海底光缆锚害的有限元分析

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三芯光纤复合海缆接地故障有限元建模与仿真

ＬＩＵＪｕａｎ，ＹＡＮＧＺｈｉ，ＬｉｉＡｎ－ｑｉａｎｇ
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ０７１００体与铅合金护套的击穿电阻模拟接地故障选用solid69solid90单元仿真海缆导体层及非导体层采用智能划分和扫掠划分相结合的方式对建立的海缆模型进行网格划分通过仿真分析获得故障电流分布和缆体温度分布
２０１７年第２期总第２００期
光通信研究
ＳＴＵＤＹＯＮＯＰＴＩＣＡＬＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴ１０ＮＳ
ｇｒｏｕｎｄｉｎｇｆａｕｌｔ．ＴｈｅｎｗｅｕｓｅｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅＳＯＬＩＤ６９，ＳＯＬＩＤ９０ｔＯｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｓｕｂｍａｒｉｎｅｃａｂｌｅｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｙｅｒｕｎｉｔａｎｄｎｏｎｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｙｅｒ．ＷｅａｌｓｏｃｏｍｂｉｎｅｔｈｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅｄｉｖｉｓｉｏｎａｎｄｓｗｅｅｐｄｉｖｉｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｔＯｍｅｓｈｃａｂｌｅｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ

500kV海南联网工程海底电缆风险分析及修复方法

500kV海南联网工程海底电缆风险分析及修复方法【摘要】海南联网工程是中国第一个500kV超高压、长距离、较大容量的跨海联网工程，也是继加拿大本土与温哥华岛交流跨海联网工程之后、世界上第二个同类工程。

文章研究了500kV海底电缆在运营过程中所承受的各种损伤风险以及相应的修复方法，并且详细叙述通过OTDR对海底电缆故障定位的方法。

【关键词】500kV海底电缆;损伤风险;OTDR引言海底电缆路由北起广东省徐闻县的南岭村，自北向南穿越琼州海峡西段的北部堆积区、北部侵蚀-堆积区、中央深槽、南部隆起带和南部近岸侵蚀-堆积区共5个地貌单元，到达海南省澄迈县林诗村，路由最大水深97米，正因为海底电缆所处琼州海峡，每年过往轮船11万艘，外轮2000余艘，两岸近海捕捞、养殖活动频繁，船舶抛锚和渔业活动严重威胁海底电缆安全。

因此保卫海底电缆的安全稳定运行是在南方电网公司工作的重中之重。

该文针对海南联网工程海底电缆的运维现状，进行全面细致的风险分析及修复方法的介绍。

1.损伤1.1 受损原因在海底电缆的150年历史中，海底通信电缆和电力电缆的故障主要都是由渔具和锚的伤害而造成的。

图1显示的是造成大西洋中的通信电缆损伤的原因，如捕鱼作业、锚损伤、自由悬挂、鱼类咬伤、地震或泥沙运动等等。

除了图中给出的原因之外，也报道过一些其他原因，其中包括在菲律宾和其他地方炸鱼所造成的电缆损伤。

下面，我将对一些海底电缆受损的危害进行讨论。

图1 大西洋中的通讯电缆的损伤原因海底电缆故障的维修费用昂贵，而且往往需要相当长的时间，因为修理船只并不总是随叫随到的，而且天气条件可能会阻碍修复电缆数周甚至数月。

但由于通讯业的发展，世界各国安装了大量的海底通信电缆。

而海底电力电缆往往具有较大的直径以及更高的强度。

自2009年6月30日海南联网工程海底电缆带点投运至今，通过南方电网超高压输电公司广州局海口分局运行与监视班统计得出以下图表。

表1 2009-2013年在海南联网工程海底电缆保护区发生的船舶抛锚、异常中渔船与货船的数据类别抛锚事件（艘/次）异常事件（艘/次）小计（艘/次）百分比渔船45 127 172 47.25%货船30 97 127 34.89%油船 3 9 12 3.30%拖船 1 5 6 1.65%工程船 1 2 3 0.83%沙船 1 0 1 0.27%护航船0 1 1 0.27%海警船 1 0 1 0.27%未知类别10 31 41 11.27%总计92 272 364 100%由以上图表可以看出，无论是抛锚还是船速异常，居首位的都是渔船，其次是货船，这两个原因占据所有事件的82.14%，所以海缆受外力破坏的主要风险就是渔船捕鱼和货船抛锚。

