海缆电气和机械故障对光纤温度/应变影响的建模分析和特征提取

发布时间：2025-05-20 06:54

　　海底电力电缆的应用已逾百年,近年来集合了电能传输、信息通信与传感等一体化功能的光电复合海缆相继出现,其重要性进一步提升。光电复合海缆结构复杂、运行环境恶劣,与传统电缆相比,其故障率更高、故障类型更多。随着分布式光纤传感技术的发展,通过对海缆中复合光纤的温度/应变信息进行监测进而判断海缆的运行状态已成为研究热点,越来越多的监测系统投入运行,采集了大量布里渊频移数据。到目前为止,基于分布式光纤传感的海缆在线监测系统已基本可对复合光纤的温度/应变信息进行有效监测,但由于海缆在不同的运行条件以及故障情况下相关的诊断特征量较为缺乏,难以形成系统且针对性的海缆故障诊断标准。本文基于数值模拟的方法,通过有限元建模计算光电复合海缆在正常运行和不同电气、机械故障状态下的热力学和结构动力学数据,提取典型故障类型和故障发展程度下的光纤特征信息,建立海缆运行状态与复合光纤的温度/应变信息的联系,得到了较为全面的反映海缆运行和故障状态的定量数据,作为基于光纤分布式传感的海缆状态诊断判据的依据。通过建立海缆热力学有限元模型,分析了海缆正常状态下载流量、环境温度、敷埋深度、土壤导热系数和对流换热系数对光纤温度的影响。...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2-1110kVYJQ41×300mm2型海缆结构

2.1海缆结构本文所研究的110kVYJQ41×300mm2海底电缆属于光电复合型电缆，其在输送电能的同时还可以实现数据传输、分布式光纤传感等功能，其剖面示意图如图2-1(a)所示，主要由缆芯、绝缘系统、阻水护套、缓冲层、铠装层和外护套组成[21]。缆芯为圆铜线绞合结构....

图2-2基于BOTDR的海缆状态监测子系统

(a)海缆敷设示意图图2-2基于BOTDR的海为了保障该海缆的安全稳定运行，课题组光电复合海缆的立体综合监测系统，主要由基系统、船舶自动识别系统(AIS，AutomaticIde洋磁力仪等部分构成，如图2-3所示。其中基系统采用分布式光纤测量仪实时监测海缆的应警....

图2-4热力学三类边界条件

表达式如下：w1＞0,tfr,导热物体边界上的温度分布，f是边界上关于位置和时间的函于稳态导热过程，tw=const，称为恒温边界条件。边界条件称为纽曼(Neumann)条件，其给出了边界表面上各式如下：w20,,tfrn＞....

图2-5弹塑性材料的受力应力-应变的变化过程

E为材料应力，ε为材料应变，E为弹性模量。体的塑性变形特点如下：塑性应变不可恢复，其产生是能量的耗散过形阶段，材料的应变/应力关系是非线性的，所以不能使用叠加原理，卸载的规律不同，应力和应变之间不再一一对应，确定应力与相应的加载路径(加载历史)；载荷作用下，变形体有的部分....

本文编号：4047023