[發明專利]三芯海底電纜中復合光纖以內填充層熱阻的計算方法

有效

• 申請號: 201410428665.2
• 申請日: 2014-08-23
• 公開（公告）號: CN104181193B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 呂安強;寇欣;李永倩;李靜
• 申請（專利權）人: 華北電力大學(保定)
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電纜材料參數熱力學計算領域，特別涉及三芯海底電纜中復合光纖以內填充層熱阻的計算方法。

背景技術

隨著我國海上新能源開發和電力需求的日益增長，跨海輸電的需求日益迫切，海底電纜應用數量與日俱增。三芯海底電纜相較于單芯海底電纜可在減少路由走廊寬度條件下提高傳輸容量，且具有減小損耗的優點，被大量應用于沿海島嶼供電和海上風電場輸電。為了實現信息的傳輸，三芯海底電纜中一般都復合有光纖，構成光纖復合海底電纜。

導體溫度是決定海底電纜壽命的重要因素，也是確定載流量的重要依據，是狀態監測的重要參數。已有利用分布式光纖傳感技術監測三芯陸地電纜表皮溫度，進行導體溫度計算的案例。對于三芯光纖復合海底電纜，由于其敷設環境惡劣，無法在其表皮單獨敷設傳感光纜，又因為三芯海底電纜徑向結構不對稱，使用熱路法由復合光纖溫度計算導體溫度時熱阻計算困難，導致目前對三芯光纖復合海底電纜的導體溫度計算方法鮮有報道。

針對以上問題，本發明提出了三芯海底電纜中復合光纖以內填充層熱阻的計算方法，解決了根據熱路法和光纖溫度計算導體溫度時復合光纖以內填充層熱阻無法計算的問題，為利用三芯海底電纜內復合光纖溫度測量值進行海底電纜狀態監測及載流量計算提供了有效方法。

發明內容

本發明的目的在于，提出三芯海底電纜中復合光纖以內填充層熱阻的計算方法，用于解決根據熱路法、利用光纖溫度計算導體溫度時復合光纖內填充層熱阻無法計算的問題。

為了實現上述目的，本發明提出的技術方案是，三芯海底電纜中復合光纖以內填充層熱阻的計算方法，其特征是所述方法包括：

步驟1：計算填充層內徑至鎧裝層外徑的熱阻，具體方法如下：

(1)假設填充層內徑至鎧裝層外徑之間的熱阻系數同為填充層的熱阻系數，計算填充層內徑至鎧裝層外徑之間的熱阻

其中，R是鎧裝層外徑的一半，r₁是線芯中心至海底電纜中心的距離，n＝3是線芯的數量，r是線芯的半徑，λ是填充層材料的導熱系數；

(2)利用IEC60853標準計算填充層外徑至鎧裝層外徑的熱阻之和T_s”，它等于扎帶、黃銅帶、鎧裝墊層和鎧裝層的熱阻之和；

(3)假設填充層外徑至鎧裝層外徑之間的材料是填充層材料，利用IEC60853標準計算熱阻T_s”’；

(4)計算填充層內徑至鎧裝層外徑之間的真實熱阻之和T_s＝T_s’-(T_s”’-T_s”)；

步驟2：計算填充層外徑處溫度，具體方法如下：

以光單元中心至海底電纜中心連線的延長線為y軸，y軸與填充層外徑的交點為原點，原點處填充層外徑的切線為x軸，建立坐標系；計算填充層外徑處的溫度為

其中，t(x，y)是復合光纖的溫度，Q是三個線芯的總損耗，λ是填充層的熱阻系數，y₀為海底電纜中心到填充層外徑的距離，x和y是光單元中心的橫縱坐標，且x＝0；

步驟3：計算鎧裝層外徑處溫度，具體方法如下：

(1)設X為鉛合金護套至鎧裝層之間材料厚度與鉛合金護套外徑的比值，對于彼此不接觸的鉛合金護套，計算幾何因數

(2)填充層外徑至鎧裝層內徑之間的各層材料熱阻都按下式計算

其中，ρ_T是熱阻系數；

(3)計算鎧裝層溫度

t_a＝T_s-Q·T_s1

其中，T_s1為填充層外徑至鎧裝層內徑的熱阻之和；

步驟4：計算復合光纖處等溫面與鎧裝層外徑處等溫面之間的熱阻為

其中，Δt是光纖處等溫面與鎧裝層處等溫面之間的溫差；

步驟5：計算復合光纖以內的填充層熱阻T_f＝T_s-T_fa。

所述復合光纖是單模、多模或其他類型的光纖，復合光纖的溫度通過分布式光纖溫度測量設備測得，這些設備是基于光纖拉曼散射、基于光纖布里淵散射或基于光纖瑞利相干檢測原理的分布式光纖測溫設備或儀器。