关于海缆敷设的研究分析·

关于海缆敷设的研究分析·摘要：海底电缆是海上油气及海上风电系统重要的组成部分，在其生产中发挥着重要的作用。

海底电缆敷设质量的好坏对整个系统的寿命和效益产生重要影响。

近几年，随着海上风电设施的快速发展，海底电缆从敷设长度、比重、直径及接头制作等方面都比常规电缆敷设技术有了更高的要求。

海缆与的陆上缆，在运行环境、敷设方式、电缆本体结构以及金属套接地方式上均有很大的不同，为了高海缆线路的安全可靠性，应对海缆敷设进行研究。

关键词：海缆敷设；问题；保护一、海缆敷设常见问题及解决措施1.打扭问题电缆打扭和打圈损伤电缆是海底电缆敷设时需要特别注意避免的问题。

海底电缆打扭的原因有：（1）电缆放出时因旋转产生打扭；（2）敷设张力为零时，由于电缆铠装的扭应力造成电缆打扭；（3）电缆过长导致打扭。

防止打扭的主要措施常有：（1）使敷设船的退扭架保持适当的退扭高度；（2）敷设过程中始终要保持一定的张力，张力不能超过电缆的最大许可值。

通常靠控制入水角控制张力，一般在敷设施工中海缆入水角保持在30~60°之间，其张力可控制在海缆许可的张力范围之内。

（3）控制海缆每次送出的长度不大于2m，来防止海缆打扭和拉伤。

（4）在陆地牵引阶段和海缆登平台时也常会出现海缆的打扭状况，需关注。

2.电缆的过驳问题电缆过驳时易出现拉力超标、电缆打扭等故障，对电缆的敷设寿命和使用安全至关重要。

电缆过驳前需做好如下工作：（1）过驳状态船舶运动计算分析；（2）电缆扭转分析；（3）过驳状态下电缆位形计算分析。

通常如下原因易导致电缆过驳风险：（1）船舶相对运动；（2）设备故障；（3）船舶就位错误；（4）电缆收放缆不同步；（5）海水流速；（6）船舶碰撞；（7）锚缆交缠。

电缆过驳时应采取如下措施：（1）首先将设备机具检查调试完毕；（2）两船依照设计船位就位；（3）将电缆从动力转盘中牵出进行捯驳，同时带备用钢缆，防止意外；（4）采用顺流站位方式，减少流阻力；（5）电缆位形一般5m和10m为安全的船间距离.3.牵引问题电缆牵引工作通常在平台终端和陆地终端敷设时进行。

浅析海底电缆的基础知识与结构

浅析海底电缆的基础知识与结构摘要：海底电缆是铺设于海洋底部的电缆，用于海上电力传输和电信传输。

随着国家海洋战略的发展和绿色能源应用的推广，给海底电缆产品提供了极大的市场。

本文通过对海底电缆的介绍，希望给相关人员的学习和研究提供一些参考。

关键词：海底电缆；电缆结构引言海底电缆输电工程是跨海域联网工程建设的重要组成部分，在实现电网国际化、区域电网互联进程中，具有重要意义。

1 海底电缆结构组成海底电缆是由导体，绝缘和保护绝缘不受机械损伤，化学侵蚀，潮汐作用的重型保护层组成。

1.铜导体2.导体屏蔽(HDPE)3.绝缘层（XLPE）4.绝缘屏蔽（HDPE）5.半导电阻水带6.金属屏蔽7.铜带8.阻水带9.PE护套 10.OP光单元 11.PE填充条 12.PP绳 13.钢丝铠装 14.PP绳图1 海缆典型结构图1.1 导体导体用于承载电流，通常由铜或铝组成，主要有以下几种类型：实心导体、圆单线绞合导体、型线导体和分割导体。

实心导体，导体是由实心单芯构成，IEC标准的I类导体。

这种导体通常用于截面积400mm2及以下的场合。

这种导体制作容易，具有天然良好的纵向阻水性能。

缺点是刚度大，弯曲性能差，绝缘层和导体易产生滑动。

圆单线绞合导体，大多数海底电缆的导体由圆单丝绞合而成，IEC标准的2类导体。

单丝在绞线机上逐层绞合。

导体通过模具或辊轮装置紧压，既可以逐层紧压，也可绞合后紧压。

紧压减小了单丝间的间隙，填充系数可以达到92%。

大截面导体会产生附加的磁损耗，减少电缆载流量，同时单丝或导线可通过电气绝缘减少“临近效应”，但不能减少“趋肤效应”。

型线导体，导体由截面呈块状的单线构成，在绞线机上，单丝完整绞合成圆形的导体，填充系数可达96%或更高，导体表面非常光滑。

大截面高压直流海底电缆常用此类导体。

IEC标准并未包括型线导体，较少采用。

图2 型线导体分割导体，分割导体由美国人liken发明，为了减少趋肤效应的一种导体设计。

有限元法在海洋工程中的应用研究

有限元法在海洋工程中的应用研究一、绪论海洋工程是指利用海洋资源开发和利用海洋的设备和建筑物的工程，包括海底管道、油井平台、海上风电场、船舶、港口、海岸工程等。

由于海洋环境的复杂性以及海洋工程常受到海洋波浪、风、潮流、漂流、盐雾腐蚀等威胁，因此在设计、建造和运行海洋工程时需要采用先进的计算分析方法，以保证工程的可靠性和安全性。

有限元法作为一种求解结构力学问题的数值计算方法，已经在海洋工程领域得到了广泛的应用，本文旨在探讨有限元法在海洋工程中的应用研究现状和未来发展趋势。

二、有限元法基本原理有限元法是求解物理问题的一种数值计算方法。

在有限元法中，将结构划分为若干个有限元单元，每个单元为简单的几何体，如三角形、四边形、六面体等，再根据物理定律建立单元之间的相互关系，得到一个大规模的矩阵方程组，通过求解该方程组得到所求解的结构力学问题的解。

三、有限元法在海洋工程中的应用领域1. 海底管道计算海底管道作为石油、天然气输送的主要方式之一，设计和建造复杂，在波浪、潮流、地质条件、锚固泊系等因素的共同作用下，容易发生断裂、折断、拉伸、塌陷等问题。

