纤复合三芯海底电缆电气参数,是项目进行规划设计的基础。以某220 kV电压等级1000 mm2截面光纤复合三芯海底电缆为例,通过计算海底电缆的阻抗、电容参数,对比不同海底电缆结构对电气参数的影响,对各参数的特点进行分析。结果表明,与一般单芯海底电缆不同,光纤复合三芯海底电缆各相芯线、屏蔽护套、铠装光纤之间、铠装光纤之间均存在电磁耦合关系。当屏蔽层接地时,海底电缆的正、负、零序阻抗参数基本一致,铠装光缆对屏蔽层接地电缆的电抗参数影响很小;海底电缆各相电容之间没有耦合,各序电容与相电容一致。三芯海底电缆各序电抗参数一致的原因是良导体屏蔽层的可靠接地,此时三芯海底电缆可视为三相平衡线路。

响水近海风电三芯220kV光纤复合海底电缆的设计及制造

响水海上风电场是我国第一个使用三芯220 kV交联聚乙烯绝缘海底出线电缆的工程。介绍了该项目所用光纤复合海底电缆的设计、制造与检验。

高电压大容量三芯光纤复合海底电缆的研制

0引言 国家＂十三五＂规划鼓励支持新能源建设,促使一大批核电、光伏、风电等新能源项目成立,为特种电缆及海底电力电缆带来了新的发展方向。作为一个海洋大国,我国拥有1.8万公里长的海岸线、6 000多个大小岛屿。海底电力电缆主要应用于大陆与海岛、海岛与海岛、大陆与石油平台和海岸风能发电场等场合的电能传输。

三芯光纤复合海缆接地故障有限元建模与仿真

为了获取三芯光纤复合海底电缆发生接地故障时的电热特性,利用电热耦合有限元法建立了单相接地故障的有限元模型。在海缆绝缘层建立一个贯穿铜导体与铅合金护套的击穿电阻模拟接地故障,选用SOLID69、SOLID90单元仿真海缆导体层及非导体层,采用智能划分和扫掠划分相结合的方式对建立的海缆模型进行网格划分,通过仿真分析获得故障电流分布和缆体温度分布。结果表明,海缆在发生接地故障时主要表现为铜导体温度上升,故障发生后,填充层内的光单元温度也随之上升,并可根据光单元温度的最高点对故障进行定位,为利用分布式光纤传感技术监测海缆的电气故障提供了理论依据。

单芯光纤复合海底电缆弯曲有限元建模

海底电缆的严重弯曲会导致漏电、接地、短路和断缆等事故。通过实体实验研究海底电缆的弯曲特性存在成本高、难度大,海底电缆各层结构数据不易获取等问题。为此,文中提出了单芯光纤复合海底电缆弯曲有限元建模实验方法。对海底电缆的结构进行了简化,建立了单芯海底电缆有限元模型,选用SOLID164和SHELL163单元,利用ALE算法,结合扫略和映射方法进行网格划分,对模型进行了求解,根据力学和结构特性对海底电缆进行了单端约束并施加转动惯量载荷,真实地模拟了海底电缆的弯曲过程。结果表明,模型沙漏能控制在内能的1%以内,海底电缆各层应力、应变数据符合弹塑性材料特性和工程经验,为海底电缆弯曲特性的研究和光纤传感技术的应用提供了参考。

三芯光电复合海底电力电缆的设计与制造之一——结构设计

详述了大长度交联聚乙烯绝缘三芯光电复合海底电力电缆的结构设计。

深海油气田用多芯光纤复合海底电缆的设计及应用

从电缆制造技术、施工费用等方面进行分析,提出了在深海油气田领域中采用多芯、分相铅包光纤复合海底电缆的设计方案,可优化常用电缆的阻水、防腐蚀、使用寿命、机械强度和电气连接等性能,降低施工成本。

