海底电力电缆可靠性检测方法与系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种海底电力电缆可靠性检测方法与系统，通过海底电力电缆历史故障数据分析获得海底电力电缆特有故障特征，并根据这些特有的故障特征分析获得海底电力电缆的故障因子，建立海底电力电缆故障树模型，再获取海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系，最后根据海底电力电缆运行工况参数和海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系进行可靠性检测。整个可靠性检测过程，充分考虑海底电力电缆特有的故障特点，采用故障树分析方法，确保建立的海底电力电缆故障树模型准确，确保可靠性检测的准确。
【专利说明】海底电力电缆可靠性检测方法与系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及海底电力电缆【技术领域】，特别是涉及海底电力电缆可靠性检测方法与系统。
【背景技术】
[0002]海底电力电缆主要用于陆岛之间、横越江河或港湾、陆上连接海上风电场、从陆上连接钻井平台或钻井平台间的互相连接等。在一般情况下，应用海底电缆传输电能无疑要比同样长度的架空电缆昂贵，但用它往往比用小而孤立的发电站作地区性发电更经济，在近海地区应用好处更多。
[0003]为了确保电力电缆的正常工作，通常需要周期性的检测电力电缆的可靠性，判断电力电缆是否工作状态良好，是否需要更换，在陆地上电力电缆架空敷设或者埋地敷设其受到工作环境的影响比较单一，所以检测其可靠性时需要考虑的变量因素比较少，一般的检测方法就能获取到一个比较准确检测结果。
[0004]海底是一个远比陆地要复杂的环境，海底电缆敷设在海底需要在这种复杂的自然环境下工作，所遇到的故障以及故障原因与陆地上敷设的电力电缆会很大不同，其故障及其故障原因会有很多特殊存在地方，譬如海底电缆有诸如涡致振动破坏、洋流造成的沙石摩擦破坏、锚害、渔具破坏、海洋生物破坏等破坏因子，而相应的陆地电缆却没有这些破坏因子，因此陆地电力电缆可靠性检测方法无法系统的检测海底电力电缆的故障，会存在较大的误差，也就无法真实、准确检测出海底电缆当前状态，严重影响海底电缆网络的正常工作和安全。
【发明内容】
[0005]基于此，有必要针对现在电缆可靠性检测方法不适用于系统的检测海底电缆故障的问题，提供一种适用于海底电缆的简单且检测结果精准的可靠性检测方法与系统。
[0006]一种海底电力电缆可靠性检测方法，包括:
[0007]获取海底电力电缆历史故障数据，根据所述海底电力电缆历史故障数据分析获得海底电力电缆故障特点；
[0008]根据所述海底电力电缆故障特点，利用故障树分析方法，分析获得海底电力电缆故障因子；
[0009]建立以海底电力电缆故障为顶事件，以所述海底电力电缆故障因子为底事件的海底电力电缆故障树模型；
[0010]获取海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系；
[0011 ] 采集海底电力电缆运行工况参数，根据所述海底电力电缆运行工况参数和海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系，对海底电力电缆进行可靠性检测。
[0012]一种海底电力电缆可靠性检测系统，包括:[0013]故障特点分析模块，用于获取海底电力电缆历史故障数据，根据所述海底电力电缆历史故障数据分析获得海底电力电缆故障特点；
[0014]故障因子获取模块，用于根据所述海底电力电缆故障特点，利用故障树分析方法，分析获得海底电力电缆故障因子；
[0015]故障树模型建立模块，用于建立以海底电力电缆故障为顶事件，以所述海底电力电缆故障因子为底事件的海底电力电缆故障树模型；
[0016]事件分析模块，用于获取海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系；
[0017]参数采集检测模块，用于采集海底电力电缆运行工况参数，根据所述海底电力电缆运行工况参数和海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系，对海底电力电缆进行可靠性检测。
[0018]本发明海底电力电缆可靠性检测方法与系统，通过海底电力电缆历史故障数据分析获得海底电力电缆特有故障特征，并根据这些特有的故障特征分析获得海底电力电缆的故障因子，建立海底电力电缆故障树模型，再获取海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系，最后根据海底电力电缆运行工况参数和海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系进行可靠性检测。整个可靠性检测过程，充分考虑海底电力电缆特有的故障特点，采用故障树分析方法，确保建立的海底电力电缆故障树模型准确，且故障树模型中顶事件与各个底事件之间的对象关系清楚，所以本发明海底电力电缆可靠性检测方法是一种简单且检测结果精准的海底电力电缆可靠性检测方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明海底电力电缆可靠性检测方法第一个实施例的流程示意图；