有限元法可以求解管道在不同条件下的应力、变形、振动、疲劳等问题，对于评估和验证管道设计方案、校验管道安全性以及修复管道损坏地区具有重要的应用价值。

2. 油井平台计算油井平台是钻探、采油、储油等一系列油田开发的核心设备，其建造过程复杂，需要考虑到地面不均、浪高、风速等因素对平台的影响。

有限元法可以对平台进行应力、变形、振动等分析，据此制定施工方案、加强结构设计和预防灾害事故具有程度不容忽视的作用。

3. 海上风电场计算海上风电场是指在海洋区域内建设的风力发电机组，其工程建设、运行维护等都需要对风速、波浪、海流等复杂的海洋环境因子进行分析和评估。

有限元法可以模拟不同波高、风速、气候环境下结构的受力情况，根据计算结果调整工程设计方案，保障海上风电场的安全运营。

4. 船舶结构计算船舶是海洋运输工具的代表，其结构设计和构造复杂，且在海上航行过程中受到多种因素的影响，例如波浪、风力、雨雪等，容易出现漏水、断裂等问题。

海上风电场220kV海底电缆锚害故障抢修案例分析

—139—《装备维修技术》2021年第9期海上风电场220kV 海底电缆锚害故障抢修案例分析沈方超张亚鹏（浙江华东工程咨询有限公司，浙江杭州 310000）摘要：通过一例220kV 海底电缆受锚害后修复过程分析，对海缆故障点定位及海缆接头制作过程进行介绍，为海上风电项目海缆故障处理提供一个可行的案例，希望为以后同类修复工程提供一定的经验和借鉴。

关键词：220kV 海缆；锚害；故障点定位；修复1 引言海上风电具有资源丰富、发电利用小时数高、不占用土地、不消耗水资源和适宜大规模开发的特点，目前我国东部沿海地区海上风电发展势头迅猛。

其中，海缆承担了海上风电场升压站、陆上集控中心及风机间电力传输和通信的任务，是海上风电场的重要“经脉”，一旦出现故障，将直接中段海上风电场的通信且浪费电能。

海缆敷设完成后，存在因附近渔船及相邻工程施工船舶抛锚导致海缆受损的可能性，因此，准确定位海缆锚害故障点并对海底电缆及时进行修复对于海上风电场稳定运行具有十分重要的意义[1]。

2 海缆故障经过江苏如东某海上风电项目220kV 北线海底电缆发生线路故障， 2021年1月20日10时02分，26S2线路保护动作，开关跳闸。

工作人员检查故障录波和保护装置报文：A 相差动保护动作，故障时A 相二次电压下降，故障测距18.416km ，B 、C 相无故障电流及明显电压下降。

初步判断为26S2线220kV 海缆A 相离岸18.416km 处存在接地故障。

3 海缆故障点定位故障发生后，需要对故障点进行定位以便后续海缆抢修工作展开。

工作人员对该陆上集控中心电缆进行绝缘及电缆故障定位测试，确定线路故障点，绝缘检测（5000V ）测试结果显示：A 相对地0M Ω，B 相、C 相对地正常，在陆上集控中心220kV GIS 户外套管用电缆故障定位仪（电桥法）对26S2线海缆进行故障测距，测试结果显示：A 相在离岸18.34km 处有明显接地特征。

鱼雷锚拉拔过程的三维有限元模拟分析

山东农业大学学报(自然科学版),2024,55(2):262-269Journal of Shandong Agricultural University ( Natural Science Edition )VOL.55 NO.2 2024 doi:10.3969/j.issn.1000-2324.2024.02.016鱼雷锚拉拔过程的三维有限元模拟分析桑梓涵1，赵秋红2，吴多华1，张健1*，高强1，姚凯31. 山东农业大学水利土木工程学院，山东泰安 2710182. 济南黄河路桥建设集团有限公司，山东济南 2500003. 山东大学深圳研究院，深圳 518057摘要：随着海洋风电由浅海走向深海，固定式海洋平台逐渐被漂浮式海洋平台取代。

鱼雷锚基础作为漂浮式锚泊系统的基础部件，克服了固定式锚泊系统在安装过程中依赖水深等特点，成为海洋风电走向深海的“主力军”。

为研究鱼雷锚基础的拉拔特性，本文基于PLAXIS 3D有限元软件开展了鱼雷锚拉拔过程的数值模拟研究，分析了鱼雷锚贯入土体后的最终贯入深度、倾斜状态对拉拔位移和鱼雷锚变形的影响规律。

