基于开放海缆通信系统的海缆登陆站优化研究

国际互联网带宽的快速增长推动了海底光缆及海缆登陆站的加速建设需求。分析了我国内地海缆登陆站的当前布局及其在未来需求的不足,并结合开放海缆通信系统的发展趋势,研究了将海缆传输终端设备从传统的海缆登陆站转移到核心机房的技术和经济可行性。最后,在此基础上提出了海缆登陆站优化部署的建议。

垂直洋流下500 kV海缆电热耦合场和载流量研究

发展海上风电是实现“双碳”目标的重要举措。直流海缆是海上风电输电工程的重要装置,而海缆稳态载流量等研究对推动远海风电大规模开发具有重要意义。近年来高压直流海缆稳态载流量的相关研究考虑海洋环境因素较为单一且未充分考虑绝缘层温差的限制。文中建立了500 kV直流海缆与海水系统的电-热-流耦合模型,研究了单根和双极海缆在不同敷设方式下垂直洋流(垂直于海缆长度方向流动的洋流)流速,考虑绝缘层温差限制、双极不同间距等对载流量的影响。结果表明,相较于仅考虑线芯温度70℃限制,综合考虑绝缘层温差20℃限制的载流量更小,且相较于其他敷设方式,直埋敷设时绝缘层温差20℃限制对载流量的影响更小;双极海缆的载流量随双极间距增大而增加,流速为0.1 m/s时涡旋对海缆载流量有较小的提升作用;在绝缘层温差为6℃附近,电场发生翻转。研究结果可为敷设方式的选择以及载流量的预测和评估提供重要指导和参考。

基于修正分数Poynting-Thomson模型的高压XLPE海缆绝缘评估

为利用频域介电谱准确评估高压交联聚乙烯(XLPE)海缆的绝缘状态,建立考虑直流电导率的修正分数Poynting-Thomson模型(分数P-T模型)以解析高压XLPE海缆的介电特性。首先,通过加速老化试验制备不同老化程度的高压XLPE海缆试样,并测得各组老化试样的力学、理化和介电数据。然后,应用修正分数P-T模型对实测介电曲线进行拟合,对比修正前后分数P-T模型表征实测介电曲线的效果。最后,通过仿真探究模型参数对介电曲线的影响规律,构建模型参数与绝缘程度之间的联系,将提出的老化特征参数与断裂伸长率(EAB)进行量化研究。研究结果表明,修正分数P-T模型能够准确拟合出不同老化程度高压XLPE海缆试样的介电曲线,提出的老化特征参数α、ε_(a)、ε_(b)和σ_(dc)可实现对高压XLPE海缆绝缘状态的量化评估。

基于相位敏感光时域反射的海底电缆外部扰动监测方法

海底电缆是连接陆地和海洋电网的重要纽带,锚击、渔网拖曳等外力破坏是其安全稳定运行的主要威胁。为监测海底电缆外部扰动,基于相位敏感光时域反射技术,设计外差相干型的扰动监测装置,采用正交解调和移动方差平均法识别和定位扰动信号,并进行试验验证与现场应用。结果表明:所提方法可有效提取传感光纤中的背向散射光幅值与相位信息;外部扰动造成的相位变化,会引起幅值波动与相位跳变;采用移动方差平均算法提取幅值波动区,可实现外部扰动定位;基于扰动点相位信息,可反演得到扰动时域波形。外差相干型探测技术可用于海底电缆外部扰动监测。

