1 国网浙江省电力公司舟山供电公司，浙江 舟山 316021
2 浙江舟山海洋输电研究院有限公司，浙江 舟山 316021
3 华北电力大学 电子与通信工程系，河北 保定 071003
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 超负荷 应急时间 three-core optical fiber composite submarine cable overload emergency time
华北电力大学 电子与通信工程系，河北 保定 071003
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0.1 m、周期为1 s、海流速为2 m/s的条件下，光单元振动频率约为50 Hz，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。
光纤复合海底电缆 波浪力 振动频率 动力学分析 有限元 fiber-optic composite submarine cable wave force vibration frequency dynamic analysis finite element
华北电力大学 电子与通信工程系, 河北 保定 071003
为获取海缆敷设过程中拉力作用下各层的机械特性, 利用有限元方法建立了海缆拉伸模型。合并了机械特性相近的绝缘内外层屏蔽和阻水带, 忽略了厚度和强度小的外被层, 得到单芯光纤复合海底电缆的几何模型; 利用等结构钢体保证了拉伸时海缆层间的位移同步; 模拟实际敷设工程, 对海缆施加分段力载荷; 最后求解得到了海缆各层的应力、应变和塑性应变等力学数据。结果表明, 海缆敷设过程中各层结构的应力和应变值随受力的增加而增大, 铜导体先达到屈服状态; 求解数据为海缆敷设工作提供了参考。
光纤复合海底电缆 敷设 拉伸 应力/应变 有限元 optical fiber composite submarine cable laying stretch stress/strain finite element
华北电力大学 电子与通信工程系, 河北 保定 071003
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。
三芯光纤复合海底电缆 接地故障 光纤传感 有限元建模 three-core optical fiber composite submarine cable the ground fault optical fiber sensing technology finite element modeling
华北电力大学 电子与通信工程系, 河北 保定071003
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。
光纤复合海底电缆 故障诊断 小波包 反向传播神经网络 optical fiber composite submarine cable fault diagnosis wavelet packet BP neural network
华北电力大学 电子与通信工程系, 河北 保定071003
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。
光纤复合海底电缆 数学建模 绞合结构 有限元仿真 optical fiber composite submarine cable mathematical modeling twisted structure finite element simulation.
1 华北电力大学 电子与通信工程系, 河北 保定071003
2 上海电缆研究所, 上海200093
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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 故障检测与诊断 布里渊光时域反射计 小波分析 optical fiber composite submarine cable fault detection and diagnosis Billouin optical time domain reflectometer wavelet analysis
