[发明专利]复合海缆温升应变监测告警及故障分析方法

权利要求书

1.复合海缆温升应变监测告警及故障分析方法，其特征在于，所述方法利用海缆中富裕的单模光纤对复合海缆进行实时温度应力传感，并结合电源谐波测试参数对复合海缆的安全状态给出评价，实现对复合海缆的实时监控。

2.根据权利要求1所述的复合海缆温升应变监测告警及故障分析方法，其特征在于，所述方法的具体步骤如下：

(1)根据复合海缆物理结构尺寸，建立物理结构模型；

(2)根据复合海缆各组成物质的性质参数建立海缆温度场模型和应变场模型；

(3)根据物理结构模型、温度场模型，生成复合海缆光纤温度与电缆温度对应数据库，即海缆温度查询数据库；

(4)根据应变场模型与光纤布里渊散射测试仪特性建立应变-布里渊散射对应数据库，即海缆应变查询数据库；

(5)利用光纤布里渊散射测试仪在不同工作环境下的基础布里渊散射数据，建立定标数据库，即海缆定标基础数据库；

(6)利用光纤布里渊散射测试仪、电源谐波测试设备实时监测复合海缆工作时的布里渊频率偏移、电源谐波两种参数；

(7)将光纤布里渊散射测试仪获取的布里渊频率偏移与海缆温度查询数据库、海缆应变查询数据库、海缆定标基础数据库比对，得出复合海缆中电缆所在位置温度、应变，并假定获取到的布里渊频率偏移对应的物理过程为温度升高过程；

(8)根据温度升高区域的分布特点，区分引起频率偏移的起因是外力应变还是复合海缆温度升高：若温度升高区域中以某处为中心点，呈诸如对称分布之规律，中间点频率偏移量大，远离该点频偏偏移小，且长度超过米级，则确定是外力应变引起频率偏移；若温度升高区域为全线升高或局部升高，局部升高时没有明显的对称分布，则确定是复合海缆温度升高引起频率偏移；

(9)若为复合海缆温度升高引起的频率偏移时，将得到的电缆温度数据与定标数据库比对，获取复合海缆分布式温度变化情况，对海缆安全状态进行判断；

(10)若为外力应变引起的频率偏移时，进行警报并预防进一步恶化损坏复合海缆；

(11)当海缆出现损坏时，利用光纤布里渊散射测试仪测出的位置信息结合海缆交织的编排结构，得出故障点的实际位置。

3.根据权利要求2所述的复合海缆温升应变监测告警及故障分析方法，其特征在于，所述海缆温度场模型通过如下方法建立：

(1)进入有限元分析程序，定义分析文件名；

(2)定义单元类型：确认温度场模型基本单元；

(3)定义材料热性能参数：各组成材料的热导率；

(4)建立几何模型；

(5)设置材料属性；

(6)划分网格；

(7)施加热生成载荷；

(8)施加海缆表面对流换热载荷；

(9)设置求解选项；

(10)求解后处理得到复合海缆热温度分布；

(11)获取光纤布里渊散射测试仪得到的频率偏移数据；

(12)依据光纤反向散射频率偏移与温度、应变关系式确定得出温度值Δf：

Δf＝C₁*ΔT+C₂*ε，ΔT为温度升高量，ε为应变量，C₁、C₂为系数；

(13)温度场建模仿真后进行场地实验时ε为零，据此，可唯一确定温度与频率偏移对应关系；

(14)对比测试数据和有限元分析得到的数据，采用均方误差最小准则修正步骤(8)中材料表面对流系数；

(15)重复步骤(8)-(13)，直至分析数据与测试数据差值满足阈值条件，建模结束。

4.根据权利要求2所述的复合海缆温升应变监测告警及故障分析方法，其特征在于，所述步骤(6)在实时监测复合海缆工作时的布里渊频率偏移、电源谐波参数时，将复合海缆中单模通信光纤对一端短接，另外一端连接至光纤布里渊散射测试仪激光输出口，构成闭合回路；同时将电源谐波测试设备与复合海缆的动力电缆连接。