海缆监测系统及其生产方法与流程

本发明涉及海上监测系统，具体而言，涉及一种海缆监测系统及其生产方法。

背景技术：

1、动态海缆广泛应用于海上浮式采油平台、海上可再生能源设备以及海上浮式监测系统上，用于传输电力和通讯信号，同时采用干式铠装和非金属铠装等功能单位为自身提供抗拉强度和弯曲刚度。动态海缆是一种受力位置和受力状态时刻发生变化的特种海缆，相较于静态海缆，其运行工况更加恶劣，服役期内长期承受来自波浪、洋流等海洋环境和平台、浮式基础等系统运动带来的载荷作用，承受反复交变的弯曲和拉伸作用，当曲率和轴向拉伸超过使用极限时容易造成海缆功能失效，因此，实时在线监测动态海缆自身运行状况和周边环境变化对保障海洋浮式设备运行安全意义重大。

2、在动态海缆系统中，动态段和静态段海缆通常通过接头盒连接。动态段长度较短，暴露在阳光中，使之成为载流量瓶颈部位，也是整个电力和通讯传输最危险部位，因此需要重点监测其应力和温度分布，然而平铺在海床与动态段连接的静态段海缆长度较长，监测信号稳定，会造成动态段收集信号衰弱；并且接头盒部位机械性能最差，容易发生断路和断纤故障，影响传输稳定性和可靠性，因此需要单独对动态缆信号进行监测。

3、现有技术中，光纤是一种集通信与传感于一身的功能单元，一种常用的海缆监测系统通常利用冗余纤芯作为监测海缆的传感元器件，但上述动态海缆的光纤一般处于中间位置(即电缆芯的缝隙中)，光纤被置于松套管中且外部设有多重保护结构，当使用此类光纤单元构成分布式传感系统时，一方面它对缆本身的形变监测并不灵敏，对于缆本体发生的极限拉伸和弯曲作用监测效果差，甚至监测不了危险状态，另一方面它接收到的外界信息也较微弱，对周边环境变化(如温度变化、波动变化等)反应迟钝，从而导致对自身运行状况和环境监测效果较差的问题；而另一种常用的海缆监测系统是在海缆的表面安装多个传感器，多个传感器沿海缆的轴向间隔设置，虽然传感器的灵敏度高，但是由于不是分布式系统故存在监测盲区，且当海缆的铺设长度较长时，传感器的数量也需要随之增加，从而导致监测成本高，监测数据误差大。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种海缆监测系统及其生产方法，以解决现有技术中的海缆监测系统对自身应变及周边环境变化监测效果较差的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种海缆监测系统，包括：缆芯单元，包括内护套层、位于内护套层内的多个电缆芯以及位于内护套层内的多个光纤芯；动态缆保护单元，包括位于缆芯单元的外周的动态铠装层、位于动态铠装层外周的外护套层以及设置在动态铠装层内的光纤分布式传感器，动态铠装层包括多根铠装丝，多根铠装丝和光纤分布式传感器共同绞合在内护套层的外周，光纤分布式传感器与铠装丝沿缆芯单元的轴向连续延伸。

3、进一步地，动态缆保护单元包括多个光纤分布式传感器，多个光纤分布式传感器沿缆芯单元的周向间隔设置。

4、进一步地，多个光纤分布式传感器关于缆芯单元的中心轴线呈中心对称分布。

5、进一步地，光纤分布式传感器包括传感光纤、位于传感光纤的外周的保护套以及填充于传感光纤和保护套之间的阻水填充件。

6、进一步地，传感光纤具有沿自身轴线相对设置的第一端和第二端，光纤分布式传感器包括两根传感光纤，两根传感光纤的第二端相连接，两根传感光纤的第一端被构造为与光纤监测设备连接。

7、进一步地，两根传感光纤的第二端熔融连接，光纤分布式传感器还包括位于两根传感光纤熔融连接位置的外周的防护套层。

8、进一步地，缆芯单元沿自身轴线连续设置，海缆监测系统还包括位于缆芯单元的外周的过渡缆保护单元和静态缆保护单元，沿缆芯单元的轴线，动态缆保护单元、过渡缆保护单元和静态缆保护单元依次设置，以形成依次相连接的动态海缆、过渡海缆和静态海缆。

9、进一步地，静态缆保护单元包括位于缆芯单元的外周的静态铠装层和位于静态铠装层的外周的外被层；过渡缆保护单元包括相连接的两个锚固连接构件，锚固连接构件位于缆芯单元的外周，动态铠装层固定于两个锚固连接构件中的第一个锚固连接构件内，静态铠装层固定于两个锚固连接构件中的第二个锚固连接构件内，光纤分布式传感器包括两根传感光纤，两根传感光纤在第一个锚固连接构件内的接纤盘上环接，接纤盘在锚固连接构件内与动态铠装层隔离。

10、进一步地，海缆监测系统还包括位于过渡缆保护单元两侧的弯曲加强件，两个弯曲加强件分别位于动态缆保护单元和静态缆保护单元的外周。

11、根据本发明的另一方面，本发明提供了一种海缆监测系统的生产方法，海缆监测系统的生产方法用于生产上述的海缆监测系统，生产方法包括：将多个电缆芯和多个光纤芯绞合设置，并将内护套层设置在多个电缆芯和光纤芯的外周的缆芯单元形成步骤；将多根铠装丝和光纤分布式传感器绕缆芯单元共同绞合设置的动态铠装层形成步骤；在动态铠装层外周挤制形成外护套层的外护套层形成步骤。

