专利名称：海底电缆在线监测方法
技术领域：
本发明涉及电力安全监测技术的领域，特别是涉及一种海底电缆在线监测方法。
背景技术：
海上风电等海上能源的开发推动了海上输电网的形成，高压海底电力电缆具有了越来越广阔的应用空间，主要包括海上风电输电、海上油气平台的供电、海岛联网、沿海国家联网等。作为海上输电网中最重要的设备，海底电缆的安全运行对电力系统非常重要。电缆绝缘的好坏是影响电缆安全可靠运行的关键因素。过去，广泛使用的预防性措施是采用定期停电进行检测的方法，属于离线检测。这种绝缘预防性检测具有明显的不合理性第一，必须停电进行检测，这样往往造成供电中断；第二，不能根据电缆绝缘状况有选择地进行检测，往往是对所有电缆都进行检测，结果使绝缘本来完好的电缆经多次检测过程而导致电缆绝缘性能加速劣化；第三，检测时往往都要在电缆绝缘上施加高于运行电压的高压，这会加速电缆绝缘的劣化。因此，电力电缆在线监测技术将成为电缆故障诊断的必然发展趋势。电缆状态在线监测是对电缆进行在线监测，然后根据监测结果来决定是否需要对电缆的绝缘进行更进一步检查和维修。进行电缆状态在线监测不仅能够大大减少对绝缘完好的电缆进行不必要的检测，节省检测过程的开销、减少停电次数、降低不必要检测操作对电缆绝缘的非正常损伤，更重要的是能够对电缆的绝缘进行连续的监测，及时发现问题，减少突发事故的产生。此外，在线监测还能够建立电缆绝缘性能的历史档案，并为电缆离线大修的决策提供基本数据。
发明内容
为此，本发明提供一种能够对海底电缆进行准确的状态在线监测，随时获取海底电缆的状态参数，进行故障判断的海底电缆在线监测方法。一种海底电缆在线监测方法，包括以下步骤根据海底电缆故障时的压力场信息、温度场信息、电场信息以及故障类型，建立海底电缆故障判断模型；对海底电缆同轴布设分布式光纤传感器；通过所述分布式光纤传感器监测获取所述海底电缆的压力场信息、温度场信息和电场信息；根据所述压力场信息、温度场信息和电场信息，以及所述海底电缆故障判断模型，判断所述海底电缆是否发生故障，以及发生故障的类型。本发明的海底电缆在线监测方法采用多特征量监测，并综合多种特征量数据和海底电缆故障判断模型进行故障判别，因此监测数据的可靠性得到提高；并且对故障定位的精度得到提高，缩小了模糊的区域。并且分布式光纤传感器的证据区间和不确定性概率和融合后的证据区间和不确定性概率，降低了系统的不确定性，同时使融合后的基本可信度函数比融合前各传感器的基本可信度函数具有更好的区分度，具有更好的辨识度。
图1是本发明海底电缆在线监测方法的流程示意图；图2是本发明海底电缆在线监测方法的海底电缆故障判断模型示意图；图3是本发明海底电缆在线监测方法进行数据特征级融合的三层BP神经网络结构示意图。
具体实施例方式请参阅图1，图1是本发明海底电缆在线监测方法的流程示意图。所述海底电缆在线监测方法，包括以下步骤S101，根据海底电缆故障时的压力场信息、温度场信息、电场信息以及故障类型，建立海底电缆故障判断模型；S102，对海底电缆同轴布设分布式光纤传感器，通过所述分布式光纤传感器监测获取所述海底电缆的压力场信息、温度场信息和电场信息；S103，根据所述压力场信息、温度场信息和电场信息，以及所述海底电缆故障判断模型，判断所述海底电缆是否发生故障，以及发生故障的类型。通过采用多特征量监测，并综合多种特征量数据和海底电缆故障判断模型进行故障判别，因此监测数据的可靠性得到提高；并且对故障定位的精度得到提高，缩小了模糊的区域。并且分布式光纤传感器的感测更加精确。首先，上述步骤SlOl为故障判断模型的建立。通过海底电缆故障时的压力场信息、温度场信息、电场信息，主要针对以下几种故障类型建立故障判断模型电缆主绝缘出现老化故障。海底高压电缆老化故障有对正常运行的电缆有一定影响的范围，并且故障越长，影响的范围也越长，但是我们还是可以通过分布式光纤传感器沿线监测绝缘层外表的温度，从传感器测得电缆沿线温度发生突变的位置，从而定位到故障位置。电缆主绝缘出现杂质故障。