[发明专利]复合海缆温升应变监测告警及故障分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合海缆的监测技术，具体涉及复合海缆实时、分布式安全监测告警，根据监测的电网质量参数、通信光纤受激布里渊反射频率偏移量及定标数据对海底复合电缆的安全状态做出判断；并对发生故障的复合海缆进行故障分析，判明引起故障的主要原因。

背景技术

现有海底复合电缆采用敷埋的方式应对船锚、渔具拖网等外力可能造成的破坏，在海底电缆发生故障后利用光纤布里渊散射测验仪对复合海缆中的通信光纤测试，确定发生故障的部位后进行维修。

目前在役复合海缆只有电源质量监测，对于因为海缆绝缘层老化、电源谐波过高、中间接头不良或者电源电压波动、负载过重等内部因素引起的热击穿故障缺乏检测，对发生热击穿的海缆无法查明故障起因；并且对外力引起的海缆应变初期缺乏监测告警，因此，需要建立复合海缆监测系统，对海缆工作状态特别是早期故障实时监测，并能根据保存的数据对发生故障的海缆查明故障原因。

发明内容

本发明针对现有技术中对海缆发生异常温升、应力形变缺乏监测措施，其安全状态无法预测，无法定位发生故障位置等问题，而提供一种复合海缆温升应变监测告警及故障分析方法。本方法可以实现海缆工作状态巡检，对复合海缆的温度和应力形变实时监控，根据监测数据对海缆的安全状态给判断；另外，当海缆发生故障时，可以利用本方法确定故障位置。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

复合海缆温升应变监测告警及故障分析方法，所述方法利用多余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。

在本发明的实例中，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，呈对称分布，中间点频率偏移量大，远离该点频偏偏移小，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。

进一步的，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；