5海底電纜數字化智能狀態監測關鍵技術（水?。?呂安強202311.pdf

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1、海底電纜數字化智能狀態監測關鍵技術海底電纜數字化智能狀態監測關鍵技術呂安強呂安強20232023年年1111月月華北電力大學 呂安強匯報內容分布式光纖傳感技術1 1海底電纜狀態監測2 2深入研究與推廣3 3華北電力大學 呂安強匯報內容分布式光纖傳感技術1 1海底電纜狀態監測2 2深入研究與推廣3 3華北電力大學 呂安強1.分布式光纖傳感技術 光纖作為通信介質已經應用到各行各業及日常生活中。光纖具有體積小、距離長、成本低、不受電磁干擾等突出優點。目前熟知的應用：光纖通信。5km裸纖裸纖UV塑料護套光纖跳線塑料護套光纖跳線各類光纜各類光纜華北電力大學 呂安強光纖靠光纖靠什么什么傳感？傳感？溫度、應

2、變、振動、定位溫度、應變、振動、定位1.分布式光纖傳感技術瑞利布里淵拉曼華北電力大學 呂安強光光時域時域反射計（反射計（OTDR）測量光纖衰減測量光纖衰減布里淵光布里淵光時域時域反射計（反射計（BOTDR/A）測量光纖溫度和應變測量光纖溫度和應變DTS（拉曼光時域反射計拉曼光時域反射計ROTDR）測量光纖溫度測量光纖溫度DAS（相位光時域反射計相位光時域反射計-OTDR）測量光纖振動測量光纖振動 測量距離可達幾十公里 可實現定位 抗電磁干擾 適合分布式監測1.分布式光纖傳感技術華北電力大學 呂安強匯報內容分布式光纖傳感技術1 1海底電纜狀態監測2 2深入研究與推廣3 3華北電力大學 呂安強海底

3、電纜實時運行綜合監測系統海底電纜實時運行綜合監測系統華北電力大學 呂安強 應用領域重要：海底電纜主要應用于島嶼和海上石油平臺供電、海上風電場輸電等重要場合，其安全穩定關乎社會生產和生活。承擔任務重要：光纖復合海底電纜承擔電力傳輸和光纖通信雙重任務，對安全性要求更高。背景背景意義意義華北電力大學 呂安強 銅導體 導體屏蔽 XLPE絕緣 絕緣屏蔽 鉛合金護套 HDPE護套光單元黃銅帶繩被層鋼絲鎧裝層外被層光纖鋼管聚乙烯護套半導電阻水帶PET填充條背景意義背景意義導體光纖導體光纖華北電力大學 呂安強 故障頻發：海底電纜結構復雜、體積和重量大、價格高，在運輸、敷設、運行中受盤繞、拉伸、錨砸、鉤掛、洋流

4、沖刷、負荷電流變化等各種因素影響，錨害、磨損、絕緣劣化、短路等故障時有發生。歸納為兩大類故障：機械故障、電氣故障錨害故障接地短路故障背景背景意義意義海洋生物破壞華北電力大學 呂安強種類種類方法方法優點優點缺點缺點局部放局部放電在線電在線監測監測電容耦合電容耦合結構簡單、安裝簡單結構簡單、安裝簡單靈敏度高靈敏度高由于外界強由于外界強電磁干擾源多電磁干擾源多、信號微弱、信號、信號微弱、信號原始波形畸變嚴重、局部放電脈沖信號原始波形畸變嚴重、局部放電脈沖信號識別識別困難困難等原因，實際應用效果不佳。等原因，實際應用效果不佳。電感耦合電感耦合直接耦合直接耦合超聲波超聲波光探測光探測法法紅外熱成像紅外熱