当电缆绝缘层存在着杂质时，杂质所在位置的电场发生了很大的畸变，而且根据杂质位置的不同，电场畸变的程度也不一样。杂质与导体的距离不相同的情况下，电缆内部的最高温度也几乎没有变化，但是因为杂质的存在，使得周围产生的电场强度接近甚至大于绝缘层的击穿强度，很容易发生局部放电，造成绝缘击穿。如果绝缘层某处发生击穿时，其他良好的绝缘就会承受更大的电压，所受到的电场强度将会进一步加大。如果该场强大到足以击穿绝缘层，又会使其他良好绝缘受到的场强加大，如此以来恶性循环，将会威胁电缆的绝缘性能。同时我们还可以看到，最靠近导体的杂质所产生的电场畸变的最为厉害，因此也更容易产生局部放电现象，导致绝缘击穿失效。通过分布式光纤传感器可以监测到电缆沿线发生畸变的电场，同时由于杂质引起的畸变电场对正常电场的影响范围很小，因此通过监测电场变化可以提高定位精度。电缆受到外力挤压。当海床运动海底电缆受到挤压或者与海边鹅卵石摩擦时，同样可以用分布式光纤传感器检测出受到挤压的位置在哪里。海底电力电缆老化前铠装层承受的压强最大不超过17Mpa。因此，一旦海底电缆受到了外力的挤压，就可以通过分布式光纤传感器检测电缆内部压力，由此判断出电缆外部受到的压力大小，并通过分布式光纤传感器的数据计算出电缆受到挤压的位置，当超出设定的极限值时，快速排除故障。电缆铠装层损伤故障。海底电缆受到不同程度损伤，电缆内部温度场和电场均会发生变化。当海底电缆铠装层受到损伤但没有伤透时，海底电缆内部的温度场和电场与正常情况下并没有明显变化，说明海底电缆在铠装层没有破损的情况下，还能维持正常运行一段时间。如果破损达到填充层，海底电缆内部温度场和电场强度也几乎没有变化，但是因为填充层的刚性不足以承受深水压力，所以一旦破损至填充层，海底电缆会在很段的时间内发生短路故障。最严重的是损伤直达绝缘层，绝缘层不但刚性远不如铠装层，更严重的是海底电缆内部的电场强度会急剧升高，使得电缆绝缘层由于高场强而发生击穿。利用分布式光纤传感器，通过同时测量温度场和压力场的变化，就可以定位到故障位置。由于有三类不同的通过分布式光纤传感器监测的特征量，不同的故障类型和故障位置，通过测量搭建一个光电信号信息融合系统的海底电缆故障判断模型来辅助进行故障判别，如图2所示。通过对海底电缆故障点的二维量(温度，温度突变的海缆位置分步)、(压力，压力突变的海缆位置分步)和(电场，电场突变的海缆位置分步)的归一化处理。将各传感器采集的信息作为证据，每个传感器提供一组命题，对应我们关注的四类故障和故障的位置xl…xi…X n,并建立一个相应的信度函数,这样,多传感器信息融合实质上就成为在同一识别框架下，将不同的证据体合并成一个新的证据体的过程。具体地，在建立所述海底电缆故障判断模型时，将海底电缆故障时的压力场信息、温度场信息、电场信息以及对应的故障类型作为训练参数训练人工神经网络(ArtificialNeural Network,简称ANN),生成所述海底电缆故障判断模型。本发明提供了一个信息融合技术的模型，融合上面提出的检测的特征量得到的结果，达到一个精确故障定位和故障类型分类的结果。上述步骤S102为获取海底电缆的特征参数的步骤。在本发明中，对海底电缆同轴布设分布式光纤传感器来获取监测的特征参数。所述分布式光纤传感器优选为六芯复合光纤，其两端设置有光纤信号解调器，其中两芯用于感测压力场信息，两芯用于感测温度场信息，两芯用于感测电场信息。在温度、压力和电场强度获取的过程中，通过分布式光纤干涉解调仪，利用温度、压力和电场强度沿海底电缆同轴光纤的分步会影响布里渊散射的脉冲信号的原理，获取所述海底电缆的压力场信息、温度场信息和电场信息。就可以得到三类物理量以及沿海底电缆距离的二维物理量分步，亦即获取所述海底电缆的压力值和压力突变点的位置信息；温度值以及温度突变点的位置信息；沿线电场强度值和电场强度突变点的位置。如下表I所示
权利要求