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。

基于BOTDR监测数据的光纤复合海底电缆状态预测

为了判断光纤复合海底电缆状态的发展趋势,及时发出故障预警信号,提出了基于加权最小二乘支持向量机(WLS-SVM)的海缆BOTDR监测数据多步预测模型。利用Birge-Massart策略计算实测数据小波分解后不同尺度上的阈值,使用软阈值法消除随机噪声对预测准确性的影响;在混沌序列分析的基础上,采用G-P算法进行相空间重构,确定最佳嵌入维数,同时验证频移时间序列的混沌特性;将重构相空间中的相点馈入到WLSSVM模型完成递归多步预测;最后对海缆两个典型位置处测点进行了频移6步预测。结果表明,递归6步预测的最大平均相对误差为1.80%,具有比标准支持向量机预测结果更高的预测精度和更好的适用性。

三芯光电复合海底电力电缆的设计与制造之二——工艺设计及设备

对交联聚乙烯绝缘三芯光电复合海底电力电缆的工艺技术及关键的制造装备进行了介绍。

三芯光纤复合海缆拉伸的有限元建模与仿真

三芯光纤复合海底电缆(简称为"海缆")在运输、敷设和运行的过程中经常会产生拉伸的机械行为,对其进行拉伸建模仿真,可获得实体试验难以得到的应力、应变等数据。文章通过建立海缆拉伸有限元模型,模拟了海缆的拉伸过程。首先根据海缆拉伸的力学特点对结构进行简化,得到三芯海缆的几何模型;然后对其施加约束及速度载荷,控制沙漏能,仿真轴向拉伸过程;最后对数据进行有效提取和处理,获得海缆的应力与应变,为研究海缆的力学性能、判断海缆工作状态提供了参考。

光纤复合海底电缆故障检测与诊断方法

为及时发现并判别光纤复合海底电缆的故障,文章提出一种基于多尺度小波分析的海缆故障检测与诊断新方法。该方法先利用布里渊光时域反射计测量海缆中光纤的布里渊散射频移,然后结合双阈值法对故障点进行检测和分析。对发生接地故障的数据,用阈值法进行诊断;对非接地故障,则选用coif2小波基进行8尺度小波分解。研究结论表明,利用小波分解高频系数尺度对空间距离的敏感性可有效诊断锚害和塑料护套局部放电引发的过热故障。同时,在分析海缆故障特点的基础上,通过建立海缆故障模拟数据验证了算法的有效性。

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。

波浪力作用下光纤复合海底电缆动力学有限元分析

为了研究波浪力作用下海缆的动力学特性,建立了波浪力作用下海缆的三维有限元模型。首先利用SOLID185单元和pipe59单元建立了海缆模型,设置波浪力及海流速度;对该模型进行仿真计算,并对仿真结果进行数据提取,获得了海缆各层结构的位移、应力应变及光单元加速度等数据。通过对数据进行处理,得到波浪高0.1m、周期为1s、海流速为2m/s的条件下,光单元振动频率约为50Hz,为利用分布式光纤振动传感技术监测海缆的工作状态提供了理论参考。

走滑断层作用下光纤复合海底电缆的力学响应规律研究

作为一种长距离传输电力和信息的有效工具,海缆难免需跨越断层活动区域。为深入研究断层作用下海缆的力学响应规律与其破坏机制,以典型的走滑断层为依托,利用ABAQUS建立了海床-海缆相互作用的数值仿真模型,得到了海缆典型结构层的位移、应变以及应力等的变化规律。研究结果表明:在走滑断层作用下,海缆的变形大体呈'Z'字形,海缆外被层、铜导体的轴向塑性应变随断层错动位移的增加而增加;海缆外被层可发生明显的开裂甚至剥离变形,同时尽管XLPE绝缘层与镀锌钢丝铠装层的截面变形量均先随断层错动位移的增加先增加而后缓慢下降,但两者变化并不同步;由于断层错动位移所引起的拉-剪应力,海缆整体上表现为张拉破坏。研究方法和成果可为跨断层光纤复合海底电缆的设计和运营维护提供一定的技术指导。

海底光纤复合电力电缆的开发

叙述了海底光纤复合电力电缆的设计、制造和试验,给出了复合缆中允许最大光纤单元直径的计算公式。