申请/专利权人：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局;西安交通大学

申请日：2019-06-28

公开（公告）日：2023-12-15

公开（公告）号：CN110186489B

主分类号：G01D5/353

分类号：G01D5/353;G01K11/322;G01L1/24

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.12.15#授权;2019.09.24#实质审查的生效;2019.08.30#公开

摘要：本发明公开了一种海底电缆温度应力岸上模拟实验装置及方法，该装置包括光纤盘，光纤温度应变分析仪，恒温烘箱，以及高精度位移平台，通过改变光纤盘的长度既能够模拟不同长度，也可以模拟不同位置的故障，恒温烘箱模拟温度故障、高精度位移平台模拟应变故障。节约了大量的成本，为实际海缆监测故障提供了依据。该方法利用恒温烘箱放置不同长度的光纤，可以实现对当前光纤温度应变分析仪的空间分布率进行验证，利用控制恒温烘箱的精确温度变化，高精度位移平台应变的精确变化，可以验证了光纤温度应变分仪的各个功能准确度。本发明为实际海缆安装光纤温度应变分仪提供了可靠的数据依据，避免了后期拆卸光纤温度应变分仪的繁琐，节约了大量的成本。

主权项：1.一种海底电缆温度应力岸上模拟实验装置，其特征在于，包括光纤盘1，光纤温度应变分析仪2，恒温烘箱3，以及高精度位移平台4；其中，测量时，待测光纤盘1中的光纤的一端与光纤温度应变分析仪2发射端相连，另一端依次与放入恒温烘箱3中的光纤和固定在高精度位移平台4上的光纤相连，最后与光纤温度应变分析仪2接收端相连，形成另一条光通路；通过改变接入光纤盘1长度来模拟实际海缆运行距离；利用放入恒温烘箱3中的光纤和浴槽外的光纤进行光纤温度应变分析仪2的空间分布率测试以及温度故障模拟；利用高精度位移平台4改变光纤应变大小来模拟应变故障；光纤温度应变分析仪2用于采集不同时刻的不同位置的布里渊位移频移；待测光纤盘1能够根据实际海缆运行情况的长度进行模拟，而且能够在光纤盘1的前后不同位置进行温度应变故障模拟；通过放置在恒温烘箱3内外不同长度的光纤，验证当前设备经过光纤盘1长度后的空间分布率、温度分辨率以及温度故障。

