(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111285068.5 (22)申请日 2021.11.01 (71)申请人 国家电网有限公司 地址 100031 北京市西城区西长安 街86号 申请人 国网浙江省电力有限公司电力科 学 研究院　 中国电力科 学研究院有限公司 (72)发明人 李乃一　张振鹏　邵先军　刘黎　 王少华　陶瑞祥　任广振　姜文东　 周象贤　曹俊平　李特　王振国　 (74)专利代理 机构 浙江翔隆专利事务所(普通 合伙) 33206 代理人 张建青 (51)Int.Cl. G06F 30/10(2020.01)G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G01D 21/02(2006.01) G01R 31/58(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种海底电缆复合检测与故障诊断方法及 系统 (57)摘要 本发明公开了一种海底电缆复合检测与故 障诊断方法及系统。 本发明的诊断方法包括： 建 立海底电缆数据库； 对海底电缆进行几何建模， 得到海底电缆模 型， 并进行含三棱柱与六面体的 复合网格划分； 根据海底电缆数据库设置海底电 缆模型的物 性参数与边界条件， 并对海底电缆模 型采用传热方程、 力学方程和电学方程进行多场 耦合， 建立热 ‑流‑固多场耦合仿真模型； 在海底 电缆运行的监测过程中， 将海底电缆数据库中的 数据与之后的海底电缆检测值进行对比， 诊断海 缆故障状态。 本发明使仿真结果更加贴合实际， 将仿真结果运用到海底电缆的监测过程中， 实现 具体环境与运行工况下的参数分析， 并与检测系 统联合实现高精度的故障诊断。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 114065317 A 2022.02.18 CN 114065317 A 1.一种海底电缆复合检测与故障诊断方法， 其特 征在于， 包括： 采用检测系统实时检测海底电缆的参数， 建立海底电缆数据库； 对海底电缆进行几何建模， 得到海底电缆模型， 并进行含三棱柱与六面体的复合网格 划分； 根据海底电缆数据库设置海底电缆模型的物性参数与边界条件， 并对海底电缆模型采 用传热方程、 力学 方程和电学 方程进行耦合， 建立热 ‑流‑固多场耦合仿真模型； 利用热‑流‑固多场耦合仿真模型仿真， 得到海底电缆参数的仿真结果， 将仿真结果与 海底电缆数据库进 行对比， 以验证仿真结果的准确性； 验证不准确则重新进行仿 真建模， 若 验证准确则对其 余可能出现的复杂运行环境与工况进行仿真， 并补充至海底电缆数据库； 在海底电缆运行的监测过程中， 将海底电缆数据库中的数据与之后的海底电缆实时检 测值进行对比， 诊断海底电缆故障状态。 2.根据权利要求1所述的海底电缆复合检测与故障诊断方法， 其特征在于， 所述热 ‑流‑ 固多场耦合仿真模型的几何部分包括海底电缆本身、 周围的土壤以及海底电缆上方的洋 流， 在边界条件中设置各个几何部分的物性 参数。 3.根据权利要求1或2所述的海底电缆复合检测与故障诊断方法， 其特征在于， 所述热 ‑ 流‑固多场耦合仿真模型为稳态， 洋流采用速度入口、 压力出口， 根据所处季节设置为对应 的温度， 在洋流与土壤交界的位置上实现温度的耦合， 通过电热相关方程计算各个部分的 发热功率， 并同时考虑热膨胀。 4.根据权利要求1或2所述的海底电缆复合检测与故障诊断方法， 其特征在于， 所述的 检测系统包括分布式光纤传感系统和电流监测系统； 分布式光纤传感系统由外部电源驱 动， 分布式光纤传感器采集海底电缆内部的温度、 应力及振动信息， 将采集到的数据经过 模/数转换器的转换输送给信号处理模块， 并最 终传输至用户端的显示器上； 电流监测系统 用于采集海底电缆的电流 值。 5.根据权利要求4所述的海底电缆复合检测与故障诊断方法， 其特征在于， 所述分布式 光纤传感系统中， 分布式光纤传感器为核心设备， 经 由光源驱动单元与激光发生装置发出 光信号并与探测激光进行相 干； 采用光纤耦合器分配光信号至光电转换单元， 由信号处理 单元处理电信号并显示在对应的显示单 元上。 6.根据权利要求1或2所述的海底电缆复合检测与故障诊断方法， 其特征在于， 由于海 底电缆模型的几何形状差别， 在不同的几何部位分别采用三 棱柱或六面体的网格划分。 7.根据权利要求1或2所述的海底电缆复合检测与故障诊断方法， 其特征在于， 所述的 海底电缆模型采用ANSYS中的mesh模块对 模型进行网格划分。 8.根据权利要求7所述的海底电缆复合检测与故障诊断方法， 其特征在于， 海底电缆上 部的流体与海底电缆周围海床部分的土壤完全采用六面体网格， 而海底电缆的网格包括六 面体网格与三棱柱网格， 不同的网格模式通过method确定， 并且在细小的位置处进行网格 的加密。 9.一种海底电缆复合检测与故障诊断系统， 其特 征在于， 包括： 海底电缆数据库建立单元： 采用检测系统实时检测海底电缆的参数， 建立海底电缆数 据库； 复合网格划分单元： 对海底电缆进行几何建模， 得到海底电缆模型， 并进行含三棱柱与权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114065317 A 2六面体的复合网格划分； 仿真模型建立单元： 根据海底电缆数据库设置海底电缆模型的物性参数与边界条件， 并对海底电缆模型采用传热方程、 力学方程和电学方程进行耦合， 建立热 ‑流‑固多场耦合 仿真模型； 海底电缆数据库验证及补充单元： 利用热 ‑流‑固多场耦合仿真模型仿真， 得到海底电 缆参数的仿 真结果， 将仿 真结果与海底电缆数据库进 行对比， 以验证仿 真结果的准确性； 验 证不准确则重新进行仿 真建模， 若验证准确则对其余可能出现的复杂运行环境与工况进 行 仿真， 并补充至海底电缆数据库； 海底电缆故障状态诊断单元： 在海底电缆运行的监测过程中， 将海底电缆数据库中的 数据与之后的海底电缆实时检测值进行对比， 诊断海底电缆故障状态。 10.根据权利要求9所述的海底电缆复合检测与故障诊断系统， 其特征在于， 所述热 ‑ 流‑固多场耦合仿真模型 的几何部分包括海底电缆本身、 周围的土壤以及海底电缆上方 的 洋流， 在边界条件中设置各个几何部分的物性 参数； 所述热‑流‑固多场耦合仿真模型为稳态， 洋流采用速度入口、 压力出口， 根据 所处季节 设置为对应的温度， 在洋流与土壤交界的位置上实现温度的耦合， 通过电热相关方程计算 各个部分的发热功率， 并同时考虑热膨胀。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114065317 A 3