海底電纜的使用已超過百年,在近幾十年得到廣泛的應(yīng)用。隨著沿海經(jīng)濟(jì) 的快速發(fā)展、海島供電需求的大幅上升、海上工作平臺和海上風(fēng)電場建設(shè)規(guī)模 的增大,海底電纜已經(jīng)成為給海洋開發(fā)活動提供能源支撐的紐帶。近年來隨著 光纖通信技術(shù)的發(fā)展和制造水平的提高,以及交聯(lián)聚乙烯 (CrossLinkedPolyethylene,XLPE)絕緣技術(shù)的發(fā)展,采用光纖復(fù)合技術(shù)的 XLPE絕緣海底電纜 (簡稱海底電纜)開始逐漸得到推廣應(yīng)用。 海底電纜逐漸承擔(dān)起電力輸送和信息通信的雙重作用,其重要性得到進(jìn)一 步提升。然而,海底電纜結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大、價(jià)格高,在運(yùn)輸、敷設(shè)、運(yùn)行中 受盤繞、拉伸、錨砸、鉤掛、洋流沖刷、負(fù)荷電流變化等各種因素影響,錨害、 磨損、絕緣劣化、短路等故障時(shí)有發(fā)生,給生產(chǎn)和生活帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 據(jù)統(tǒng)計(jì),交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜在運(yùn)行初期,因?yàn)殡娎|、附件、敷設(shè)安裝等質(zhì)量 問題易發(fā)生故障;運(yùn)行中期,線路故障率較低,但故障類型很多,主要包括絕 緣老化故障、附件界面處沿面放電、外力破壞等;運(yùn)行末期,電纜本體絕緣發(fā) 生樹枝老化、電熱老化、附件老化等現(xiàn)象,電力電纜的故障率大幅上升。由于 海底電纜比一般電力電纜結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、運(yùn)行環(huán)境更惡劣,導(dǎo)致其生命周期更短、 故障率更高。因此,研究一種有效的海底電纜健康狀態(tài)監(jiān)測方法,實(shí)時(shí)檢測海 底電纜的機(jī)械和電氣故障,及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患并進(jìn)行故障診斷,是保障海底電 纜正常運(yùn)行的重要條件之一。本書全面系統(tǒng)地介紹了基于分布式光纖傳感的海底電纜狀態(tài)監(jiān)測理論、技 術(shù)和軟硬件實(shí)現(xiàn)方法。全書共7章,第1章關(guān)于海底電纜及傳統(tǒng)監(jiān)測方法,介紹 了海底電纜的應(yīng)用背景、領(lǐng)域和在輸電中的重要作用,給出了單芯和三芯海底 電纜的通用結(jié)構(gòu),海底電纜常規(guī)監(jiān)測方法優(yōu)缺點(diǎn);第2章介紹了適用于海底電 纜監(jiān)測的分布式光纖傳感技術(shù)基本原理,包括衰減、溫度、應(yīng)變和振動的分布 式測量;第3章介紹了基于分布式光纖傳感的海底電纜狀態(tài)監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù),包 括傳感系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化配置、現(xiàn)場傳感光路關(guān)鍵點(diǎn)定位、光纖應(yīng)變和溫度系數(shù)標(biāo) 定、應(yīng)變和溫度區(qū)分測量等;第4章介紹了海底電纜狀態(tài)參量的獲取,包括利 用熱路模型、有限元模型求解導(dǎo)體和光纖的溫度關(guān)系及應(yīng)變關(guān)系,以及試驗(yàn)驗(yàn) 證方法;第5章介紹了海底電纜電熱與機(jī)械故障的建模與試驗(yàn),對短路、漏電、錨害、渦激振動進(jìn)行了建模、試驗(yàn)和分析,給出了故障特征數(shù)據(jù);第6章介紹 了海底電纜故障檢測與診斷,包括故障特征分析和診斷算法;第7章介紹了海 底電纜狀態(tài)監(jiān)測軟硬件系統(tǒng),給出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)方法,將光纖傳感、 視頻監(jiān)控、船舶信息自動識別等技術(shù)結(jié)合起來,實(shí)現(xiàn)了海底電纜的全方位健康 狀態(tài)監(jiān)測。 本書由華北電力大學(xué)呂安強(qiáng)著,是作者近10年海底電纜狀態(tài)監(jiān)測理論研究 和工程實(shí)踐的總結(jié),內(nèi)容跨學(xué)科,交叉特色明顯,作者所在團(tuán)隊(duì)老師和研究生 參與了研究工作。感謝李永倩、楊志、李星蓉、孫景芳、潘德鋒等老師對研究 工作的支持,感謝張旭、段佳冰、陳永、寇欣等研究生對研究工作的貢獻(xiàn)。 本書研究內(nèi)容得到國家自然科學(xué)基金委員會、河北省自然科學(xué)基金委員會、 國網(wǎng)福州供電公司、國網(wǎng)舟山供電公司的基金和項(xiàng)目資助,得到上海電纜研究 所、上海上纜藤倉電纜有限公司的試驗(yàn)支持,在此表示感謝。 由于作者水平有限,加之光纖傳感技術(shù)及海底電纜監(jiān)測技術(shù)發(fā)展迅速,新 概念、新應(yīng)用層出不窮,書中難免存在疏漏之處,懇請廣大專家、讀者批評 指正。