[0020]图2为本发明海底电力电缆可靠性检测方法第二个实施例的流程示意图；
[0021]图3为本发明海底电力电缆可靠性检测系统第一个实施例的结构示意图；
[0022]图4为本发明海底电力电缆可靠性检测系统第二个实施例的结构示意图；
[0023]图5为“单根海底电力电缆对地击穿”作为故障树的顶事件的海底电力电缆故障树模型示意图；
[0024]图6为规范化和逻辑化后的“单根海底电力电缆对地击穿”作为故障树的顶事件的海底电力电缆故障树模型示意图。
【具体实施方式】
[0025]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
[0026]如图1所示，一种海底电力电缆可靠性检测方法，其特征在于，包括:
[0027]SlOO:获取海底电力电缆历史故障数据，根据所述海底电力电缆历史故障数据分析获得海底电力电缆故障特点。
[0028]海底电力电缆历史故障数据，可以直接从以前存储的相关数据中获取，获取直接从专家经验数据库中获取。海底电力电缆历史故障数据主要包括海底电力电缆发生故障原因和故障现象，还可以包括当前故障解决方案、发生故障的海底电力电缆运行工况等信息。根据海底电力电缆历史故障数据就能够真实准确分析出海底电力电缆特有的故障特点。
[0029]S200:根据所述海底电力电缆故障特点，利用故障树分析方法，分析获得海底电力电缆故障因子。
[0030]故障树分析技术是一种逻辑的分析方法，它能形象地进行危险的分析工作，特点是直观、明了，思路清晰，逻辑性强，可以做定性分析，也可以做定量分析。体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、准确性和预测性，它是安全系统工程的主要分析方法之一。在获取到海底电力电缆故障特点之后，对其进行故障树分析，分析海底电力电缆故障因子，以确定在接下来步骤中故障树的底事件。可以将海底电力电缆故障因子理解为诱发或者导致海底电力电缆出现故障的某个原因，海底电力电缆的故障可能是单个故障因子导致的也可能是多个故障因子组合导致的。
[0031]S300:建立以海底电力电缆故障为顶事件，以所述海底电力电缆故障因子为底事件的海底电力电缆故障树模型。
[0032]故障树是分为顶事件和底事件，故障树模型能够清楚直接显示出顶事件与底时间之间对应的关系。
[0033]S400:获取海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系。
[0034]对于比较简单的海底故障树模型来说，顶事件与各个底事件之间对应关系，可以直观的从海底电力电缆故障树模型获取，对于相对复杂且要求准确度高的海底故障树模型来说，为了确保获取结果的准确，可以采用逻辑数学的方法，将海底故障树模型中的顶事件与底事件的之间各路逻辑关系变化为数学表达式，得出海底故障树模型中顶事件与底事件之间的数学表达式。这部分详细具体实施例将在后面的内容中继续解释说明。
[0035]S500:采集海底电力电缆运行工况参数，根据所述海底电力电缆运行工况参数和海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系，对海底电力电缆进行可靠性检测。
[0036]本发明海底电力电缆可靠性检测方法，通过海底电力电缆历史故障数据分析获得海底电力电缆特有故障特征，并根据这些特有的故障特征分析获得海底电力电缆的故障因子，建立海底电力电缆故障树模型，再根据海底电力电缆故障树模型，获取海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系，最后根据海底电力电缆运行工况参数和海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系进行可靠性检测。整个可靠性检测过程，充分考虑海底电力电缆特有的故障特点，采用故障树分析方法，确保建立的海底电力电缆故障树模型准确，且故障树模型中顶事件与各个底事件之间的对象关系清楚，所以本发明海底电力电缆可靠性检测方法是一种简单且检测结果精准的海底电力电缆可靠性检测方法。
[0037]如图2所示,在其中一个实施例中,所述步骤S400具体包括:
[0038]S420:获取海底电力电缆故障树模型中各个底事件与顶事件之间的逻辑变换关系;
[0039]S440:利用逻辑数学算法，将海底电力电缆故障树模型中各个底事件与顶事件之间的逻辑变换关系转为数学关系，获得海底电力电缆故障树模型中各个底事件与顶事件之间的数学关系；[0040]S460:根据海底电力电缆故障树模型中各个底事件与顶事件之间的数学关系，确定海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系。