全文数据：一种海底电缆温度应力岸上模拟实验装置及方法技术领域本发明属于电缆状态监测技术领域，具体涉及一种海底电缆温度应力岸上模拟实验装置及方法。背景技术无论海底电缆遭受外力破坏而损坏，还是由于其内部绝缘或其他原因出现异常时，只能通过对海底电缆本体的在线监测才能及时了解。目前海南联网系统海底电缆本体仅有的在线监测方式为温度在线监测，手段较为单一，且故障频发，可用性不佳。南网科研院在2013年研究实施的海底电缆绝缘在线监测中的局部放电也仅限于监测两侧终端处。因此对于三相31km长的海底电缆本体，在运行过程中，现阶段无法准确掌握其运行状态及健康水平，对于设备的风险评估也会出现较大的误差。目前，对于海南联网系统三相31km的海底电缆，其温度、应力的运行状态、健康水平，目前掌握情况还非常有限，故利用光纤传感原理，研究如何依靠海底电缆本体捆绑的光缆实现海底电缆温度、应力本体运行状态的在线监测至关重要由于海缆一般比较复杂，要进行海缆本体实验比较困难，而且成本比较高。海洋开发活动的日益增加，海域内的养殖、渔网、船锚等对海缆运行的影响不容忽视，海缆机械故障时有发生，此类故障一般都能体现为海底电缆应变的变化。因此，现有的测试装置不能针对海底电缆岸上模拟实验测量是本领域技术人员需要解决的技术问题。发明内容本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种海底电缆温度应力岸上模拟实验装置及方法。本发明采用如下技术方案来实现的：一种海底电缆温度应力岸上模拟实验装置，包括光纤盘，光纤温度应变分析仪，恒温烘箱，以及高精度位移平台；其中，测量时，待测光纤盘中的光纤的一端与光纤温度应变分析仪发射端相连，另一端依次与放入恒温烘箱中的光纤和固定在高精度位移平台上的光纤相连，最后与光纤温度应变分析仪接收端相连，形成另一条光通路；通过改变接入光纤盘长度来模拟实际海缆运行距离；利用放入恒温烘箱中的光纤和浴槽外的光纤进行光纤温度应变分析仪的空间分布率测试以及温度故障模拟；利用高精度位移平台改变光纤应变大小来模拟应变故障；光纤温度应变分析仪用于采集不同时刻的不同位置的布里渊位移频移。本发明进一步的改进在于，待测光纤盘能够根据实际海缆运行情况的长度进行模拟，而且能够在光纤盘的前后不同位置进行温度应变故障模拟。本发明进一步的改进在于，通过放置在恒温烘箱内外不同长度的光纤，验证当前设备经过光纤盘长度后的空间分布率、温度分辨率以及温度故障。本发明进一步的改进在于，通过固定在高精度位移平台上的光纤，控制高精度位移平台不同的位移，来实现经过光纤盘长度后的应变分辨率以及应变故障。一种海底电缆温度应力岸上模拟实验方法，该方法基于上述一种海底电缆温度应力岸上模拟实验装置，包括以下步骤：1将等于当前空间分布率光纤长度、远大于当前空间分布率光纤长度、小于空间分布率光纤长度、远大于当前空间分布率光纤长度、大于2倍当前空间分布率光纤长度依次放入恒温烘箱；2将不同长度的光纤固定在高精度位移平台上，并保证在高精度位移平台上光纤状态处于绷紧状态；3待测光纤盘中的光纤的一端与光纤温度应变分析仪发射端相连，另一端依次与放入恒温烘箱中的光纤和固定在高精度位移平台上的光纤相连，最后与光纤温度应变分析仪接收端相连，形成另一条光通路；4改变恒温烘箱的温度以及高精度位移平台的位移大小，记录不同条件下光纤温度应变分析仪测量的布里渊位移频移。本发明进一步的改进在于，步骤4中，将光纤1m、2m、3m长度分别固定在高精度位移平台，通过移动高精度位移平台移动0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm模拟100με、200μ、300με、400με、500με。本发明进一步的改进在于，步骤4中，通过改变恒温烘箱分别为大于室温20℃、30℃、40℃、50℃、60℃。本发明进一步的改进在于，步骤4中，布里渊频移与同一时刻光纤的温度、应变的关系如式1所示：vBT,ε＝vBT0,ε0+CυTT-T0+Cυεε-ε01其中vBT0,ε0、vBT,ε为光纤温度应变分析仪在待测光纤布里渊散射光频移量，ε0、ε为高精度位移平台上稳定后测量得到的光纤的应变值，T0、T为待测恒温烘箱温度稳定后测量得到的光纤的温度值，CvT、Cvε分别为布里渊频移温度系数、布里渊频移应变系数。本发明具有如下有益的技术效果：本发明提供的一种海底电缆温度应力岸上模拟实验装置，包括光纤盘，光纤温度应变分析仪，恒温烘箱，以及高精度位移平台，通过改变光纤盘的长度既能够模拟不同长度，也可以模拟不同位置的故障，恒温烘箱模拟温度故障、高精度位移平台模拟应变故障。节约了大量的成本，为实际海缆监测温度应力故障提供了依据。