海底电力电缆分布式光纤测温

发表时间: 2020-07-21 13:40:53

作者: 福州英诺

来源: 海底电力电缆分布式光纤测温




针对海底电力电缆出现的故障,提出了采用基于布里渊散射分布式光纤传感器(DOFS)检测电力电缆内部温度及所受外力的方法。在对该技术原理分析的基础上,提出了一种光相干外差检测式传感实验系统,通过检测布里渊散射光的频移特性和光强,从而实现了光纤的分布式温度和应变传感,系统简单,测量精度高。通过理论分析和实验证明了该技术能够有效地在线检测电力电缆所受外力和内部温度变化,为海底动力电缆的运行状态实时监测提供一种新技术方法。


随着海上油田开发规模的不断扩展,海底电力电缆应用也在日益增加,35kV电力电缆长度约51km,6KV海底电缆合计长度约200km。由于海域的海况及地质环境复杂,海床塌陷、局部滑坡、海浪和海流以及船只抛锚对海底电缆的造成的损伤和断裂的事故时有发生,影响了海上安全生产,尤其近年来曾经出现的多次高压35kV的动力电缆断裂事故,带来了较大的经济损失。因此,对海底高压电缆的运行状况进行在线监测和故障预警具有十分重要的意义。近年来分布式光纤传感技术研究与应用不断发展,使得对海底高压电缆的在线监测、诊断、预测成为可能。光纤传感器具有精高度、轻巧且能承受海床极端条件等优点,集传感与传输于一体,实现远距离测量与监控,一次测定就可获取整个光纤分布区域的空间参数分布图,能够测得长达几十公里的信息,因此整体成本大大降低。本课题开展基于分布式传感海底电缆在线监测与预警新

技术研究。通过基于光纤布里渊散射的分布传感技术的理论与实验研究,使该技术在海底电力电缆实时的温度、应力监测应用得以实现。


光在光纤中传输,主要有三种散射光:瑞利、布里渊和拉曼,其中瑞利散射是一种没有传播密度波动的散射光,属于弹性散射,所以中心频率如入射光一致,没有频移;而布里渊和拉曼分别是基于光学声子和光学光子的散射光,均是非弹性散射,具有频移,频率下移的成分是斯托克斯光,频率上移的成分是反斯托克斯光


通过利用有限元分析方法对加入光纤传感的电缆进行了电缆的温度场和应力场分析,结合试验,表明传感光纤布置在电力电缆的相线问能够较好地兼顾对电缆外力与温度的检测。通过室内模拟电缆外表面受压、拉伸及加热引起三组传感光纤的试验,表明光纤传感布置对电缆外部受力和温度变化具有较好的感应性能,自差式布里渊OTDR系统测试的数据与理论分析有较好的一致性,同一温度不同应变的光纤传感空间分布测试曲线,同一应变不同温度的光纤传感测试的曲线。实验证明基于光纤布里渊散射的分布式传感的海底电缆在线监测技术是可行有效的。

理论与实验证明基于光纤光时域反射的布里渊时域反射计法(BOTDR)技术用于海底电缆在线监测是非常可行和有效的,具有连续、无间断、大动态、长距离全空间测量的特点。外差式布里渊oTDR系统不需要附加的参考光,可以通过检测布里渊散射的频移和光功率,实现同时测量温度和应变,系统简单,测量精度高。3)研究表明传感光纤布置在电力电缆的相线问能够较好地兼顾对电缆外力与温度的检测。根据电缆的结构设计合理的传感光纤余长,能保证光纤对监测电缆受力与温度变化传感的敏感性。

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