[0041]采用逻辑数学的方法，将海底故障树模型中的顶事件与底事件的之间各路逻辑关系变化为数学表达式，得出海底故障树模型中顶事件与底事件之间的数学表达式，之后再根据这些数学表达式确定顶事件与各个底事件之间对应关系，严谨的逻辑数学方法，能够确保准确获得海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系。
[0042]如图2所示，在其中一个实施例中，所述步骤S300之后还有步骤:
[0043]S320:对所述海底电力电缆故障树模型进行规范化和逻辑简化处理，获得简化的海底电力电缆故障树模型。
[0044]对故障树模型进行规范化和逻辑简化处理，以使故障树模型中顶事件与各个底事件之间的对象关系更加清楚直接，便于准确、快速查找到各个底事件与顶事件之间对应的关系。故障树模型的规范化包括事件的处理以及各种逻辑门的变换处理，而逻辑简化过程主要是根据基于数学等效性原则，通过逻辑变换的方法从而使模型简单化。海底电力电缆故障树模型能够更加清楚准确反应顶事件与底事件之间的对应关系。
[0045]如图2所示,在其中一个实施例中,所述S500具体包括步骤:
[0046]S520:确定预设的海底电力电缆运行工况参数采集周期。
[0047]预设的海底电力电缆运行工况参数采集周期可以根据当前检测精度的需求进行设定，也可以根据检测人员自身需求进行设定。
[0048]S540:根据所述预设的海底电力电缆运行工况参数采集周期，采集海底电力电缆运行工况参数。
[0049]S560:根据所述海底电力电缆运行工况参数和海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系，对海底电力电缆进行可靠性检测，获得海底电力电缆可靠性检测结果。
[0050]S580:将所述海底电力电缆可靠性检测结果存储、推送、显示。
[0051]在获取了最终的海底电力电缆可靠性检测结果之后，为了确保数据的安全，需要对结果数据进行存储以免出现意外情况导致数据丢失，另外结果数据还需要推送并显示给检测人员或者用户，以便相关人员查看。
[0052]如图3所示，一种海底电力电缆可靠性检测系统，包括:
[0053]故障特点分析模块100，用于获取海底电力电缆历史故障数据，根据所述海底电力电缆历史故障数据分析获得海底电力电缆故障特点；
[0054]故障因子获取模块200，用于根据所述海底电力电缆故障特点，利用故障树分析方法，分析获得海底电力电缆故障因子；
[0055]故障树模型建立模块300，用于建立以海底电力电缆故障为顶事件，以所述海底电力电缆故障因子为底事件的海底电力电缆故障树模型；
[0056]事件分析模块400，用于获取海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系；
[0057]参数采集检测模块500，用于采集海底电力电缆运行工况参数，根据所述海底电力电缆运行工况参数和海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系，对海底电力电缆进行可靠性检测。[0058]本发明海底电力电缆可靠性检测系统，故障特点分析模块100通过海底电力电缆历史故障数据分析获得海底电力电缆特有故障特征，故障因子获取模块200根据这些特有的故障特征分析获得海底电力电缆的故障因子，故障树模型建立模块300建立海底电力电缆故障树模型，事件分析模块400，获取海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系，参数采集检测模块500根据海底电力电缆运行工况参数和海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系进行可靠性检测。整个可靠性检测过程，充分考虑海底电力电缆特有的故障特点，采用故障树分析方法，确保了建立的海底电力电缆故障树模型准确，且故障树模型中顶事件与各个底事件之间的对象关系清楚直接，所以本发明海底电力电缆可靠性检测系统是一种简单且检测结果精准的海底电力电缆可靠性检测系统。
[0059]如图4所示，在其中一个实施例中，所述事件分析模块400具体包括:
[0060]逻辑变换单元420，用于获取海底电力电缆故障树模型中各个底事件与顶事件之间的逻辑变换关系；
[0061]数学关系确定单元440，用于利用逻辑数学算法，将海底电力电缆故障树模型中各个底事件与顶事件之间的逻辑变换关系转为数学关系，获得海底电力电缆故障树模型中各个底事件与顶事件之间的数学关系；
[0062]对应关系确定单元460，用于根据海底电力电缆故障树模型中各个底事件与顶事件之间的数学关系，确定海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系。