本发明提供的一种海底电缆温度应力岸上模拟实验方法，利用恒温烘箱放置不同长度的光纤，可以实现对当前光纤温度应变分析仪的空间分布率进行验证，利用控制恒温烘箱的精确温度变化，高精度位移平台应变的精确变化，可以验证了光纤温度应变分仪的各个功能准确度。这样为实际海缆安装光纤温度应变分仪提供了可靠的数据依据，避免了后期拆卸光纤温度应变分仪的繁琐，节约了大量的成本。附图说明附图1是本发明一种海底电缆温度应力岸上模拟实验装置示意图。附图2是短距离空间分布率测试示意图。附图3是长距离空间分布率测试示意图。附图4是恒温烘箱内光纤放置示意图。附图5是固定在高精度位移平台结构示意图。附图6是短距离空间分布率测试曲线图；其中图6a是测试光纤为1m光纤的空间分辨率测试曲线图，图6b是测试光纤为2m的空间分辨率测试曲线图。附图7是长距离空间分布率测试曲线图；其中图7a是31km光纤的空间分辨率测试曲线图，图7b是测试光纤100m的局部曲线图。附图8是海底电缆岸上模拟实验检测框图。附图标记说明：1为光纤盘，2为光纤温度应变分析仪，3为恒温烘箱，4为高精度位移平台；301为室温，302为大于室温20℃，303短距离光纤长度，304长距离光纤长度，305为当前空间分布率光纤长度，306为小于空间分布率光纤长度，307为大于2倍当前空间分布率光纤长度，308远大于当前空间分布率光纤长度。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。如图1所示，本发明提供的一种海底电缆温度应力岸上模拟实验装置，包括光纤盘1，光纤温度应变分析仪2，恒温烘箱3，以及高精度位移平台4。测量时，待测光纤盘1中的光纤的一端与光纤温度应变分析仪2发射端相连，另一端依次与放入恒温烘箱3中的光纤和固定在高精度位移平台4上的光纤相连，最后与光纤温度应变分析仪2接收端相连，形成另一条光通路；通过改变接入光纤盘1长度来模拟实际海缆运行距离；利用放入恒温烘箱3中的光纤和浴槽外的光纤进行光纤温度应变分析仪2的空间分布率测试以及温度故障模拟；利用高精度位移平台4改变光纤应变大小来模拟应变故障；光纤温度应变分析仪2用于采集不同时刻的不同位置的布里渊位移频移。如图4所示，本发明提供的一种海底电缆温度应力岸上模拟实验方法，包括以下步骤：1如图2所示，首先进行短距离的空间分布率实验，将1m和2m裸光纤分别放入恒温烘箱3内，保证光纤处于自由松散状态，利用光纤温度应变分析仪2测量；2如图3所示，进行长距离的空间分布率实验，在光纤温度应变分析仪2发射端连入31km光纤盘然后，将100m裸光纤分别放入恒温烘箱3内，保证光纤处于自由松散状态，利用光纤温度应变分析仪2测量；3如图4所示，将不同长度的光纤依次放置在恒温烘箱3内，保证光纤处于自由松散状态；其中301为大于室温20℃，302为室温，303为当前空间分布率光纤长度，304为小于空间分布率光纤长度，305为大于2倍当前空间分布率光纤长度，306远大于当前空间分布率光纤长度；4如图5所示，将不同长度的光纤固定在高精度位移平台4上，并保证在高精度位移平台4上光纤状态处于绷紧状态；5待测光纤盘1中的光纤的一端与光纤温度应变分析仪2发射端相连，另一端依次与放入恒温烘箱3中的光纤和固定在高精度位移平台4上的光纤相连，最后与光纤温度应变分析仪2接收端相连，形成另一条光通路；6改变恒温烘箱3的温度以及高精度位移平台4的位移大小，记录不同条件下光纤温度应变分析仪2测量的布里渊位移频移。具体来说，步骤11m和2m短距离的空间分布率测试实验，对其结果处理得到温度和光纤长度的曲线图如图6所示。步骤231km长距离距离的空间分布率测试实验，对其结果处理得到温度和光纤长度的曲线图如图7所示。步骤3将等于当前空间分布率光纤长度、远大于当前空间分布率光纤长度、小于空间分布率光纤长度、远大于当前空间分布率光纤长度、大于2倍当前空间分布率光纤长度依次放入恒温烘箱3，得到不同形状的曲线。步骤5待测光纤盘1可以根据实际海缆运行情况的长度进行模拟，而且可以在光纤盘1的前后不同位置进行温度应变故障模拟。步骤6将光纤1m、2m、3m长度分别固定在高精度位移平台4，通过移动高精度位移平台4移动0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm模拟100με、200μ、300με、400με、500με。通过改变恒温烘箱分别为大于室温20℃、30℃、40℃、50℃、60℃。步骤6布里渊频移与同一时刻光纤的温度、应变的关系如式1所示：vBT,ε＝vBT0,ε0+CυTT-T0+Cυεε-ε01其中vBT0,ε0、vBT,ε为光纤温度应变分析仪在待测光纤布里渊散射光频移量，ε0、ε为高精度位移平台上稳定后测量得到的光纤的应变值，T0、T为待测恒温烘箱温度稳定后测量得到的光纤的温度值，CυT、Cvε分别为布里渊频移温度系数、布里渊频移应变系数。

