[发明专利]复合海缆载流量计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电复合海缆温度实时监测技术，具体涉及一种计算光电复合海缆动态载流量的方法。

背景技术

光电复合海缆是负责提供海上石油开采中各平台间的电力供给与通信联络的，是各个平台的生命线，其安全状态对于保障各个生产平台的正常工作至关重要。因此，如何在保障其长期安全可靠地运行的前提下，合理确定光电复合海缆的载流量，有着重要意义。

目前，电缆载流量的计算一般是根据IEC60287标准进行计算，但此标准只满足简单环境条件下的载流量计算，当电缆实际敷设环境不同于其设定的基准参数值时，需要通过大量试验来确定相应的校正系数，存在一定的局限性。且IEC60287中并没有提及光电复合海缆载流量的计算方法。

发明内容

本发明提供一种复合海缆载流量计算方法，能够根据季节变化、环境条件变化，灵活、动态地调节光电复合海缆的载流量，最大限度地发挥其传输电能的能力。

为实现上述目的，本发明提供一种复合海缆载流量计算方法，其特点是，该方法包含以下步骤：

步骤1、根据光电复合海缆的结构参数与敷设环境，建立复合海缆几何模型；

步骤2、输入光电复合海缆的各个组成材料的物理性能参数；

步骤3、对复合海缆进行网格划分，建立光电复合海缆的有限元模型；

步骤4、根据光电复合海缆的敷设环境条件，取环境温度取值范围为[T₁,T₂]，温度间隔为ΔT；对流换热系数的范围为[h₁,h₂]，间隔Δh；

步骤5、设定初始环境温度T为T₁，初始对流换热系数h为h₁；

步骤6、设定光电复合海缆工作电流I的初始值I₀；

步骤7、输入光电复合海缆的工作电流I、环境温度T、对流换热系数h，根据笛卡尔坐标系中三维非稳态导热微分方程计算光电复合海缆的温度场分布，获取光电复合海缆中导体的温度T_C与光纤温度T_O；

步骤8、判断|T_C-90|是否大于ε，若是，|T_C-t|>ε，则跳转到步骤9；若否，|T_C-t|≤ε，则跳转到步骤10； t为复合海缆绝缘材料长期容许持续工作的最高温度值，ε为实际工程所能容许的误差；

步骤9、判断T_C- t是否大于0，若是，T_C- t >0，则降低I₀的值，并跳转至步骤6；若否，T_C- t <0，则增加I₀的值，并跳转至步骤6；

步骤10、取此时光电复合海缆工作电流I的电流值为此环境条件下的载流量I_z，并将此时的环境温度T、对流换热系数h、载流量I_z、光纤温度T_O存储到载流量数据库中；

步骤11、判断对流换热系数h是否等于h₂，若是，则跳转到步骤12，若否，则使此时环境条件下的对流换热系数h增加Δh，并跳转到步骤6；

步骤12、判断环境温度T是否等于T₂，若是，则跳转到步骤13，若否，则使此时环境条件下的环境温度T增加ΔT，并跳转到步骤6；

步骤13、采用光电复合海缆中冗余的单模光纤，并采用布里渊光时域分析技术实时监测出光电复合海缆中光纤的温度，通过查询载流量数据库，获得光电复合海缆在该光纤温度下的载流量I_z。

上述步骤1中敷设环境包括环境温度，复合海缆周围介质，土壤介质的热阻系数，流体与复合海缆表面的对流换热情况；环境温度包含埋深处土壤的温度、海水与空气的温度；复合海缆周围介质包含土壤、海水、空气。

上述步骤2中物理性能参数的物理性能参数包含：密度、比热容、热传导系数。

上述步骤7中计算光电复合海缆的温度场分布的计算公式如下： 

             （1）

式中，p为材料的密度，单位kg/m3；c为材料的比热，单位J/(kg·℃)；T为物体的瞬态温度，单位℃；τ为过程进行的时间，单位s；λ为材料的导热系数，单位W/(m·℃)；qv为材料的内热源，单位W/m3。