研究结果表明，鱼雷锚的拉拔位移随贯入深度的增加而减小，并且对鱼雷锚进行倾斜可有效减小鱼雷锚的拉拔位移。

该研究成果可为鱼雷锚的设计和安装提供有益的借鉴与参考。

关键词：鱼雷锚；有限元分析；拉拔位移；鱼雷锚变形中图法分类号：U675.922文献标识码： A文章编号：1000-2324（2024）02-0262-08Three-dimensional Finite Element Simulation Analysis of Torpedo Anchor Pulling ProcessSANG Zi-han1, ZHAO Qiu-hong2, WU Duo-hua1, ZHANG Jian1*, GAO Qing1, YAO Kai31. School of Water Conservancy and Civil Engineering/Shandong Agricultural University, Tai'an 271018, China2. Jinan Yellow River Road and Bridge Construction Group Co., Ltd., Jinan 250000, China3. Shenzhen Research Institute of Shandong University, Shenzhen 518057, ChinaAbstract: With the offshore wind power from shallow sea to deep sea, fixed offshore platforms are gradually replaced by floating offshore platforms. As the fundamental part of a floating mooring system, the torpedo anchor foundation eliminates the installation-related drawbacks of a fixed mooring system, such as reliance on water depth, and serves as the "main force" of marine wind power to the deep sea. This paper used PLAXIS 3D finite element software to conduct a numerical simulation study of the torpedo anchor pull-out process to investigate the pull-out characteristics of torpedo anchor foundations. The pull-out displacement and torpedo anchor deformation were studied in relation to the torpedo anchor's ultimate penetration depth and inclination condition after it has penetrated the soil. The findings indicate that as penetration depth increases, the torpedo anchor's pullout displacement reduces. Additionally, the slant of torpedo anchors can effectively lower this pullout displacement. The research results can provide useful reference for the design and installation of torpedo anchor. Keywords: Torpedo anchor; finite element analysis; pulling displacement; torpedo anchor deformation由于近海空间资源有限，海上风能开发逐步由浅海向深海迈进，在此过程中，固定式支撑结构被漂浮式支撑结构替代。

三芯光纤复合海底电缆超负荷运行有限元建模

（１．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＺｈｏｕｓｈａｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｍｐａｎｙｏｆＺｈｅｊｉａｎｇＰｏｗｅｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｚｈｏｕｓｈａｎ３１６０２１，Ｃｈｉｎａ；２．ＺｈｅｊｉａｎｇＺｈｏｕｓｈａｎＭａｒｉｎｅＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｏｕｓｈａｎ３１６０２１，Ｃｈｉｎａ；
林晓波一。何旭涛．一，陈国志，郑新龙。吕安强。。刘娟。（１．国网浙江省电力公司舟山供电公司，浙江舟山３１６０２１；２．浙江舟山海洋输电研究院有限公司，浙江舟山３１６０２１
３．华北电力大学电子与通信工程系，河北保定０７１００３）
３．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ０７１００３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔＯｏｂｔａｉｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅ—ｃｏｒｅｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｕｂｍａｒｉｎｅｃａｂｌｅｏｖｅｒｌｏａｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｄｉ～ｔｉｏｎ．ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｏｆｔｈｒｅｅ—ｃｏｒｅｃａｂｌｅｓｅｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌａｎｄｓｅａｍｏｄｅｌａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙＡＮＳＹＳＹｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．１２０，１４０，１６０，１８０ａｎｄ２００ｏｆｔｈｅｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｒｅａｐ～ｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｌａｎｄａｎｄｓｕｂｍａｒｉｎｅｃａｂｌｅｍｏｄｅ１．Ｉｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅ１ａｎｄｃａｂｌｅｍｏｄｅｌｆｉｒｓｔｒｅａｃｈｅｓｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｒａｔｉｏｏｆｓｕｂｍａｒｉｎｅｃａ～ｂｌｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ９０ ℃ ．Ｗｅａｌｓｏｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｅｍｅｒｇｅｎｃｙｔｉｍｅｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｗｈｅｎｔｈｅｔｈｒｅｅ—ｃｏｒｅｃａｂｌｅｏｖｅｒｌｏａｄｉｎｔｈｅｌｏｗｅｒｃａｓｅ，ｔｈｅｅｍｅｒｇｅｎｃｙｔｉｍｅｐｅｒｉｏｄｉｎｔｈｅｓｕｂｍａｒｉｎｅｉｓｌｏｎｇｅｒｔｈａｎｔｈａｔｉｎｔｈｅｌａｎｄｉｎｇａｒｅａ．Ｔｈｅｅｍｅｒｇｅｎｃｙｔｉｍｅｄｉｆｆｅｒ～ｅｎｃｅｂｅｃｏｍｅｓｓｍａｌｌｅｒｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆ１ｏａｄｖａｌｕｅ．０ｕｒｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｐｒｏｖｉｄｅｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｖａｌｕｅｆｏｒｏｖｅｒｌｏａｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｂｙｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓｅｎｓｉｎｇｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｃａｂｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｅｅ—ｃｏｒｅｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｕｂｍａｒｉｎｅｃａｂｌｅ；ｏｖｅｒｌｏａｄ；ｅｍｅｒｇｅｎｃｙｔｉｍｅ