基于磁感应联合加热的高压海缆工厂接头制备技术

目前国内外电缆厂家制备工厂接头多采用经典模具单向加热技术(简称单向加热),虽然部分厂家已对磁感应联合加热技术(简称联合加热)进行应用,但对接头处的温度分布与绝缘性能研究甚少。该文对联合加热与单向加热进行电磁-热仿真计算,根据仿真策略进行试验,并取试样进行界面观测,且对电学性能、交联程度与力学拉伸性能进行对比测试。研究结果表明,通过仿真分析,联合加热中感应线圈向接头区域传递的热流密度远高于金属模具,将预热-交联阶段耗时由单向加热的10 h降低至3 h 20 min,显著提高了加热效率,并使加热区域达到合理温度范围;在联合加热中,与单向加热相比,本体绝缘与恢复绝缘之间的过渡区域宽度明显下降,熔合纹界面质地有所提升,过渡区域绝缘电树枝起始电压升高,在0.2 MPa条件下,过渡区域绝缘热延伸伸长率明显下降,且过渡区域绝缘的力学拉伸性能有所提升。联合加热中,过渡区域绝缘的界面质地、电学性能、交联程度与力学拉伸性能均有所提高的关键性因素是过渡区域绝缘界面的融合性相比于单向加热有所提升。

基于VMD和排列熵的海缆振动信号降噪方法

为了有效去除信号中的噪声,提出了基于变分模态分解(VMD)和排列熵(PE)的海缆振动信号降噪方法。该方法首先使用VMD将信号分解成从高频到低频的数个本征模态函数,然后计算各模态分量的PE值定量表征其随机性程度。接着,对含噪声信息较多的本征模函数(IMF)分量进行小波阈值降噪,并通过信号重构得到降噪后的海缆振动信号。为了验证该方法的有效性,搭建了基于布里渊光时域分析(BOTDA)的海底电缆(海缆)振动信号监测模拟实验系统,通过实验获得了冲刷、摩擦、锚砸3种工况下的海缆振动信号。实验结果表明:所提方法能有效去除海缆振动信号中的高频噪声,其冲刷、摩擦及锚砸3类信号的信噪比分别提升至30.2578 dB、29.6354 dB、38.7862 dB,且标准差较低。

全球海底光缆网络的脆弱性结构及区域抗毁性评价

海底光缆作为跨区域连通性基础设施对于社会经济乃至国防安全至关重要,并且时刻面临着自然或人为的破坏风险。然而,当前对海底光缆网络脆弱性的探索仍受限于局部网络与国家尺度。基于此,本文以信息港为节点构建全球海底光缆网络,结合复杂网络理论与仿真模拟手段设计了完备的评价方法,依次对其网络脆弱性进行分析、枢纽信息港进行划分、区域抗毁性进行测度。结果表明:①“海缆”网络在受到随机攻击时较为健壮,在遭受蓄意攻击时较为脆弱,尤其是针对具备中转、衔接功能的信息港进行攻击将极易造成网络崩溃;②枢纽信息港在“海缆”网络中呈极核结构,中介中心性前5名、前10名、前19名以及点度中心性前19名、前34名、前63名为枢纽信息港第一、第二、第三等级的划分标准,是网络连通受损、局部崩溃、完全崩溃3种状态的关键阈值,其中新加坡、开普敦、英格兰西海岸区、佛罗里达等信息港及其周围海域需要予以网络安全方面的重点关注;③区域抗毁性水平存在显著的区际差异,欧洲、北美等地区较高,东亚、南亚与中南亚等地区尚有很大的优化空间。研究成果可为海底光缆网络结构的优化提供参考和决策支持。

Swin-Transformer故障信息挖掘的海底观测网故障定位方法

海底观测网长期受海洋环境与人为因素影响,易使光电复合缆绝缘破损与海水接触形成电学故障点。如何准确地定位电学故障点,对提高海底观测网输电与信息传输的可靠性至关重要。首先根据海底观测网输电结构建立海底观测网输电模型,推导与模拟电学故障点传播至观测点的暂态电流,然后由连续小波变换提取暂态电流与故障点对应的内在关联特征量,最后通过Swin-Transformer神经网络挖掘内在关联特征量与故障距离的匹配关系来定位电学故障点。研究结果表明,在内在关联特征量样本测试集条件下,光电复合缆≤160 km的电学故障点定位误差小于400 m,可为长距离光电复合缆的海底观测网电学故障点定位提供参考。