1.一种海底电缆在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤 根据海底电缆故障时的压力场信息、温度场信息、电场信息以及故障类型，建立海底电缆故障判断模型； 对海底电缆同轴布设分布式光纤传感器，通过所述分布式光纤传感器监测获取所述海底电缆的压力场信息、温度场信息和电场信息； 根据所述压力场信息、温度场信息和电场信息，以及所述海底电缆故障判断模型，判断所述海底电缆是否发生故障，以及发生故障的类型。
2.如权利要求I所述的海底电缆在线监测方法，其特征在于，根据所述压力场信息、温度场信息和电场信息，以及所述海底电缆故障判断模型，判断所述海底电缆是否发生故障，以及发生故障的类型的步骤包括 先将所述海底电缆的压力场信息、温度场信息和电场信息与预设的安全值范围比较，如果不超出所述安全值范围，则判断所述海底电缆未发生故障； 如果超出所述安全值范围，则判断所述海底电缆发生故障，将所述压力场信息、温度场信息和电场信息输入所述海底电缆故障判断模型，判断所述海底电缆发生故障的类型和位置。
3.如权利要求I所述的海底电缆在线监测方法，其特征在于，根据海底电缆故障时的压力场信息、温度场信息、电场信息以及故障类型，建立海底电缆故障判断模型的步骤包括 将海底电缆故障时的压力场信息、温度场信息、电场信息以及对应的故障类型作为训练参数训练人工神经网络，生成所述海底电缆故障判断模型。
4.如权利要求I所述的海底电缆在线监测方法，其特征在于，获取所述海底电缆的压力场信息、温度场信息和电场信息的步骤包括 获取所述海底电缆的压力值和压力突变点的位置信息；温度值以及温度突变点的位置信息；沿线电场强度值和电场强度突变点的位置。
5.如权利要求4所述的海底电缆在线监测方法，其特征在于，根据所述压力场信息、温度场信息和电场信息，以及所述海底电缆故障判断模型，判断所述海底电缆是否发生故障，以及发生故障的类型的步骤包括 对获取的所述压力场信息、温度场信息和电场信息进行归一化处理，获取所述海底电缆的温度最高点和所述温度最高点所在的温度突变区间的位置上下限、所述海底电缆的压力最大点和所述压力最大点所在的压力突变区间的位置上下限，以及所述海底电缆的电场强度最大点和所述电场强度最大点所在的电场强度突变区间的位置上下限； 将上述获取的数据作为海底电缆故障判断模型的输入，通过所述海底电缆故障判断模型中的网络结构、诊断权值和阀值，判断所述海底电缆发生故障的类型和位置。
6.如权利要求5所述的海底电缆在线监测方法，其特征在于，判断所述海底电缆发生故障的类型的步骤包括 根据所述海底电缆的压力场信息判断电缆主绝缘老化故障； 根据所述海底电缆的电场信息判断电缆主绝缘杂质故障； 根据所述海底电缆的压力场信息判断电缆受力挤压故障； 根据所述海底电缆的压力场信息和温度场信息判断电缆铠装层损伤故障。
7.如权利要求I至6任意一项所述的海底电缆在线监测方法，其特征在于，所述分布式光纤传感器为六芯复合光纤，其两端设置有光纤信号解调器，其中两芯用于感测压力场信息，两芯用于感测温度场信息，两芯用于感测电场信息。
全文摘要
本发明提供一种海底电缆在线监测方法，包括以下步骤根据海底电缆故障时的压力场信息、温度场信息、电场信息以及故障类型，建立海底电缆故障判断模型；对海底电缆同轴布设分布式光纤传感器；通过所述分布式光纤传感器监测获取所述海底电缆的压力场信息、温度场信息和电场信息；根据所述压力场信息、温度场信息和电场信息，以及所述海底电缆故障判断模型，判断所述海底电缆是否发生故障，以及发生故障的类型。本发明能够对海底电缆进行准确的状态在线监测，随时获取海底电缆的状态参数进行故障判断，具有更好的辨识度。
文档编号G01R31/08GK102981104SQ20121046991
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月19日 优先权日2012年11月19日
发明者郑明 , 黄辉, 蔡传卫, 李炬添, 陈楠, 徐龙博 申请人:中国能源建设集团广东省电力设计研究院, 五邑大学