海底光缆故障定位的技术原理

海底光缆故障定位的技术原理随着互联网的迅速发展，人们越来越依赖于网络进行工作和生活。

而全部网络中，海底光缆承担着连接各个洲际的主要任务。

一旦海底光缆出现故障，将对通讯和数据传输产生极大的影响。

因此，对海底光缆故障进行快速和准确的定位变得非常重要。

本文将从海底光缆的基本结构、故障类型、定位原理等方面进行介绍。

一、海底光缆的基本结构海底光缆由细长的电缆和内部充填物质构成。

光缆的外层通常由多层护套和铠装材料来增强其耐用性和防水性，以适应恶劣的海底环境。

内层则是一根或多根光缆芯，并有细微的玻璃纤维，用光来传送信号。

光缆芯是一种中空的聚合物或硅胶包覆着互相独立的纤芯。

为了缓冲和保护光缆芯，内部还填充了吸声材料、膨胀材料和特殊的杂志物质。

在光缆芯和绝缘体之间的填充物使得光缆具有优良的耐水性和防水性，以便在海底环境中传输数据和信号。

二、海底光缆的故障类型海底光缆在传输过程中，会受到各种各样的影响，包括海水压力、冲击和断裂等。

这些影响可能导致光缆的损坏，从而引起断开和信息丢失的故障。

海底光缆的故障类型可以分为以下几类：1.断开故障：指光缆在某个地方断开的情况，通常发生在海底琐碎的地质条件或对光缆进行操作时不慎引起。

2.鳐鱼和鲸鱼的咬嚼故障：鳐鱼和鲸鱼会误将光缆当成猎物来咬，从而压扁和损坏光缆，引起故障。

3.拐角和折叠故障：当光缆通行不畅，或有异常压力时，会在光缆的弯曲处造成断裂故障。

4.内部断丝和开裂故障：当光缆芯内部的轴线发生偏移或断丝时，可能导致光缆开裂，从而引起故障。

5.水渗透和氧化故障：当海水渗透到光缆内部时，会导致电氧化和信号干扰，从而引起故障。

三、海底光缆故障定位的技术原理是通过测量和分析故障信号的传输特性，确定故障位置。

具体方法包括两种：时间域反射技术和频域反射技术。

1.时间域反射技术：时间域反射技术原理是根据光缆的传输特性和故障信号的反射特性，利用特殊的仪器和探针，可以在海底光缆上探测到故障信号的反射波。

海底光缆布设中的安全性评估与风险控制

海底光缆布设中的安全性评估与风险控制随着信息技术的快速发展和网络的普及应用，海底光缆作为国际互联网的重要基础设施，承载着全球网络通信的重要任务。

然而，海底光缆布设和维护过程中存在着诸多安全问题，如水下设备遭受故障、非法损害、间谍活动等。

因此，在进行海底光缆布设中，必须进行安全性评估与风险控制，以保障光缆系统的安全运行。

本文将对海底光缆布设中的安全性评估与风险控制进行探讨。

首先，安全性评估是确保海底光缆系统安全的重要环节。

安全性评估的目的是通过检测和评估光缆系统在各个环节中存在的潜在安全隐患，找到可能存在的威胁源和漏洞，并采取相应的控制措施。

安全性评估过程中的主要内容包括风险识别、风险分析和风险评估。

风险识别是安全性评估的第一步，通过对光缆系统的布设环境、维护措施、设备安全性等方面进行全面调查和收集信息，识别出可能对光缆系统安全性造成威胁的因素。

这些因素可能包括自然灾害、破坏性行为、技术故障等。

只有充分了解和识别出这些潜在的威胁源，才能制定相应的风险控制策略。

风险分析是对已识别的风险进行详细的分析和评估，确定其对光缆系统运行的影响程度和可能引发的后果。

通过风险分析，可以辨别出高风险区域和高风险环节，并制定重点保护措施。

风险分析的方法包括定性分析和定量分析。

定性分析是基于经验和专家意见来评估风险的可能性和严重程度，定量分析是使用数学模型和统计数据来对风险进行量化分析。

通过综合两种分析方法，可以得出全面的风险评估结果。

风险评估是基于风险分析的结果，对风险进行综合评估，确定相应的风险等级和优先级。

风险评估结果可以作为制定风险控制策略和措施的依据。

评估结果越高，处理的优先级越高，需要采取更严格和更全面的措施来控制风险。

其次，风险控制是确保海底光缆系统安全的关键步骤。

根据安全性评估的结果，制定科学的风险控制策略和措施，从源头上控制和减少风险。

风险控制的基本原则包括事前预防、事中监控和事后应急。

事前预防是指在光缆系统布设之前，通过选址评估和设计规划等方式，尽量减少风险源和隐患。

海底光缆的机械强度与耐腐蚀性能评估

海底光缆的机械强度与耐腐蚀性能评估海底光缆作为信息传输的重要通道，在现代通信领域中起着至关重要的作用。

然而，海底环境的复杂性和极端的气候条件对光缆的机械强度和耐腐蚀性能提出了严峻的挑战。

本文将对海底光缆的机械强度和耐腐蚀性能进行评估，并探讨相应的测试方法和改进措施。

首先，机械强度是评估光缆在海底环境中承受外力的能力。

光缆需要能够经受来自海浪、海底地质活动和渔船船锚等因素引起的拉力和压力。

常见的机械强度评估方法包括静载试验和动载试验。

静载试验通过施加恒定的拉力或压力，测量光缆在不同环境下的应力-应变关系，以评估光缆的极限承载能力。

动载试验则模拟海浪和地质活动等变化的力学环境，测量光缆在振动载荷下的动态响应，从而评价光缆的疲劳性能和寿命。

其次，光缆的耐腐蚀性能是确保光缆在长期海底使用中不受腐蚀侵蚀的重要指标。

海水中的盐分、微生物、细颗粒物和化学物质都可能对光缆造成腐蚀。

为了评估光缆的耐腐蚀性能，可以采用实验室试验和现场监测相结合的方法。