基于自适应局部交替遗传算法的线缆绝缘厚度检测

针对传统线缆绝缘厚度测量方法存在效率低和准确度差的问题,提出一种基于自适应局部交替遗传算法(ALA-GA)的绝缘厚度检测方法;该方法利用ALA-GA算法在试件图像的内外边缘交替搜索从而获得最优绝缘厚度位置;该算法引入试件先验结构知识,根据试件截面边缘曲率特征自适应选取初始种群,从而保证初始种群基因的优质性和多样性;将交叉和变异操作置前,对于试件截面内外边缘局部交替地自适应改变交叉和变异的方式,从而提高遗传算法的求解速度;为了不丢失任一边缘的优质基因,对交叉、变异后得到的新种群和原种群共同执行后置选择操作;每获得一个最优检测位置,剔除该位置附近的其余解,如此迭代执行ALA-GA算法以获得精确的绝缘厚度检测结果;对比实验以及能力验证表明,基于ALA-GA方法的时间代价为0.6~0.7 s,最薄点测量误差为0.001 2~0.001 5 mm,平均测量误差为0.001 3~0.001 7 mm,测量重复性为0.001 8~0.002 1 mm,均优于现有先进方法,且对不规整线缆泛化能力良好。

高压直流海缆XLPE绝缘空间电荷与电场分布特性研究进展及展望

高压直流海缆是大容量、低损耗、远距离跨海输电的核心装备,是实现规模化海上风电并网、电网跨海互联的关键基础。当前快速增长的海上风电发展需求,要求直流海缆具有更高运行电压、更大容量、更大长度,因此对交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)电缆绝缘材料提出了更高要求。文中首先综述了国内外高压直流海缆的发展历程,对比分析了XLPE绝缘与绕包绝缘的优势与不足。针对直流海缆绝缘面临的大长度连续挤出过程中的焦烧问题和工厂模塑接头绝缘界面问题,论述了XLPE绝缘焦烧产物和工厂接头绝缘界面缺陷对空间电荷与电场分布的影响规律及机理,介绍了全尺寸直流海缆空间电荷与电场分布特性的有限元仿真和数值计算方法,分析了稳、暂态工况下直流海缆XLPE绝缘空间电荷与电场分布的演变规律,阐明了直流海缆绝缘层厚度对空间电荷与电场分布的影响机理。最后,对直流海缆XLPE绝缘未来的发展进行了展望,指明了高压海缆绝缘国产化亟需解决的关键问题。

±525 kV直流海底电缆绝缘厚度设计与校核

本文以±525 kV柔性直流输电工程中的直流海底电缆为研究对象,开展了直流耐压试验、冲击耐压试验、梯度耐压试验,分析了绝缘材料的击穿场强、老化寿命指数、Bahder系数等关键参数,设计并计算了不同耐压条件下±525 kV直流电缆的绝缘厚度。基于直流电缆的电场分布和温度分布,对绝缘设计厚度进行校核。结果表明:直流电缆中电场分布的畸变程度主要由绝缘层温差决定,绝缘层温差主要由电缆导体通过的电流大小决定。综合考虑研究结果以及电缆长期安全可靠性,建议±525 kV直流电缆绝缘厚度设计按28 mm选取。

数字集成化对深海敷设海光缆施工质量的提升研究

随着国内海光缆施工项目逐渐推向深海,传统的海底光缆施工方式的施工精度已经不能满足深海海底光缆施工的需要。将海缆施工设备数字化,将海缆施工系统集成化成为大势所趋。实践表明,经过数字集成化的施工系统能够胜任各类地形环境、各种水深的施工环境,有效提升海光缆施工质量。

ADSS光缆电腐蚀模拟实验与改进对策

全介质自乘式(ADSS)光缆使用特殊性质绝缘材料,并且逐渐成为主要光缆类型。在ADSS应用过程中会出现电腐蚀的情况,以对电腐蚀问题进行预防和解决,针对导致电腐蚀的因素进行分析,研究了ADSS光缆电腐蚀的问题,通过模拟正常到极端高电压环境进行现场运行试验,发现了与电晕放电和干带电弧放电不同的电腐蚀原因,并提出了相应的对策,通过试验验证了防范措施的有效性,可使ADSS光缆断缆故障频率得到降低。

