[发明专利]一种基于热路模型分析的海底电缆埋深预测方法

说明书

本发明的目的是针对现有埋深监测方法的不便而提供的一种基于热路模型分析的海底电缆埋深预测方法，其特点是针对现有电缆埋深监测方法不利及时监测电缆埋深状态的问题，实现以更小的人力成本和材料损耗监测电缆埋深。以三芯电缆并联结构的稳态热路模型为研究对象，通过计算得到热路模型参数，根据输入的缆芯温度，减去电缆因载流量变化和埋设环境温度变化而引起的缆芯温度变化值，经过换算得到海缆实时埋深值，从而达到监测埋深的目的。本发明在仅利用在线监测数据和海缆结构参数的情况下，对海缆埋深进行预测，实现对海缆埋深的监测。

技术领域

本发明涉及海底电缆埋深监测领域，特别涉及一种基于热路模型分析的海底电缆埋深预测方法。

背景技术

交联聚乙烯（Crosslinked Polyethylene，XLPE）电力电缆具有优良的电气性能，随着海洋资源调查和海洋开发进程的加快，海底电缆探测和识别已成为现代海洋工程测量水下管线探测的一项重要内容，并且一直是海洋工程测量中的一个技术难点。由于海底电缆是在海床下埋设，埋深的保护程度会有气象灾害、水文、地质运动以及人类活动等因素的变化受到一定的影响，所以就要在海底电缆运行维护过程中定时的掌握海底电缆埋深情况。如果出现埋深变浅、悬空、裸露等危险因素，能够对其进行及时的维护及修理，从而对海底电缆的正常运行进行全面的保护，并且提高海底电缆埋深监测的能力。海底电缆探测中，常见检测手段主要有磁力仪、多波束、侧扫声纳、海洋管线仪和水下ROV集成。常见的海底电缆检测手段主要是通过定期的人工排查而发现，但该种人工检测方式具有极大的不便。所以现有研究方向考虑更为容易和方便的在线监测，以减少人力和物力的使用。根据单芯电缆模型建立起三芯电缆并联结构稳态热路模型，为通过在线监测海底电缆缆芯温度数据、载流量和海缆埋设环境温度数据来监测海底电缆埋深提供模型支持。

发明内容

本发明的目的在于以海底电缆的缆芯温度、载流量、埋设环境温度为输入数据，结合具体海底电缆结构参数，分析海底电缆缆芯温度数据变化特征，根据三芯电缆稳态并联热路模型，得到海底电缆的埋深变化，实现对海底电缆的在线埋深监测。

为了实现上述发明目的，本发明利用了一种基于热路模型分析的海底电缆埋深预测方法，包括以下步骤，流程图见图1：

1.获取海底电缆的缆芯温度、埋设环境温和载流量

监测并获得海底电缆的缆芯温度数据、埋设环境温度数据和载流量。

2.提取输入数据的海底电缆缆芯温度数据特征

由于海底电缆缆芯温度在埋深可变化范围内引起的变化很小，且缆芯温度在产生波动后，会达到一个新的温度稳定点，但其他类似于悬空、裸露和锚害等温度变化原因，会引起的缆芯温度波动很大，其远远超出埋深可引起的温度变化程度，会在缆芯温度数据变化曲线上呈现出一个恶化趋势。由此，便可以通过海底电缆缆芯温度数据变化特征，判断海底电缆状态变化原因。

3. 去除载流量变换和敷设环境温度变化对海底电缆缆芯温度的影响，利用模型计算得出海底电缆的实时埋深

由于三芯电缆通入电流后，电缆会产生功率损耗，并以热能的形式向外传导。电缆各层内外表面的温度梯度与通过各层的热流服从傅里叶导热定律。当电缆温度场达到稳定以后，参考传热学中建立多层材料热路的做法，将相同热阻率的材料归结为一层热阻，其次根据三芯电缆的温度场分布特征，不同结构的边界在同一等温线上时可作为热路模型中的节点。依据海缆的几何结构，将三个线芯支路并联排列，直至填充层处合并为一条支路。便可以得到图2的三芯电缆稳态热路模型。

由式（1）—（4）得出：

（5）