光电复合技术在我国110kV海底电缆中的首次应用

通过对我国首条110kV光电复合海底电缆应用情况的介绍,阐述了高电压等级光电复合海缆的关键技术和发展状况。着重论述国产化高电压等级光电复合海底电缆的结构和光电复合方式,分析其在深海抗侧压、防渗水等方面的研制工艺,比较了海底光纤和常规光纤在"余长"控制技术上的差异。展望了光电复合技术在电力系统通信领域发展趋势及应用前景,归纳总结光电复合技术在智能电网通信技术支撑体系中的重要作用。

110kV智能变电站模块化设计应用

沈荡110kV智能变电站应用了模块化设计方案,设计中采用装配式建构筑物,模块化电气二次设备,预制式光缆、电缆等关键技术,建设中采用工厂化预制和现场安装相结合,使变电站内结构更紧凑。该建设方案与传统建设方案相比,建筑面积减少了44%,变电站的建造工期缩短1/3,并且施工安装方便、节约人工,降低了工程造价,取得了良好的效益。

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。

10kV光纤复合架空绝缘电缆及其快速修复技术

鉴于城市管道、杆塔资源匮乏等原因,采用10 kV光纤复合架空绝缘电缆是提高10 kV通信接入网光纤使用率的有效解决方案。由于易受雷击断股、城市改造、外力破坏等因素影响,目前在10 kV通信接入网对光纤复合电缆的使用非常谨慎。文章研制了一种可对10 kV光纤复合架空绝缘电缆的断股进行永久性快速修复的接续盒。研制的10 kV光纤复合架空绝缘电缆采用G.657.A2弯曲不敏感光纤,解决了因接续盒外径小、余留光纤弯曲损耗大的不利因素。经检测产品性能满足各相关标准要求。

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。

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。

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。

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。

VMD和SO优化SVM的光纤复合海缆故障诊断研究

为了进一步提高光纤复合海底电缆的故障诊断准确率,提出了基于VMD及SO优化SVM的故障诊断方法。首先,使用VMD对故障数据进行分解,得到若干条IMF分量并利用皮尔逊相关系数做进一步筛选。其次,对筛选得到的IMF分量进行特征提取,分别提取各分量的峭度、近似熵及模糊熵。最后,将上述特征值构成的特征向量输入经SO优化的SVM中进行训练及分类,得到故障诊断结果。实验结果表明,采用本文提出的基于VMD和SO优化SVM的故障识别方法,光纤复合海底电缆的故障识别准确率达到了100%,分别比SVM、GA-SVM、GWO-SVM、CNN方法的识别准确度高7.5%、5%、5%、7.5%。

海底光纤复合缆机械损伤有限元仿真分析综述

海底光纤复合缆广泛应用于跨海洋信息能源互联互通工程中,在国家海洋发展战略中发挥着关键作用。海底环境复杂,不同类型机械损伤将直接影响海缆的安全运行,有限元仿真技术通过分工况模拟,为海缆的安全监测提供了一种低成本高效率的理论支撑手段。为总结现有技术,评估未来发展方向,文章梳理了海缆的拉伸、扭转和弯曲机械形变有限元仿真技术,并从锚害和自然洋流等因素层面,总结了海缆机械损伤有限元仿真研究结果,为光纤传感等监测技术提供了依据,最后对仿真技术进行了总结展望。

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。

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。

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。

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。

光纤复合海底电缆扭转的有限元建模

海底电缆在装载、运输、敷设和运行过程中,受外界多种因素的影响时常会发生扭转,利用建模仿真的方法不仅可以克服实体试验操作困难的难题,还可获得实体试验难以提取的数据。文章利用ANSYS软件建立海底电缆扭转的有限元模型,进行了单元类型的选择、各层材料属性及参数的确定和网格划分方式的选择,并且分析、控制了影响计算时间和精度的因素,最后对海底电缆施加扭转载荷,仿真扭转发生过程,获取铜导体和光单元的应力及应变数据,为分析海底电缆扭转的力学特性提供了一种可行方案。

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。

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。

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。