实验室试验可以模拟海水中的腐蚀环境，使用不同浓度和成分的溶液对光缆进行暴露测试，并通过测量质量损失、电化学腐蚀电位和腐蚀速率等参数，评估光缆的耐腐蚀性能。

现场监测则需要在光缆的安装位置进行周期性检查，观察光缆表面是否有腐蚀迹象，检测光缆中的电阻和电流变化等指标。

为了改善海底光缆的机械强度和耐腐蚀性能，可以采取以下措施。

首先，在光缆的设计和制造过程中，选择合适的材料和结构，使光缆能够承受较大的拉力和压力。

使用具有良好机械性能和耐腐蚀性的材料，如高强度金属材料和高分子复合材料，可以大大提高光缆的机械强度和耐腐蚀性能。

其次，加强光缆的防护措施，例如增加光缆的护套层和外层涂覆，以提高光缆的机械强度和抗腐蚀性能。

此外，定期检查和维护海底光缆，对于及时发现和修补潜在的机械缺陷和腐蚀问题至关重要。

综上所述，海底光缆的机械强度和耐腐蚀性能评估是确保光缆在海底通信中可靠运行的重要环节。

海管附属件有限元分析及不同校核准则比较

海管附属件有限元分析及不同校核准则比较张捷;孙国民;马红旗;蓝国阳【摘要】海管系统由海底管道平管、立管、膨胀弯及相关附属件组成。

对于平管及立管都有专门的软件进行分析设计,而相关附属件则一般采用通用有限元软件进行分析。

采用ANSYS软件对海管附属件进行分析。

根据附属件的实际受力情况建立有限元分析模型,得到附属件应力分布,并根据DNV-OS-F101准则及ASMEⅧDiv2准则分别对其进行应力校核,判断海管附属件是否满足规范要求,保证附属件的安全运行。

同时比较了两种校核准则的异同,为以后的项目提供参考。

【期刊名称】《海洋工程装备与技术》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】6页(P93-98)【关键词】海洋油气管道;海管附属件;有限元分析;校核准则【作者】张捷;孙国民;马红旗;蓝国阳【作者单位】海洋石油工程股份有限公司【正文语种】中文【中图分类】TE973在海底管道系统中，不仅有海管平管、立管和膨胀弯，附属件也是不可缺少的组成部分。

在钢管系统中，附属件一般包括锚固件及法兰。

其中锚固件又分为Ⅰ型锚固件及Ⅱ型锚固件，它们制造工艺一般为铸造。

Ⅰ型锚固件用于双层管与双层管的连接；Ⅱ型锚固件用于单层管与双层管的连接。

法兰形式多样，主要用途为两大类：一类用于立管悬挂，谓之悬挂法兰，整体成型的悬挂法兰的制造工艺一般也是铸造；另一类用于海管平管、膨胀弯、立管之间的连接，包括焊径法兰、旋转法兰、球法兰、盲法兰等，一般成套使用。

设计时，连接法兰的选型主要由海管尺寸及磅级决定，设计方只需成套采购使用，一般无需有限元分析。

而锚固件与悬挂法兰则不一样，需根据实际受力情况经应力分析后，才最终确定其选型。

有限元方法可以很好地用于海管设计，是海管设计时应力分析的有效方法之一[1]。

锚固件在海管系统中应用广泛，有着连接内外管及阻水的作用，也是双层管中不可缺少的部件[2]。

锚固件与悬挂法兰只是形状不一样，其采用的分析手段完全一致，设计方法也大致相同。

光纤复合海底电缆扭转的有限元建模

２．ＺｈｅｊｉａｎｇＺｈｏｕｓｈａｎＭａｒｉｎｅＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｏｕｓｈａｎ３１６０２１，Ｃｈｉｎａ；
（１．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＺｈｏｕｓｈａｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｍｐａｎｙｏｆＺｈ＠ａｎｇＰｏｗｅｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｚｈｏｕｓｈａｎ３１６０２１，Ｃｈｉｎａ；
光纤光缆技术与应用
光纤复合海底电缆扭转的有限元建模
林晓波，卢志飞，甘纯。李剑波。吕安强。，柳小花。
（１．国网浙江省电力公司舟山供电公司，浙江舟山３１６０２１；２．浙江舟山海洋输电研究院有限公司，浙江舟山３１６０２１；
３．华北电力大学电子与通信工程系，河北保定０７１００３）
摘要：海底电缆在装载、运输、敷设和运行过程中，受外界多种因素的影响时常会发生扭转，利用建模仿真的方法不仅可以克服实体试验操作困难的难题，还可获得实体试验难以提取的数据。文章利用ＡＮＳＹＳ软件建立海底电缆扭转的有限元模型，进行了单元类型的选择、各层材料属性及参数的确定和网格划分方式的选择，并且分析、控制了影响计算时间和精度的因素，最后对海底电缆施加扭转栽荷，仿真扭转发生过程，获取铜导体和光单元的应力及应变数据，为分析海底电缆扭转的力学特

海底光缆锚害的有限元分析

海底光缆锚害的有限元分析林开泉1，王红霞1，刘红亮1，邱天2（1.海军工程大学电子工程学院，湖北武汉430033；2.92146部队，广东湛江524088）摘要：船锚造成的海缆故障非常普遍，船锚的钩挂是造成海底光缆故障的主要原因，对海底光缆的锚害研究迫在眉睫。

首先建立了船锚钩挂海缆的有限元模型，进行了船锚钩挂海缆的仿真，然后通过分析海缆受到船锚钩挂后的变形和应变，研究了海缆各组成部分抗船锚钩挂的能力、船锚损害海底光缆的机理以及海缆结构与抗船锚钩之间的关系，得出了相关的结论。