12、进一步地，动态铠装层形成步骤包括：将多根铠装丝连续绞合在缆芯单元的外周，形成沿缆芯单元的轴线方向依次布置的第一层动态铠装层和静态铠装层；将多根铠装丝和光纤分布式传感器绞合在第一层动态铠装层的外周，并绞合覆盖部分静态铠装层，以形成第二层动态铠装层，其中，第一层动态铠装层和第二层动态铠装层的绞合方向相反。

13、进一步地，生产方法还包括：在第二层动态铠装层上标记动态铠装层和静态铠装层的过渡位置；在过渡位置截断第二层动态铠装层和光纤分布式传感器，并将第一层动态铠装层和静态铠装层的连接处截断；将第一层动态铠装层、第二层动态铠装层和光纤分布式传感器固定在两个锚固连接构件中的第一个锚固连接构件内；将光纤分布式传感器的两根传感光纤在第一个锚固连接构件内的接纤盘上环接，采用机械密封方式密封整个第一个锚固连接构件的腔体；将静态铠装层固定在两个锚固连接构件中的第二个锚固连接构件内；连接两个锚固连接构件，以形成过渡缆保护单元。

14、应用本发明的技术方案，第一，相对于现有技术中的利用动态海缆中处于中间位置的纤芯来作为监测海缆的传感器元件而言，本实施例中，通过额外在动态铠装层内设置光纤分布式传感器，可利用布里渊散射原理集中并准确地监测动态海缆自身形变(如极限拉伸、弯曲和危险状态等)和周边环境变化(如温度等)，提高监测效果；第二，相对于现有技术中在动态海缆的表面安装多个传感器而言，本实施例中，多根铠装丝和光纤分布式传感器共同绞合在缆芯单元的外周，且光纤分布式传感器沿缆芯单元的轴向连续延伸，这样，可以沿缆芯单元的轴线连续监测，避免在缆芯单元的轴向出现监测盲区。

技术特征：

1.一种海缆监测系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的海缆监测系统，其特征在于，所述动态缆保护单元包括多个所述光纤分布式传感器(15)，多个所述光纤分布式传感器(15)沿所述缆芯单元的周向间隔设置。

3.根据权利要求2所述的海缆监测系统，其特征在于，多个所述光纤分布式传感器(15)关于所述缆芯单元的中心轴线呈中心对称分布。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的海缆监测系统，其特征在于，所述光纤分布式传感器(15)包括传感光纤(151)、位于所述传感光纤(151)的外周的保护套(152)以及填充于所述传感光纤(151)和所述保护套(152)之间的阻水填充件(153)。

5.根据权利要求4所述的海缆监测系统，其特征在于，所述传感光纤(151)具有沿自身轴线相对设置的第一端和第二端，所述光纤分布式传感器(15)包括两根所述传感光纤(151)，两根所述传感光纤(151)的第二端相连接，两根所述传感光纤(151)的第一端被构造为与光纤监测设备(100)连接。

6.根据权利要求5所述的海缆监测系统，其特征在于，两根所述传感光纤(151)的第二端熔融连接，所述光纤分布式传感器(15)还包括位于两根所述传感光纤(151)熔融连接位置的外周的防护套层(156)。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的海缆监测系统，其特征在于，所述缆芯单元沿自身轴线连续设置，所述海缆监测系统还包括位于缆芯单元的外周的过渡缆保护单元和静态缆保护单元，沿所述缆芯单元的轴线，所述动态缆保护单元、所述过渡缆保护单元和所述静态缆保护单元依次设置，以形成依次相连接的动态海缆(1)、过渡海缆(3)和静态海缆(2)。

8.根据权利要求7所述的海缆监测系统，其特征在于，所述静态缆保护单元包括位于所述缆芯单元的外周的静态铠装层(24)和位于所述静态铠装层(24)的外周的外被层(25)；

9.根据权利要求7所述的海缆监测系统，其特征在于，所述海缆监测系统还包括位于所述过渡缆保护单元的两侧的弯曲加强件，两个所述弯曲加强件分别位于所述动态缆保护单元和所述静态缆保护单元的外周。

10.一种海缆监测系统的生产方法，其特征在于，所述海缆监测系统的生产方法用于生产权利要求1至9中任一项所述的海缆监测系统，所述生产方法包括：

11.根据权利要求10所述的海缆监测系统的生产方法，其特征在于，所述动态铠装层形成步骤包括：

12.根据权利要求11所述的海缆监测系统的生产方法，其特征在于，所述生产方法还包括：

技术总结
本发明提供了一种海缆监测系统及其生产方法。海缆监测系统，包括：缆芯单元，包括内护套层、位于内护套层内的多个电缆芯以及位于内护套层内的多个光纤芯；动态缆保护单元，包括位于缆芯单元的外周的动态铠装层、位于动态铠装层外周的外护套层以及设置在动态铠装层内的光纤分布式传感器，动态铠装层包括多根铠装丝，多根铠装丝和光纤分布式传感器共同绞合在内护套层的外周，光纤分布式传感器与铠装丝沿缆芯单元的轴向连续延伸。本发明的技术方案解决了现有技术中的海缆监测系统对自身应变及周边环境变化监测效果较差的问题。

技术研发人员：陈珍珍,顾春飞,牛学超,邱兴宇,孙杰,陆建佳,顾浩然,陈紫薇,潘盼,鲍俊先,聂影,刘利刚,朱井华,曹凯
受保护的技术使用者：中天科技海缆股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13