[0063]采用逻辑数学的方法，将海底故障树模型中的顶事件与底事件的之间各路逻辑关系变化为数学表达式，得出海底故障树模型中顶事件与底事件之间的数学表达式，之后再根据这些数学表达式确定顶事件与各个底事件之间对应关系，严谨的逻辑数学方法，能够确保准确获得海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系。
[0064]如图4所示，在其中一个实施例中，所述海底电力电缆可靠性检测系统还包括:
[0065]故障树模型简化模块600，用于对所述海底电力电缆故障树模型进行规范化和逻辑简化处理，获得简化的海底电力电缆故障树模型。
[0066]对故障树模型进行规范化和逻辑简化处理，以使故障树模型中顶事件与各个底事件之间的对象关系更加清楚直接，便于准确、快速查找到各个底事件与顶事件之间对应的关系。故障树模型的规范化包括事件的处理以及各种逻辑门的变换处理，而逻辑简化过程主要是根据基于数学等效性原则，通过逻辑变换的方法从而使模型简单化。海底电力电缆故障树模型能够更加清楚准确反应顶事件与底事件之间的对应关系。
[0067]如图4所示,在其中一个实施例中,所述参数采集检测模块500具体包括:
[0068]预设周期确定单元520，用于确定预设的海底电力电缆运行工况参数采集周期；
[0069]工况参数采集单元540，用于根据所述预设的海底电力电缆运行工况参数采集周期，采集海底电力电缆运行工况参数；
[0070]可靠性检测单元560，用于根据所述海底电力电缆运行工况参数和海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系，对海底电力电缆进行可靠性检测，获得海底电力电缆可靠性检测结果；
[0071]结果处理单元580，用于将所述海底电力电缆可靠性检测结果存储、推送、显示。
[0072]在获取了最终的海底电力电缆可靠性检测结果之后，为了确保数据的安全，需要对结果数据进行存储以免出现意外情况导致数据丢失，另外结果数据还需要推送并显示给检测人员或者用户，以便相关人员查看。
[0073]为了更进一步详细解释本发明海底电力电缆可靠性检测方法与系统，下面将用“单根海底电力电缆对地击穿”作为故障树的顶事件这一具体实施例结合图5和图6进行详细的解释说明。
[0074]图5是“单根海底电力电缆对地击穿”作为故障树的顶事件的海底电力电缆故障树模型，造成“单根海底电力电缆对地击穿”的故障因子有很多，图5中列出了只要常见的多个故障因子作为底事件，引起海底电力电缆材料的老化击穿分为海底电力电缆老化击穿、水树枝击穿。对于金属阻水护套丧失阻水功能演绎出两种原因:自然因素、外部因素，自然因素包括生物因素、地层运动、化学腐蚀、护套疲劳致损等因素，人为因素包括有各种锚害、渔具破坏、海洋工程施工破坏以及其它人类活动导致的破坏。再对这个海底电力电缆故障树模型进行规范化和逻辑简化处理得到图6所示的海底电力电缆故障树模型。
[0075]在图6中，不同的字母分别指代不同的事件，其详细内容如下:
[0076]T:海底电力电缆对地击穿
[0077]El:XLPE 绝缘老化
[0078]E2:金属阻水护套丧失阻水功能
[0079]E3:人为因素
[0080]E4:自然因素
[0081 ] Xl: XLPE材料老化击穿
[0082]X2: XLPE材料水树枝击穿
[0083]X3:锚害破坏
[0084]X4:渔具破坏
[0085]X5:海底管道、电缆敷设破坏
[0086]X6:疏浚破坏
[0087]X7:钻井破坏
[0088]E5:生物破坏
[0089]X8:目标海域地震破坏
[0090]X9:化学腐蚀破坏
[0091]E6:疲劳老化破坏
[0092]X10:目标海域存在攻击破坏海底电缆的生物
[0093]XI1:涡致振动破坏
[0094]X12:海缆悬垂
[0095]再进行布尔代数运算法则，得到如下数学关系式:
[0096]T=EI+E2 ；
[0097]E1=X1+X2 ；
[0098]E2=E3+E4 ；
[0099]E3=X3+X4+X5+X6+X7 ；
[0100]E4=E5+X8+X9+E6=X8+X9+X12 (X10+X11)；
[0101]解得[0102]T=X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8+X9+X12 (X10+X11)
[0103]根据上述数学关系式，准确获得故障树模型中顶事件与各个底时间之间的对应关系，最后根据采集到海底电力电缆工况参数与故障树模型中顶事件与各个底事件之间的对应关系对海底电力电缆进行可靠性检测。
[0104]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种海底电力电缆可靠性检测方法，其特征在于，包括: 获取海底电力电缆历史故障数据，根据所述海底电力电缆历史故障数据分析获得海底电力电缆故障特点； 根据所述海底电力电缆故障特点，利用故障树分析方法，分析获得海底电力电缆故障因子； 建立以海底电力电缆故障为顶事件，以所述海底电力电缆故障因子为底事件的海底电力电缆故障树模型； 获取海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系； 采集海底电力电缆运行工况参数，根据所述海底电力电缆运行工况参数和海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系，对海底电力电缆进行可靠性检测。
