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海底高压光电复合缆故障仿真方法研究

张旭  
【摘要】:随着21世纪海洋时代的到来,光电复合海底电缆因具有信息与电能传输等诸多优点,在科学研究与工程应用领域的重要性日益突出。目前的研究集中在使用实验方法分析光纤信息与海缆状态之间的关系,鲜见通过仿真技术对不同情况下海缆中复合光纤信息的研究。本课题以我国某省电力公司重大科技项目为依托开展研究,提出了通过模拟仿真技术获取复合光纤信息,进而对海底光电复合缆状态做出判断的方法,为光电复合海底电缆的状态监测提供了理论基础,填补了此方面研究的不足。 本文以有限元方法为基本理论,以110kV XLPE光电复合海缆为研究对象,分析了在不同情况下光电复合海缆的动力学与热力学过程,获得问题的有限元方程,然后使用模拟仿真方法进行研究。 本文研究分析了光电复合海缆的结构特点,根据工程实际建立光电复合海缆的几何模型,提出了结合有限元分析软件ANSYS的APDL语言建立精确铠装钢丝的方法,再现光电复合海缆各部分构造;在几何模型的基础上,结合光电复合海缆工作环境,进行单元选择、材料模型选择与有限元网格划分控制等工作,并进行合理简化,建立了光电复合海缆锚害和热传递问题的有限元模型;分析并研究有限元计算的结果,得到复合光纤上的应变和温度信息;建立光电复合海缆缆芯温度与光纤温度的函数关系,并获取了光电复合海缆铠装层应力与光纤应变的联系,使光电复合海缆状态监测和损伤判断的实用化变为可能。 本文还对可能影响计算结果的船锚速度、环境温度、对流换热系数等因素进行了对比分析与计算,得到不同因素对光纤信息与光电复合海缆状态判断的影响,为通过光纤信息判断光电复合海缆状态提供理论依据。 本文的仿真分析方法被运用到光电复合海缆实时运营监控系统的阈值确定中,为光电复合海缆状态判断与监测提供了理论指导。


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