[发明专利]一种基于热路模型分析的海底电缆埋深预测方法

权利要求书

1.一种基于热路模型分析的海底电缆埋深预测方法，其特征在于，所述方法包括：海底电缆的缆芯温度、载流量和埋设环境温度为输入数据，结合具体海底电缆结构参数，建立起三芯电缆并联结构稳态热路模型，基于海底电缆缆芯温度数据，提取数据特征，抛开载流量变化和埋设环境温度变化的影响，利用热路模型实现对海底电缆埋深的预测；

所述三芯电缆并联结构稳态热路模型具体为：

由于三芯电缆通入电流后，电缆会产生功率损耗，并以热能的形式向外传导；电缆各层内外表面的温度梯度与通过各层的热流服从傅里叶导热定律，当电缆温度场达到稳定以后，参考传热学中建立多层材料热路的做法，将相同热阻率的材料归结为一层热阻，其次根据三芯电缆的温度场分布特征，不同结构的边界在同一等温线上时可作为热路模型中的节点；依据海缆的几何结构，将三个线芯支路并联排列，直至填充层处合并为一条支路，得到三芯电缆稳态热路模型；

T₂×[3×(1+λ₁)×I²R+3Q_d]+θ₂＝θ₁ (2)

T₃×[3×(1+λ₁+λ₂)×I²R+3Q_d]+θ₃＝θ₂ (3)

3×(T₃+T₄)×[(1+λ₁+λ₂)×I²R+Q_d]+θ_amb＝θ₂ (4)

由式(1)-(4)得出：

式中，R为导体交流电阻，θ_amb为海底电缆埋设环境温度，θ₃为电缆外护套表面温度，θ₂为铠装层温度，θ₁为绝缘外表面及金属屏蔽层温度，θ₀为缆芯温度，T1为绝缘材料热阻，T₂为内衬层热阻，T₃为外被层热阻，T₄为海底电缆埋设环境热阻，Q_d为单个线芯绝缘及绝缘层屏蔽层的介质损耗，λ₁为单个线芯金属套及屏蔽的损耗因素，λ₂为单个线芯铠装层的损耗因素，海底电缆敷设环境温度和缆芯温度、海底电缆埋设环境热阻的关系，如式(5)所示。

2.根据权利要求1所述的一种基于热路模型分析的海底电缆埋深预测方法，其特征在于，所述抛开载流量变化和埋设环境温度变化的影响：

将输入数据的缆芯温度数据带入三芯电缆稳态热路模型，根据IEC 60287标准计算导体交流电阻R和T₁、T₂、T₃、λ₁、λ₂和Q_d，得到海底电缆导体交流电阻后，根据海缆初始敷设数据和输入数据的载流量数据，计算得出由于载流量变化产生的缆芯温度变化值，将输入数据的缆芯温度数值减去载流量影响的缆芯温度变化值，得到排除载流量变化的缆芯温度数据后，将其减去埋设环境温度变化值就能得到海底电缆在埋深变化后的缆芯温度数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于热路模型分析的海底电缆埋深预测方法，其特征在于，所述利用热路模型计算得出实时埋深数值：

根据海底电缆埋设环境热阻T₄：

式中，ρ_T为海底电缆埋设附近土壤的热阻系数，L为海底电缆埋深，D_e为海底电缆的外被层外径；基于由海底电缆埋深变化得到的缆芯温度数据和公式(6)，通过已知的海底电缆外被层外径和海底电缆埋设附近土壤的热阻系数，便可推算得出海底电缆的埋深值。