[发明专利]超负荷运行的光纤复合海底电缆温度特性分析方法

摘要

超负荷运行的光纤复合海底电缆温度特性分析方法，涉及光纤复合海底电缆分析方法。目前针对三芯光纤复合海底电缆超负荷的研究缺乏直观有效的方法；本发明包括以下步骤海缆的有限元建模，有限元仿真稳态仿真分析；超负荷仿真分析。本技术方案建立了三芯光纤复合海底电缆的三维模型，利用有限元方法仿真海缆陆地段以及海底段在过负荷时的温度变化情况，代替实体试验，达到直观、低成本、高效率的目的。

主权项

超负荷运行的光纤复合海底电缆温度特性分析方法，海缆包括导电线芯、光纤单元、铠装、外被层及设于铠装和导电线芯、光纤单元之间的填充物，所述的导电线芯由内至外依次为阻水铜导体、导体屏蔽层、XLPE绝缘层、绝缘屏蔽层、半导电阻水层、铅合金护套、防腐层和PE护套；光纤复合海底电缆温度特性分析方法特征在于包括以下步骤：一）海缆的有限元建模：1）几何模型建立，在建模时，将导体屏蔽层、XLPE绝缘层和绝缘屏蔽层合并形成绝缘层，防腐层和PE护套合并形成内护套；在建立海缆模型时,用圆柱体代替海缆绞合结构；海缆深埋于海床土壤之中，设定海缆周围海床的土壤层与海缆长度相同，海缆位于土壤层的中心，土壤层截面边长设为海缆实际敷设深度的2倍；2）单元类型和材料参数的设置，SOLID69单元用于铜导体和铅合金护套中温度场与电场的直接耦合运算，描述电流产生焦耳热的过程； SOLID90热实体单元对非铜导体层进行仿真分析，SOLID90热实体单元拥有多个节点，每个节点只包含温度自由度；输入铜导体、绝缘层、半导电阻水层、铅护套、内护套、填充层、铠装垫层、铠装层、外被层、土壤、光单元的材料参数；3 ）有限元网格划分，对填充物实现智能网格划分，其他体则采用扫略网格划分方式完成，并对海缆适当进行网格加密，提高计算精度；4）边界约束及载荷施加，模型下边界的深层土壤层温度设为恒定；海缆过负荷运行时轴向温度基本一致，设模型左右边界不存在法向热流；产生的感应电压和感应电流均为0；限制载流体电压自由度，并对该截面的某一节点施加电流载荷；二）有限元仿真：1） 稳态仿真分析；A）获得铜导体最高允许工作温度、土壤温度、土壤热阻系数、敷设深度、额定载流量；额定载流量为海缆在陆地段的额定载流量或根据陆地段的额定载流量修正的海底段的额定载流量；B)对陆地段海缆模型和海底段海缆模型施加对应额定载流量, 通过稳态计算得到海缆铜导体最终温度；C)判断海缆铜导体最终温度与铜导体最高允许工作温度的差值是否在设定范围内；若在可接受的范围内，则证明所建模型正确；2）超负荷仿真分析；A) 陆地段海缆超负荷运行仿真；a)获取典型日的周期负荷曲线最大值；b)根据周期负荷曲线最大值，对陆地段海缆模型和海底段海缆模型施加对应的负荷，在24小时后，进行超负荷仿真；c) 记录不同超负荷情况下海缆铜导体温度达到最高允许工作温度时的时间；B) 海底段海缆超负荷运行仿真；a) 将陆地段海缆的载荷同样施加于海底段的海缆模型；根据周期负荷曲线，对海底段海缆模型施加对应的负荷；在24小时后，进行超负荷仿真；b) 记录不同超负荷情况下海缆铜导体温度达到最高允许工作温度的时间；C)仿真结果分析；分析陆地段、海底段的海缆超负荷运行仿真结果；比对在同样超负荷情况下的陆地段、海底段的海缆应急时间差，及应急时间差随超负荷变化的情况，应急时间为铜导体温度上升至最高允许工作温度所需的时间。