基于海底光缆埋设的海底冲沟泵选型研究

海底光缆能够实现远距离信息传输,帮助全球各国之间的电信传输互通互联。但其铺设设备复杂、工作环境恶劣、维护困难。海底冲沟泵作为其中的重要一环,在选型与应用上有诸多需要考虑的因素。通过分析复杂的海洋环境,如海水盐度、温度、海风海浪及海生物影响等,提出海底冲沟泵的材质选择、结构设计、附加保护等选型建议。研究表明:过流部件材质根据不同海域的盐度推荐选用316、316 L、904 L、双相不锈钢、超级双相钢,其耐腐蚀性由弱到强依次为:304、316、316 L、2205、904 L、2507;水导轴承常用材质包括橡胶、陶瓷、高分子材料、赛龙及碳纤维,建议优先选用赛龙及碳纤维材质;结构设计时着重考虑滤网孔目数、抗沙能力、防海生物影响。在经济预算较高的情况下,还可以考虑增加阴极保护和表面涂层工艺,进一步提高泵组的耐腐蚀性、稳定性、耐久性。对海底冲沟泵的选型研究,可为其他相似领域的应用提供参考,促进海上平台用泵的发展。

构建海底信息网技术分析

本文介绍了国内外各种海底网络的最新研究和应用情况。在现有典型网络的基本结构和技术特点基础上,提出适时构建海底信息网以实现海底光缆网、海底警戒网和海底观测网的“三网合一”,并针对最新相关软硬件技术进行了系统分析。

海上设施光端机通讯故障处理及逻辑修改

文章从光端机的通讯原理出发,通过对光端机出现的问题进行分析,并对其传输的关断信号进行处理,较为系统地分析了油田间基于海底光缆的信号传输问题及处理方法,解决了困扰油田的误关断事件,提高了油田的生产时率。

5G基站用光电混合缆结构和工艺的改进

为解决光电混合缆生产时缆芯不圆整的问题,改进了蝶形光缆的结构和绞合工艺。结果表明,改进后光电混合缆成缆圆整紧凑,缆芯直径减小,相同护套厚度的情况下,电缆外径由原来的7.8 mm减小至7.5 mm,节约了护套材料用量。

琼州海峡海底光缆故障分析与对策建议

海底光缆,又称海底通讯光缆,因具备通信质量好、抗干扰能力强、建设成本低等优势,已成为当前通信的重要媒介,近年来琼州海峡海底光缆故障频发,不仅给国家造成巨大经济损失,也影响了国家安全利益。通过总结近年来琼州海峡区域内海底光缆出现故障的类型,分析了导致故障发生的具体原因,阐述了在当前形势下琼州海峡海底光缆在建管领域方面应聚焦的关键环节以及需采取的应对措施。

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%。

电老化对XLPE海底电缆绝缘性能影响

交联聚乙烯(XLPE)海底电缆的绝缘性在电场作用下会逐渐老化,从而影响海上输电系统的稳定性。为深入理解XLPE海底电缆绝缘电老化特性,分别在电场强度E=30 kV/mm及E=28 kV/mm下进行1000 h的XLPE薄片电老化实验,统计在交流电场作用下XLPE的击穿时间并对老化前后样本进行电气和理化性能测试。结果表明,在电应力作用下,XLPE内部绝缘薄弱处会产生微孔等缺陷,随老化时间增加,材料内部缺陷数目逐渐增多,缺陷尺寸生长有所增大;此外,电老化前后XLPE击穿强度与内部晶体结构变化并不明显。不同XLPE样本击穿时间分散性较大而其击穿场强较为接近,与击穿强度测试实验相比,恒定电压幅值作用下的电压耐久性实验可更好地反映材料绝缘状态。