5、成像測量靈敏度高測量靈敏度高結果直觀、可靠性好結果直觀、可靠性好只能應用于可視的有限范圍只能應用于可視的有限范圍之內，不適合之內，不適合地地下電纜、下電纜、海底電纜狀態監測海底電纜狀態監測紫外成像法紫外成像法-接地電流接地電流法法能對整條電纜的能對整條電纜的絕緣性能絕緣性能進行進行定性分析定性分析不能不能進行故障進行故障定位定位-tan能反映電纜線路能反映電纜線路絕緣整體絕緣整體性能的性能的優劣優劣無法刻畫無法刻畫線路線路局部局部因老化、受潮等因素引發因老化、受潮等因素引發的絕緣劣化的絕緣劣化以上方法都不能獲得海底電纜的機械狀態。研究研究現狀現狀華北電力大學 呂安強13海底電纜實時運行綜合監測

6、系統海底電纜實時運行綜合監測系統華北電力大學 呂安強海底電纜常規機械模型建模（國際大電網會議CIGRE建議）直線拉伸彎曲扭轉基于傳感數據的纜體多參量獲取基于傳感數據的纜體多參量獲取華北電力大學 呂安強海底電纜機械故障模型建模錨砸鉤掛基于傳感數據的纜體多參量獲取基于傳感數據的纜體多參量獲取華北電力大學 呂安強基于傳感數據的纜體多參量獲取基于傳感數據的纜體多參量獲取光纖應變空間分布錨害處光纖應變的時間曲線錨害處海底電纜的截面變形華北電力大學 呂安強海底電纜常規熱力學模型建模穩態周期負荷應急負荷11T2T1W11W3T絕緣層熱阻鎧裝層熱阻2W半導電阻水帶熱阻5T4T2瀝青防腐層熱阻HDPE塑料護層熱

7、阻PET層熱阻16T34567T3W8T910T8瀝青PP繩被層熱阻9T鉛合金護套熱阻0PET層熱阻2黃銅帶熱阻710基于傳感數據的纜體多參量獲取基于傳感數據的纜體多參量獲取華北電力大學 呂安強基于傳感數據的纜體多參量獲取基于傳感數據的纜體多參量獲取應急負荷下的溫度變化應急負荷下的溫度變化（短時）真實負荷下絕緣層內外表面的溫度變化華北電力大學 呂安強海底電纜電氣故障模型建模接地短路漏電基于傳感數據的纜體多參量獲取基于傳感數據的纜體多參量獲取華北電力大學 呂安強基于傳感數據的纜體多參量獲取基于傳感數據的纜體多參量獲取接地短路故障的光纖溫度分布曲線漏電故障的光纖溫度分布曲線接地短路故障的光纖溫度特

8、征曲線漏電故障的光纖溫度特征曲線華北電力大學 呂安強機械常規試驗上海上纜藤倉電纜廠基于傳感數據的纜體多參量獲取基于傳感數據的纜體多參量獲取華北電力大學 呂安強舟山海洋輸電研究院基于傳感數據的纜體多參量獲取基于傳感數據的纜體多參量獲取拉斷試驗華北電力大學 呂安強上海電纜研究所電氣常規試驗基于傳感數據的纜體多參量獲取基于傳感數據的纜體多參量獲取華北電力大學 呂安強機械故障試驗舟山海洋輸電研究院-試驗場基于傳感數據的纜體多參量獲取基于傳感數據的纜體多參量獲取華北電力大學 呂安強舟山海洋輸電研究院基于傳感數據的纜體多參量獲取基于傳感數據的纜體多參量獲取現場35kV線路華北電力大學 呂安強電氣故障試驗舟

9、山海洋輸電研究院基于傳感數據的纜體多參量獲取基于傳感數據的纜體多參量獲取華北電力大學 呂安強第一次擊穿第二次擊穿基于傳感數據的纜體多參量獲取基于傳感數據的纜體多參量獲取華北電力大學 呂安強=+=+=+=+=027.0,4 ,316.6181.00011.0016.0,43,783.107.000081.0019.0,32 ,790.0011.0016.0,21 ,637.477.1223.0012.000025.0045.0,10 ,052.0071.0)(2223RMSETtttRMSETtTttRMSETtTtRMSETtTttttRMSETttts4T1 T2 T3 T4故障過程受力分析

