复合海底电缆在线状态监测系统应用研究

摘要

近年来海洋采油平台数量不断增加，海底电缆数量随之增多。至2012年渤海区域拥有海底电缆78条，约447公里。随着油田开发及电站并网等工作的需要，将有更多的海底电缆投入应用。采油平台通过海缆并网以后，海底电缆的稳定运行不仅关系到井口平台的生产，同时关系到整个电网的可靠运行。由于海底电缆的特殊运行环境，无法进行常规巡检，缺乏有效的安全管理措施。一旦突发事故，损失巨大。所以对日益增加的海底电力电缆进行在线状态监测对保证采油平台的正常运转具有重要意义。
　　生产海缆时，厂家至少保留了20％以上的冗余光纤，可以利用复合海缆中冗余的光纤，采用光纤布里渊散射原理实施分布式监测海缆的温度及应力变化。这种利用复合海缆中的光纤，不改变现有的海缆结构，无需增加传感器，实现在线连续实时监测，可以预先发现海缆的故障隐患和故障趋势，防止事故突发所带来的被动影响。
　　本文首先提出了复合海底电缆在线状态监测系统的总体方案，介绍了系统硬件设备的参数性能，并提出了上位机软件的设计要求和思路。详细阐述了布里渊散射应用于海缆温度监测、形变监测的理论基础。并利用有限元理论在ANSYS环境中建立了海缆温度场、应力场模型，对系统各相参数、阈值进行了仿真计算。并在模拟运行环境中开展实验，对参数进行了修正。
　　在此基础上，本文设计了系统上位机软件的总体方案，并进行开发实现。系统软件在LabWindows/CVI下开发完成，实现了数据采集、处理、存储和显示等功能。在数据采集和处理中利用基于线程池的多线程技术和基于线程安全队列及线程锁的数据保护机制，提高程序响应速度，满足系统实时性要求。在通信模块中自定义数据传输格式并采用Modbus TCP通信协议，确保数据传输的可靠性，有效解决了数据传输问题。借助数据库技术，设计了光纤温度数据到电缆导体温度映射的快速查询方法。对海缆安全状态分析算法进行了研究与实现，解决了系统数据存储方式、历史查询等关键问题。
　　目前此系统在绥中36-1APP至旅大5-2平台海缆上投入运行并获得连续监测数据，本文对监测系统实测数据进行分析，验证了本项目的可行性。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及意义

1.2课题研究现状

1.3论文的主要研究内容

第2章 海洋石油平台海底电力电缆在线监测方案

2.1电力电缆的分类和监测手段

2.2系统总体方案设计

2.3本章小结

第3章 基于布里渊散射理论的温度、应变检测方案

3.1布里渊频移与温度、应变的关系

3.2计算机建模

3.3 本章小结

第4章 电力电缆在线监测系统的开发

4.1 系统概述

4.2 系统主界面设计

4.3 系统管理模块设计

4.4 显示模块设计

4.5 通信模块设计

4.6 数据操作模块设计

4.7报警处理模块设计

4.8 数据存储模块设计

4.9 数据查询模块设计

4.10本章小结

第5章 系统的安装及实测数据分析

5.1系统安装

5.2监测系统工作实施

5.3实测数据及分析

5.4 本章小结

第6章 结论和展望

6.1本文主要工作及特点

6.2后续工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