权利要求：1.一种海底电缆温度应力岸上模拟实验装置，其特征在于，包括光纤盘1，光纤温度应变分析仪2，恒温烘箱3，以及高精度位移平台4；其中，测量时，待测光纤盘1中的光纤的一端与光纤温度应变分析仪2发射端相连，另一端依次与放入恒温烘箱3中的光纤和固定在高精度位移平台4上的光纤相连，最后与光纤温度应变分析仪2接收端相连，形成另一条光通路；通过改变接入光纤盘1长度来模拟实际海缆运行距离；利用放入恒温烘箱3中的光纤和浴槽外的光纤进行光纤温度应变分析仪2的空间分布率测试以及温度故障模拟；利用高精度位移平台4改变光纤应变大小来模拟应变故障；光纤温度应变分析仪2用于采集不同时刻的不同位置的布里渊位移频移。2.根据权利要求1所述的一种海底电缆温度应力岸上模拟实验装置，其特征在于，待测光纤盘1能够根据实际海缆运行情况的长度进行模拟，而且能够在光纤盘1的前后不同位置进行温度应变故障模拟。3.根据权利要求1所述的一种海底电缆温度应力岸上模拟实验装置，其特征在于，通过放置在恒温烘箱3内外不同长度的光纤，验证当前设备经过光纤盘6长度后的空间分布率、温度分辨率以及温度故障。4.根据权利要求1所述的一种海底电缆温度应力岸上模拟实验装置，其特征在于，通过固定在高精度位移平台4上的光纤，控制高精度位移平台不同的位移，来实现经过光纤盘6长度后的应变分辨率以及应变故障。5.一种海底电缆温度应力岸上模拟实验方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至4中任一项所述的一种海底电缆温度应力岸上模拟实验装置，包括以下步骤：1将等于当前空间分布率光纤长度、远大于当前空间分布率光纤长度、小于空间分布率光纤长度、远大于当前空间分布率光纤长度、大于2倍当前空间分布率光纤长度依次放入恒温烘箱3；2将不同长度的光纤固定在高精度位移平台4上，并保证在高精度位移平台4上光纤状态处于绷紧状态；3待测光纤盘1中的光纤的一端与光纤温度应变分析仪2发射端相连，另一端依次与放入恒温烘箱3中的光纤和固定在高精度位移平台4上的光纤相连，最后与光纤温度应变分析仪2接收端相连，形成另一条光通路；4改变恒温烘箱3的温度以及高精度位移平台4的位移大小，记录不同条件下光纤温度应变分析仪2测量的布里渊位移频移。6.根据权利要求5所述的一种海底电缆温度应力岸上模拟实验方法，其特征在于，步骤4中，将光纤1m、2m、3m长度分别固定在高精度位移平台4，通过移动高精度位移平台4移动0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm模拟100με、200μ、300με、400με、500με。7.根据权利要求5所述的一种海底电缆温度应力岸上模拟实验方法，其特征在于，步骤4中，通过改变恒温烘箱分别为大于室温20℃、30℃、40℃、50℃、60℃。8.根据权利要求5所述的一种海底电缆温度应力岸上模拟实验方法，其特征在于，步骤4中，布里渊频移与同一时刻光纤的温度、应变的关系如式1所示：vBT,ε＝vBT0,ε0+CυTT-T0+Cυεε-ε01其中υBT0,ε0、vBT,ε为光纤温度应变分析仪在待测光纤布里渊散射光频移量，ε0、ε为高精度位移平台上稳定后测量得到的光纤的应变值，T0、T为待测恒温烘箱温度稳定后测量得到的光纤的温度值，CvT、Cvε分别为布里渊频移温度系数、布里渊频移应变系数。

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