10、故障分級評估應變監測-錨害故障海底電纜故障預警、報警、診斷、評估海底電纜故障預警、報警、診斷、評估華北電力大學 呂安強溫度監測-電氣故障發熱海底電纜故障預警、報警、診斷、評估海底電纜故障預警、報警、診斷、評估 短路漏電時空分布特征分析 電氣故障診斷和評估華北電力大學 呂安強30振動監測 對各種故障很敏感海底電纜故障預警、報警、診斷、評估海底電纜故障預警、報警、診斷、評估華北電力大學 呂安強31海底電纜實時運行綜合監測系統海底電纜實時運行綜合監測系統華北電力大學 呂安強平潭電力聯網第二通道光電復合海底電纜110千伏光電復合海底電纜，作為福建電網與平潭聯網的第二通道以及電力千伏光電復合海底電纜，作

11、為福建電網與平潭聯網的第二通道以及電力通信專用網互聯的唯一通道，橫穿平潭島與大陸之間的海壇海峽，水深流急通信專用網互聯的唯一通道，橫穿平潭島與大陸之間的海壇海峽，水深流急，海況復雜。海域內的養殖、漁網、船錨等對光電復合海纜運行的影響嚴重。海況復雜。海域內的養殖、漁網、船錨等對光電復合海纜運行的影響嚴重。海底電纜實時運行綜合監測系統海底電纜實時運行綜合監測系統華北電力大學 呂安強光纖復合海纜監測系統組織示意圖福建福建110kV110kV光纖光纖復合復合海纜實時運行綜合監測海纜實時運行綜合監測海底電纜實時運行綜合監測系統海底電纜實時運行綜合監測系統華北電力大學 呂安強海底電纜實時運行綜合監測系統海

12、底電纜實時運行綜合監測系統華北電力大學 呂安強應變/溫度/振動監測效果海底電纜實時運行綜合監測系統海底電纜實時運行綜合監測系統華北電力大學 呂安強船舶自動識別系統監測效果海底電纜實時運行綜合監測系統海底電纜實時運行綜合監測系統華北電力大學 呂安強全天候長距離視頻監控效果海底電纜實時運行綜合監測系統海底電纜實時運行綜合監測系統華北電力大學 呂安強故障報警與定位海底電纜實時運行綜合監測系統海底電纜實時運行綜合監測系統華北電力大學 呂安強海底電纜實時運行綜合監測系統海底電纜實時運行綜合監測系統華北電力大學 呂安強發表核心及以上期刊論文90篇其中SCI/EI收錄論文51篇獲國家發明專利授權獲國家發明專

13、利授權21項項實用新型專利授權實用新型專利授權5項項軟件著作權軟件著作權10項項海底電纜實時運行綜合監測系統海底電纜實時運行綜合監測系統華北電力大學 呂安強海底電纜實時運行綜合監測系統海底電纜實時運行綜合監測系統華北電力大學 呂安強匯報內容分布式光纖傳感技術1 1海底電纜狀態監測2 2深入研究與推廣3 3華北電力大學 呂安強問題：問題：？導體測溫不準確、不及時導體測溫不準確、不及時？應變測量不靈敏應變測量不靈敏？擾動測量誤報漏報率高擾動測量誤報漏報率高？路由、埋深、局放測量難度路由、埋深、局放測量難度大大？故障診斷模式識別算法效果故障診斷模式識別算法效果深入研究深入研究辦法：辦法：！智能海底電纜智能海底電纜！海量數據收集與處理海量數據收集與處理！人工智能算法人工智能算法！用戶用戶+高校高校+企業企業華北電力大學 呂安強44智能海底電纜智能海底電纜“神經線”“神經線”智能海底電纜智能海底電纜華北電力大學 呂安強風機葉片狀態監測風機塔筒狀態監測海上風電場數字孿生綜合監測系統海上升壓站振動、應變分布式測量推廣應用推廣應用華北電力大學 呂安強呂安強華北電力大學138-3225-9420（微信同號）Email：華北電力大學 呂安強