关键词：海底光缆；船锚；钩挂；有限元中图分类号：TN818文献标识码：A文章编号：1672-6901（2010）06-0031-04Finite Element Analysis of the Anchor-Caused Faulton the Submarine Optical Fiber CablesLIN Kai-quan ，et al（University of Navy Engineering ，Institute of Electronic Engineering ，Wuhan 430033，China ）Abstract ：The anchor-caused fault on the submarine optical fiber cable （SOFC ）is a frequent occurrence.And drag-ging by anchor is the main cause.It is urgently needed to investigate the anchor-caused fault on SOFC.A finite ele-ment model was built to simulate the reaction between the anchor and SOFC.The capability of the individual cable el-ements against dragging by anchor ，mechanism of the anchor-caused fault on SOFC and relationship between the cable construction and the anti-anchor capability were investigated by analysis of the stress and strain of the cable dragged by the anchor.Correlative conclusions were made.Key words ：submarine optical fiber cable ；anchor ；dragging ；finite element收稿日期：2010-05-06作者简介：林开泉（1985－），男，硕士研究生.作者地址：湖北武汉市解放大道717号［430033］.0引言随着海底光缆线路数量的不断增加，海底光缆在近海区域由于船锚钩挂造成的故障越来越严重。

海底电缆埋设犁结构破坏原因分析与改进对策

海底电缆埋设犁结构破坏原因分析与改进对策刘江;张仁干;纪石汉;佘中迪;胡娅【摘要】运用ANSYS有限元软件对埋设犁在使用过程中出现的断裂失效现象进行了原因分析,确定了牵引起吊架铰点座位置耳板应力、机架与油缸座连接耳板处应力过大而超过材料的屈服极限引起破坏,提出了结构改进措施;对加强后的埋设犁结构进行整机有限元分析,验证了改进方案及有限元简化计算的准确性;探讨了有限元软件对埋设犁结构设计、计算及改进的应用价值.【期刊名称】《港口装卸》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】3页(P50-52)【关键词】埋设犁;电缆铺设;结构破坏;有限元【作者】刘江;张仁干;纪石汉;佘中迪;胡娅【作者单位】武汉港博港机技术有限公司;江苏华西村海洋工程服务有限公司;武汉港博港机技术有限公司;新南威尔士大学;武汉港博港机技术有限公司【正文语种】中文埋设犁是铺缆船上的一种主要施工设备，通常带有可变角度的犁体，用于埋设海底电缆，可极大地提升电缆埋设效率，减轻工人劳动强度，降低海上作业风险[1]。

2.1 埋设犁结构本埋设犁主要用于海底电缆的铺设作业，主要由犁体、滑撬、入缆架、牵引起吊架、牵引起吊架升降油缸、犁体升降油缸、潜水电泵、支座等结构组成，如图1所示。

2.2 埋设犁工作原理海洋工程船上绞车通过钢丝绳与埋设犁上的牵引起吊架4连接，牵引整个埋设犁向前移动，同时潜水电泵7将海水吸入，并从犁体1出口喷出的高压水流切割海床，形成埋设电缆沟，电缆由入缆架3进入，从犁体1腹中穿出落入电缆沟，船体牵引埋设犁前进，后方泥土覆盖电缆沟电缆，按此作业方式，埋设犁边前进边敷设电缆边覆盖，完成作业任务[2]。

2.3 作业条件及主要技术参数环境温度： -20℃～45℃相对湿度：95%作业风速：7级有义波高：4.5 m海水密度：1.025×103 kg/m3泵的扬程：250 m埋设犁左右横倾10°，前后纵倾15°3.1 故障描述该海底电缆埋设犁在海底铺缆使用一段时间后，牵引起吊架结构出现裂纹，导致牵引起吊架与机架连接铰点轴脱落，机架与油缸座连接铰点处耳板弯曲变形，最后整个机架圆管处发生断裂失效现象，如图2所示。

双腐蚀缺陷海底管道的有限元分析研究的开题报告

双腐蚀缺陷海底管道的有限元分析研究的开题报告一、背景和研究意义随着海洋石油和天然气资源的不断开采，海底管道作为石油和天然气输送的主要手段，已成为海洋工程的重要组成部分。

