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。

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。

110kV光电复合海缆立体在线监测系统研发

通过对分布式光纤传感技术及布里渊光时域反射领域国内外研究应用情况的介绍,阐述了利用光电复合海缆富余光纤作为传感元件进行海缆在线监测研究的技术路线。着重论述分布式光纤温度和应变传感技术原理及基于BOTDR海缆本体状态实时在线监测的研究;船舶自动识别系统(AIS)和视频系统构建的肇事船只确认子系统可以与BOTDR系统联动,提前预警海缆异常状态,确认肇事船只;探讨海洋磁力计对海缆故障点进行水下定位方法。文章归纳总结了从海缆本体状态监测到海上肇事船只确认及海缆故障点定位的海缆立体监测研发成果,该成果在海洋环境下有着广泛的推广应用前景。

光电复合海缆导体温度计算及参数修正

准确计算导体温度是实现海缆温度监测的重要条件。针对三芯光电复合海缆,通过分析各层结构热阻对导体温度的影响,发现绝缘层热阻变化影响最大,进而提出一种利用电流差和导体温度差修正绝缘层热阻的方法。实际工况中无法直接获取导体温度,故利用BOTDA实测得光纤温度,通过有限元分析出光纤与导体温度变化量对应关系,从而得导体温度差。再将修正后的热阻代入计算,通过对比发现修正绝缘层热阻能够提高导体暂态温升计算的准确性。

光电复合海缆的模态分析仿真

基于振动问题的模态分析理论,利用三维建模软件建立了光电复合海缆的简化模型,导入有限元分析软件进行了模态分析。分别得到了不同长度和不同网格精度的模型在约束模态和自由模态下的前8阶非零频率,并进行了比较,然后查看最优的约束模态相应的振型,据此对光电复合海缆的结构优化以及敷设要求提出了一些合理的改进建议。

基于有限元法的复合海缆温度场的仿真计算

在复合海缆导体温度评估问题的研究中,导体温度是评估光电复合海缆安全状态的一个重要参数,有必要对复合海缆的温度场进行仿真计算。根据传热学基本原理,建立复合海缆温度场的有限元仿真模型,结合受激布里渊散射的布里渊光时域分析技术,实现对海缆导体温度的估算。复合海缆温度场建模时,根据实验结果,采用迭代法对复合海缆的材料物性参数和敷设环境参数进行修正。实验和计算结果验证了复合海缆温度场有限元仿真模型的准确性与参数修正方法的有效性,为在实际工程中运用海缆温度评估提供了理论依据。

缆系海底观测网原型系统设计

针对长期、实时和原位观测深海大洋的科学需求,设计了采用10 kV直流输电和100 Mb/s光纤通信的缆系海底观测网原型系统。该系统由海底科学节点、光电复合海缆和海岸控制基站组成,其中海底科学节点包括原位化学分析仪器、动力环境监测仪器和节点接驳盒。用户从数据管理子系统实时获取科学数据,从电能监控子系统远程监控仪器状态,进行海底原位实验。多次压力实验和水池联调后,该系统在中国东海浅海试验和美国蒙特雷湾海底观测网深海并网试验中运行稳定,从海底获取了大量高分辨率的科学数据。试验证明该设计合理可行,并体现缆系海底观测网较传统海洋观测方式有较大优势。

海缆布里渊光时域反射信号的去噪方法研究

为了从噪声背景中有效地提取光电复合海缆的布里渊光时域反射信号,根据信号的特点,提出了采用小波阈值法对实时信号进行去噪处理。针对小波阈值去噪参量设置的基础性问题,通过理论分析和实验对比确定了适于海缆布里渊光时域反射信号去噪处理的最优参量,并与中值滤波、均值滤波的去噪效果进行了对比。结果表明,相对于两种传统的滤波方法,最优参量下的小波阈值法能有效去除噪声,不仅信噪比提高了14.1dB,而且能检测出100με的应变变化。该研究对于探索海缆布里渊光时域反射信号的高效处理方法具有重要参考价值。

光纤分布式传感技术在海底电缆状态监测中的应用

光电复合海底电缆能够实现电能和信号传输的双重功能,是海底电力电缆发展的必然趋势。海缆敷设环境特殊,运行过程中会受到洋流、船锚等因素的影响,因此,对海缆的机械特性和温度状况进行监测意义重大。通过分析光纤分2布式传感技术的特点,以及其在海底电缆状态监测中的应用情况,光纤分布式传感技术具有易植入、易组网、抗电磁干扰等优点,能够实现长距离的分布式监测。根据光纤散射原理及光时域反射技术可实现多种海缆故障的诊断,全方位地监测海缆运行状况,对多种可能发生的故障进行预警和定位。

温度变化在海缆安全评估分析中的应用

分析影响光电复合海缆中光纤温度的因素,选取光纤温度的温升趋势信号作为评估海缆安全状态的特征向量。分析在安全状态下和非安全状态下的光纤温升趋势信号的相关特性,得出处于安全工作状态下不同位置点的光纤温升趋势信号具有高度相关的特点,并以此作为评估海缆安全状态的依据。采用小波阈值消噪算法对光纤温升趋势信号进行消噪处理。

宝胜海缆:引领海洋科技创新

9月20日上午,中航宝胜海洋工程电缆有限公司(下称“宝胜海缆”)首根大长度220kV光电复合海缆交付仪式在扬州宝胜海缆码头举行,这标志着宝胜海缆已经全面进入竣工达产时代。高站位谋划,成为行业翘楚宝胜海缆位于扬州经济技术开发区,由宝胜科技创新股份有限公司与全球知名的光纤、光缆、预制棒制造商——长飞光纤光缆股份有限公司于2018年合资成立,总投资50亿元,占地面积40万平方米,拥有201.68米全球最高的立塔。

海缆有限元温度场的模型验证

为了将有限元法应用在监测系统中同时提高其计算准确度,需要对其进行验证。查阅文献资料发现,对于使用有限元法计算的海缆温度场,计算时各种参数均为理论值,对计算结果的验证是与另一计算方法的计算结果进行对比。这种计算及验证的方法偏向于理论方面,不足以论证有限元温度场适用于工程实际。本文从监测系统的实测数据出发,提取其中的温度数据和电流数据。在光纤温度基本稳定的前提下,提取某一较低电流,以该电流及对应的光纤温度为基准,在参数的合理范围内动态修改建模参数使得参数接近实际值。确定参数后,使用其他电流值代入有限元模型计算海缆温度场并与实测数据进行比较。

海缆有限元温度场的实验研究与模型验证

在海缆监测的实际工程中,无法对海缆中导体的温度进行直接测量。采用布里渊光时域分析仪测量海缆内部光纤的温度,并利用有限元方法得到海缆的温度场模型,两相结合推导出导体温度。为验证有限元模型的正确性,将一段海缆置于水中模拟海缆的实际工作状态并进行通电加热,记录光纤的温升曲线。实验得到的温升曲线与有限元模型得到的温升曲线高度重合。实验结果表明海缆温度场模型具有较高准确度,适合实际的工程应用。