2.根据权利要求1所述的海底电力电缆可靠性检测方法，其特征在于，所述步骤获取海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系具体包括: 获取海底电力电缆故障树模型中各个底事件与顶事件之间的逻辑变换关系； 利用逻辑数学算法，将海底电力电缆故障树模型中各个底事件与顶事件之间的逻辑变换关系转为数学关系，获得海底电力电缆故障树模型中各个底事件与顶事件之间的数学关系; 根据海底电力电缆故障树模型中各个底事件与顶事件之间的数学关系，确定海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系。`
3.根据权利要求1或2所述的海底电力电缆可靠性检测方法，其特征在于，所述建立以海底电力电缆故障为顶事件，以所述海底电力电缆故障因子为底事件的海底电力电缆故障树模型之后还有步骤: 对所述海底电力电缆故障树模型进行规范化和逻辑简化处理，获得简化的海底电力电缆故障树模型。
4.根据权利要求1或2所述的海底电力电缆可靠性检测方法，其特征在于，所述采集海底电力电缆运行工况参数，根据所述海底电力电缆运行工况参数和海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系，对海底电力电缆进行可靠性检测具体包括步骤: 确定预设的海底电力电缆运行工况参数采集周期； 根据所述预设的海底电力电缆运行工况参数采集周期，采集海底电力电缆运行工况参数； 根据所述海底电力电缆运行工况参数和海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系，对海底电力电缆进行可靠性检测，获得海底电力电缆可靠性检测结果; 将所述海底电力电缆可靠性检测结果存储、推送、显示。
5.一种海底电力电缆可靠性检测系统，其特征在于，包括: 故障特点分析模块，用于获取海底电力电缆历史故障数据，根据所述海底电力电缆历史故障数据分析获得海底电力电缆故障特点； 故障因子获取模块，用于根据所述海底电力电缆故障特点，利用故障树分析方法，分析获得海底电力电缆故障因子；故障树模型建立模块，用于建立以海底电力电缆故障为顶事件，以所述海底电力电缆故障因子为底事件的海底电力电缆故障树模型； 事件分析模块，用于获取海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系; 参数采集检测模块，用于采集海底电力电缆运行工况参数，根据所述海底电力电缆运行工况参数和海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系，对海底电力电缆进行可靠性检测。
6.根据权利要求5所述的海底电力电缆可靠性检测系统，其特征在于，所述事件分析模块具体包括: 逻辑变换单元，用于获取海底电力电缆故障树模型中各个底事件与顶事件之间的逻辑变换关系； 数学关系确定单元，用于利用逻辑数学算法，将海底电力电缆故障树模型中各个底事件与顶事件之间的逻辑变换关系转为数学关系，获得海底电力电缆故障树模型中各个底事件与顶事件之间的数学关系； 对应关系确定单元，用于根据海底电力电缆故障树模型中各个底事件与顶事件之间的数学关系，确定海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系。
7.根据权利要求5或6所述的海底电力电缆可靠性检测系统，其特征在于，还包括: 故障树模型简化模块，用于对所述海底电力电缆故障树模型进行规范化和逻辑简化处理，获得简化的海底电力`电缆故障树模型。
8.根据权利要求5或6所述的海底电力电缆可靠性检测方法，其特征在于，所述参数采集检测模块具体包括: 预设周期确定单元，用于确定预设的海底电力电缆运行工况参数采集周期； 工况参数采集单元，用于根据所述预设的海底电力电缆运行工况参数采集周期，采集海底电力电缆运行工况参数； 可靠性检测单元，用于根据所述海底电力电缆运行工况参数和海底电力电缆故障树模型中顶事件与各个底事件之间对应关系，对海底电力电缆进行可靠性检测，获得海底电力电缆可靠性检测结果； 结果处理单元，用于将所述海底电力电缆可靠性检测结果存储、推送、显示。
【文档编号】G01R31/00GK103678929SQ201310717520
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】玉素娇, 陆莹, 郑明 , 李煜东, 孙竞瑜, 刘刚, 曹京荥, 周凡, 胡倩楠, 叶晓君 申请人:中国能源建设集团广东省电力设计研究院