[发明专利]基于光电复合海缆温度场的海缆绝缘故障监测方法

权利要求书

1.一种基于光电复合海缆温度场的海缆绝缘故障监测方法，所述海缆包括结构相同的东相海缆(25)、西相海缆(23)和中相海缆(26)；所述东相、西相和中相海缆结构主要包括导体(1)、绝缘系统、金属屏蔽层(6)、阻水护套、黄铜带(10)、PET填充层(9)、铠装层(12)和内外护套，各相海缆的PET填充层(9)内配置两根对称绞合缠绕于导体(1)的光单元(8)，各根光单元(8)复合1芯以上光纤：基于光纤布里渊散射特性的分布式传感BOTDR系统包括通道1-6、测试设备、数据采集单元DAU、数据处理单元DPU；通道1和通道2用于监控东相海缆(25)；通道3和通道4用于监控西相海缆(23)；通道5和通道6用于监控中相海缆(26)；对于每相海缆，均配置测试设备通过普缆连接将激光脉冲入射进海缆复合单模光纤中，激光在光纤中传输产生的布里渊散射光反向传输到达发射端，在发射端利用数据采集单元DAU和数据处理单元DPU检测布里渊散射光信号的频移和强度，得到光纤的应变/温度信息；其特征在于：所述监测方法包括以下具体步骤：

步骤1：根据海缆的载流量计算其铠装层(12)和金属屏蔽层(6)的热生成率参数；

步骤2：基于热电耦合模块建立海缆温度场模型；

步骤3：计算海缆运行时的温度场；

步骤4：计算海缆介质损耗因数tanδ：

tanδ＝(ΔT₂+4.02×10^-5I-9.10×10^-2)/(89.94+4.26×10^-2I) (1)

其中，I为海缆载流量；ΔT₂为环境温度和载流量不变时仅由介质损耗因数tanδ变化导致的光纤相对温升；

步骤5：依据表1，评估海缆的绝缘状态。

表1

2.根据权利要求1所述的基于光电复合海缆温度场的海缆绝缘故障监测方法，其特征在于：

所述步骤1中包括以下具体步骤：

步骤1-1：给定海缆的导体(1)、金属屏蔽层(6)、铠装层(12)的初始温度，环境温度、导体(1)初始电流、导体(1)的工作载流量；

步骤1-2：计算海缆的绝缘系统、金属屏蔽层(6)、阻水护套、黄铜带(10)、PET填充层(9)、铠装层(12)和内外护套结构以及土壤的热阻参数；

步骤1-3：计算海缆的导体(1)、金属屏蔽层(6)、铠装层(12)在初始温度下的电阻；

步骤1-4：根据海缆的导体(1)、金属屏蔽层(6)、铠装层(12)在初始温度下的电阻，计算导体(1)初始电流下导体(1)、金属屏蔽层(6)、铠装层(12)的热生成率参数；

步骤1-5：根据等效热路计算导体(1)、金属屏蔽层(6)、铠装层(12)的当前温度；

步骤1-6：根据导体(1)的当前温度与导体(1)的初始温度的差值修正导体(1)温度，将修正后的导体(1)温度以及金属屏蔽层(6)、铠装层(12)的当前温度设定为下一次循环的导体(1)、金属屏蔽层(6)、铠装层(12)的初始温度；

步骤1-7：根据导体(1)的初始电流与海缆的工作载流量的差值修正导体(1)电流，将其设定为下一次循环的导体(1)的初始电流；

步骤1-8：判断导体(1)的初始电流与海缆的工作载流量的差值是否小于预设阈值；如果是，转向步骤1-9，否则转向步骤1-2；

步骤1-9：计算当前绝缘系统的介质损耗热生成率参数，将绝缘系统、金属屏蔽层(6)、铠装层(12)的热生成率作为系统热生成率参数输出。

3.根据权利要求1所述的基于光电复合海缆温度场的海缆绝缘故障监测方法，其特征在于：

所述步骤2中，建立海缆温度场模型包括：设定待分析土壤边界的边界条件类型和传热参数为：深层土壤设定为第一类边界条件，设置为土壤平均温度；土壤左右边界设定为第二类边界条件，设置法向热流密度为0；土壤上表面设定为第三类边界条件，设置边界的对流换热系数和流体温度，流体温度设置为海水平均温度；

包裹海缆的土壤为长方体，长方体厚度设置为1米；长方体的长度和宽度依据表2和实际敷设海缆的埋深d₂确定：包裹海缆的土壤下、左、右边界与海缆轴心的初始距离相等，土壤下边界和左右边界与海缆轴心的计算距离相等；

表2中d表示包裹海缆的土壤下、左、右边界与海缆轴心的初始距离，d₁表示土壤下边界和左右边界与海缆轴心的计算距离，根据实际的海缆的载流量I，由表2通过插值的方法可获得对应的包裹海缆的土壤下边界和左右边界与海缆轴心的距离d₁的大小，长方体的长和宽分别设置为2d₁和d₁+d₂。

表2