海底复合电缆的故障定位及修复

东海某平台海底复合电缆发生故障,无法实施供电。介绍了复合海缆故障点确认和单接头修复方案。修复方案的实施取得了良好效果,缩短了海上施工时间,节约了施工费用。

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。

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。

XLPE光电复合海底电缆故障类型诊断方法

以某海峡铺设的110kV XLPE(交联聚乙烯)光电复合海底电缆的故障类型检测为目标,提出了一种利用海缆中复合的光纤检测其故障类型的方法。该方法首先使用IEC标准、PSCAD(电力系统计算机辅助设计)软件和ANSYS有限元仿真软件对不同故障时海缆温度进行计算及仿真;然后在不同故障情况下从这类海缆的温度数据中提取出光纤温度数据,分析不同故障时光纤温度变化情况,推导出光纤温度变化与海缆故障类型的关系;最后分析故障点位置不同对光纤温度变化的影响。分析结果表明,该方法可以成功检测出海缆故障类型,对海缆的故障检测具有重要参考价值。

分布式光电复合海底电力电缆安全防护系统

介绍了一种基于光纤干涉仪结构的分布式光电复合海底电力电缆（简称光电复合海缆）安全防护系统。系统利用已敷设好的光电复合海缆中4根光纤实现事件信号采集，结合现代信号处理技术，可对有威胁事件进行预警、报警及定位。系统提供了从获取威胁事件信号到发出各类报警信息的安全防护整体解决方案。现场试验证明系统误报率小于1％，漏报率小于0．1％，对紧急事件的定位精度达到100m，对事件响应时间小于1s，可以满足光电复合海缆安全防护的可靠性和实时性要求。

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。

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。

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。

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。

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。

光电复合海底电缆电—热多物理场耦合建模与故障分析

针对光电复合海底电缆运行环境特殊,实验成本高,获取状态信息难等问题,基于COMSOL Multiphysics环境建立了电-热多物理场耦合模型。探究了敷设深度、环境温度和水土换热系数对海缆缆芯工作温度的影响以及在超负荷状态下海缆的状态进行分析,找出海缆常见电气故障,得出:电阻的温度效应比不考虑温度效应海缆缆芯电磁损耗高约20%,铠装损耗和屏蔽层的损耗却是有所下降;光电复合海底电缆对海土温度的影响范围在1.5 m左右,海缆缆芯的工作温度随着环境温度的升高而升高;随着XLPE绝缘层退化程度的增加,缆芯温度升高几乎成正比增大,并且随着载流量增加,缆芯温度增加更加明显。采用电-热多物理场耦合的建模方法和故障分析手段为后续的研究提供一种有效解决方法。

石油平台六芯复合海底电力电缆的研制

介绍了石油平台六芯复合海底电力电缆的阻水结构的设计和电缆的研制,并对产品的抗拉强度进行了分析与计算;对成品电缆进行了纵向水密试验,以及其他常规试验。

含软接头的220kV光纤复合海底电缆的研制

介绍了220 kV超高压光电复合海底电缆的设计制作过程,对导体、金属套、铠装保护层等进行了技术分析,并对试制过程中的关键技术以及软接头制作进行探讨。

基于光纤复合海底电缆的海岛电力系统模型研究

我国目前有人驻扎的远洋海岛普遍存在供电不足、远程信息通信能力差的问题。针对这些不足,设计了一种适合远洋海岛的电力控制模型。模型利用光纤复合海底电缆作为介质连接本土与远洋海岛并通过光纤复合海底电缆向海岛提供电能。光纤复合海底电缆既能传输电能又能传输数据信号。利用它可以为远洋海岛构建安全可靠的供电系统和远程通信系统。模型能够有效解决目前我国海岛存在的电力及通信方面的问题。

110kV光纤复合海底电缆光纤单元的设计及应用

主要论述了110 kV光纤复合海底电缆中的光纤单元的设计及其在海缆安装敷设及运行中的监控、预警等应用。

220kV大长度光纤复合海底电力电缆的研制

论述了220 kV大长度光纤复合海缆结构设计、工艺技术与关键装备的研究,以及产品性能试验。

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。

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。