本文選題：復(fù)合海底電纜　切入點：在線監(jiān)測　出處：《華北電力大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：近年來海洋采油平臺數(shù)量不斷增加,海底電纜數(shù)量隨之增多。至2012年渤海區(qū)域擁有海底電纜78條,約447公里。隨著油田開發(fā)及電站并網(wǎng)等工作的需要,將有更多的海底電纜投入應(yīng)用。采油平臺通過海纜并網(wǎng)以后,海底電纜的穩(wěn)定運行不僅關(guān)系到井口平臺的生產(chǎn),同時關(guān)系到整個電網(wǎng)的可靠運行。由于海底電纜的特殊運行環(huán)境,無法進(jìn)行常規(guī)巡檢,缺乏有效的安全管理措施。一旦突發(fā)事故,損失巨大。所以對日益增加的海底電力電纜進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測對保證采油平臺的正常運轉(zhuǎn)具有重要意義。生產(chǎn)海纜時,廠家至少保留了20%以上的冗余光纖,可以利用復(fù)合海纜中冗余的光纖,采用光纖布里淵散射原理實施分布式監(jiān)測海纜的溫度及應(yīng)力變化。這種利用復(fù)合海纜中的光纖,不改變現(xiàn)有的海纜結(jié)構(gòu),無需增加傳感器,實現(xiàn)在線連續(xù)實時監(jiān)測,可以預(yù)先發(fā)現(xiàn)海纜的故障隱患和故障趨勢,防止事故突發(fā)所帶來的被動影響。本文首先提出了復(fù)合海底電纜在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的總體方案,介紹了系統(tǒng)硬件設(shè)備的參數(shù)性能,并提出了上位機軟件的設(shè)計要求和思路。詳細(xì)闡述了布里淵散射應(yīng)用于海纜溫度監(jiān)測、形變監(jiān)測的理論基礎(chǔ)。并利用有限元理論在ANSYS環(huán)境中建立了海纜溫度場、應(yīng)力場模型,對系統(tǒng)各相參數(shù)、閾值進(jìn)行了仿真計算。并在模擬運行環(huán)境中開展實驗,對參數(shù)進(jìn)行了修正。在此基礎(chǔ)上,本文設(shè)計了系統(tǒng)上位機軟件的總體方案,并進(jìn)行開發(fā)實現(xiàn)。系統(tǒng)軟件在Lab Windows/CVI下開發(fā)完成,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、處理、存儲和顯示等功能。在數(shù)據(jù)采集和處理中利用基于線程池的多線程技術(shù)和基于線程安全隊列及線程鎖的數(shù)據(jù)保護(hù)機制,提高程序響應(yīng)速度,滿足系統(tǒng)實時性要求。在通信模塊中自定義數(shù)據(jù)傳輸格式并采用Modbus TCP通信協(xié)議,確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?有效解決了數(shù)據(jù)傳輸問題。借助數(shù)據(jù)庫技術(shù),設(shè)計了光纖溫度數(shù)據(jù)到電纜導(dǎo)體溫度映射的快速查詢方法。對海纜安全狀態(tài)分析算法進(jìn)行了研究與實現(xiàn),解決了系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲方式、歷史查詢等關(guān)鍵問題。目前此系統(tǒng)在綏中36-1APP至旅大5-2平臺海纜上投入運行并獲得連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù),本文對監(jiān)測系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,驗證了本項目的可行性。
[Abstract]:In recent years, the number of offshore oil production platforms has been increasing, and the number of submarine cables has increased.By 2012, the Bohai Sea region has 78 submarine cables, about 447 km.With the need of oilfield development and grid connection, more submarine cables will be applied.The stable operation of submarine cable is not only related to the production of wellhead platform, but also to the reliable operation of the whole power network.Due to the special operating environment of submarine cables, it is impossible to carry out routine inspection and lack of effective safety management measures.In the event of an accident, the losses are enormous.Therefore, it is very important to monitor the online status of the submarine power cable to ensure the normal operation of the oil recovery platform.In the production of submarine cable, the manufacturer retains at least 20% of the redundant optical fiber, which can be used to monitor the temperature and stress of the submarine cable by using the principle of Brillouin scattering and the principle of Brillouin scattering.By using the optical fiber in the composite submarine cable, without changing the existing cable structure and without adding sensors, the on-line continuous real-time monitoring can be realized, and the hidden trouble and the fault trend of the submarine cable can be detected in advance, and the passive influence brought by the sudden accident can be prevented.In this paper, the overall scheme of the compound submarine cable on-line state monitoring system is put forward, the parameter performance of the system hardware equipment is introduced, and the design requirements and ideas of the upper computer software are put forward.The theoretical basis of Brillouin scattering applied to temperature monitoring and deformation monitoring of submarine cable is described in detail.Based on the finite element theory, the temperature field and stress field model of submarine cable are established in ANSYS environment, and the system parameters and threshold are simulated.Experiments were carried out in the simulated operating environment, and the parameters were modified.On this basis, this paper designs the overall scheme of the system host computer software, and carries on the development realization.The system software is developed under Lab Windows/CVI, and the functions of data acquisition, processing, storage and display are realized.In data acquisition and processing, the multi-thread technology based on thread pool and the data protection mechanism based on thread safety queue and thread lock are used to improve the program response speed and meet the real-time requirements of the system.In the communication module, the data transmission format is defined and the Modbus TCP protocol is adopted to ensure the reliability of the data transmission, and the problem of data transmission is effectively solved.With the help of database technology, a fast query method from optical fiber temperature data to cable conductor temperature mapping is designed.The security state analysis algorithm of submarine cable is studied and implemented, and the key problems such as system data storage method, history query and so on are solved.At present, the system is put into operation on the submarine cable of Suizhong 36-1APP to Lunda 5-2 platform and continuous monitoring data are obtained. This paper analyzes the measured data of the monitoring system and verifies the feasibility of the project.
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P756.1;P715.5

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本文編號：1703892