但是，海底管道在使用过程中，由于酸性物质、海水腐蚀、宁静水腐蚀等原因，容易产生各种缺陷，其中双腐蚀缺陷是一种常见的缺陷类型。

在一定程度上，这种缺陷对海底管道内部的安全性和稳定性产生了很大的影响。

因此，对于双腐蚀缺陷的研究十分必要，可以为海底管道内部的安全和稳定性提供一定的保障。

本研究旨在通过有限元分析的方法，对双腐蚀缺陷海底管道的力学性能进行研究，为相关领域的研究提供参考和依据。

二、研究内容本研究的主要研究内容包括以下几个方面：1. 分析双腐蚀缺陷对海底管道的力学性能的影响，重点关注管道的强度和稳定性。

2. 基于有限元分析方法，建立双腐蚀缺陷海底管道的数值模型，通过计算分析管道的应力和变形分布。

3. 研究不同尺寸、深度和位置的双腐蚀缺陷和其他类型缺陷对管道力学性能的影响，并提出相应的防护措施和修复方案。

三、研究方法本研究采用有限元分析方法进行数值模拟，通过研究不同类型、尺寸、深度和位置的双腐蚀缺陷对海底管道的力学性能的影响，从而确定其强度和稳定性。

具体研究步骤如下：1. 建立双腐蚀缺陷海底管道的数值模型，包括管道本身和周围海水的载荷。

2. 设计实验方案，分析不同尺寸、深度和位置的双腐蚀缺陷对管道应力和变形分布的影响。

3. 使用ANSYS等有限元软件进行数值模拟，通过计算分析管道的应力、应变、变形、破坏形态等性能参数。

4. 收集和整理实验数据，绘制相应的图表并进行分析。

5. 根据研究结果，提出相应的防护措施和修复方案。

四、预期成果通过本研究，我们将得出以下预期成果：1. 建立双腐蚀缺陷海底管道的数值模型，对不同尺寸、深度和位置的双腐蚀缺陷对管道力学性能的影响进行分析。

2. 分析管道的应力、应变、变形、破坏形态等性能参数，并根据实验结果提出相应的防护和修复方案。

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渔船作业船锚和航运船锚造成的海缆故障占海缆故障的80%左右，其中渔船作业船锚造成的海缆故障占到了海缆故障的60%以上，航运船锚造成的海底光缆故障占到了海缆故障的15%以上［1］。

为了减少海缆故障率，保证海底光缆的通信通畅，对海底光缆锚害的研究非常必要。

有限元法是研究复杂结构线性和非线性问题的有效方法。

把有限元法运用于海底光缆锚害的研究，可以模拟船锚损害海缆的过程，分析海缆受到船锚损坏的原因以及海缆结构和抗船锚钩挂能力之间的关系。

本文船锚钩挂海缆的有限元分析的建模选择ANSYS 软件的ANSYSLS-DYNA 模块，计算在LS-DYNA Solver 里完成，后处理选择LS-PREPOST 软件。

1有限元法及有限元分析软件有限元法（Finite-element Method ）是一种离散化的数值方法，离散后的单元与单元之间只通过结点联系，所有的力和位移都通过结点进行计算。

对于每个单元，适当地选取插值函数，使得该函数在子域内部、内部边界分界面上，以及外部边界分界面上都满足一定的边界条件，然后把所有单元的方程组合起来，得到整个结构的方程，求解这个方程，就可以得到整个结构的解［2］。

比较常用的有限元软件是ANSYS 和LS-DY-AN 。

ANSYS 被广泛运用于机械、能源、航天航空、交通运输、土木工程、水利、电子、医学、生物等领域，是容结构、流体、电磁场、热、声场和耦合场为一体的大型通用有限元软件［3］。

LS-DYNA 是世界上最著名的通用显式动力分析软件，在工程领域被认为是最佳的分析软件，其计算结果真实可靠［4］。

1996年LSTC 公司与ANSYS 公司合作推出了ANSYS /LS-DYNA ，大大增强了LS-DYNA 的分析能力，使得LS-DYNA 用户可以充分利用ANSYS 的前后处理功能。

LS-PREPOST 的后处理功能强大，在船锚钩挂海缆的有限元分析中，使用该软件不但可以显示海缆及其各个组成部分受到船锚钩挂后的损坏情况，还可以显示实体各个有限元单元的应力（Stress）、应变（Strain）和作用力（Force），除此以外，还能以切片的形式显示海缆截面在各个时间步的形态，并且可以输出动画，以动画的形式把船锚钩挂海缆的整个过程给显示出来。

2船锚钩挂海缆的有限元建模和仿真过程2.1海缆和船锚几何参数和实体属性的确定船锚的质量为1000kg，锚齿半径为125mm，本文仿真选用的海缆是一层内铠装加一层外铠装钢丝的海缆，海缆各部件的几何参数见表1［5］。

表1海缆各部件几何参数部件名称几何参数中心钢管内/外直径3mm/3.2mm聚乙烯护套内/外直径7.2mm/19.2mm聚丙烯绳内/外直径19.2mm/21.2mm内铠钢丝直径2mm内铠钢丝根数8外铠钢丝直径 3.2mm外铠钢丝根数16本次有限元分析中，海缆各部件和船锚的单元类型均采用solid164模型。

solid164是3维的实体单元，由8个节点构成。

海缆的各部件使用与应变率相关的塑性随动模型，其屈服应力用Cowper-Sym-onds应变率参数σY表示［4，7］：σY =1+ε()C1[]P（σ0+βE Pεeff P）（1）式中，σ为初始屈服应力；ε为应变率；C和P为应变率参数，εeffP 为有效塑性变形；β为硬化参数；EP为塑性硬化模型。

该模型需要输入的参数为密度、弹性模量、泊松比、屈服强度和切线模量；船锚使用刚体（rigid）模型，需要输入的参数为密度、弹性模量和泊松比，各部件的材料参数见表2［4-7］。

表2海缆和船锚的材料参数部件名称密度/（kg/m3）弹性模量/GPa泊松比中心钢管7.85ˑ1031800.3铠装钢丝7.85ˑ1031800.3聚乙烯护套0.943ˑ1030.90.4聚丙烯绳0.87ˑ1030.80.35船锚7.85ˑ1031800.3中心钢管和钢丝的屈服强度均为350MPa，切线模量为50GPa；聚乙烯的屈服强度为10MPa，切线模量为5GPa；聚丙烯的屈服强度为8MPa，切线模量为4GPa［4-7］。

2.2海缆及船锚有限元模型的建立在进行有限元建模时，主要采用的是参数化编程语言（APDL）进行参数化建模。

这种建模方式与图形化编程（GUI）建模方式相比，优点是模型的再修改能力强。

建立实体模型后需要对各实体模型进行网格划分，ANSYS软件包括四种网格划分的方法：自由网格划分、映射网格划分、延伸网格划分和自适应网格划分［8］。

本次网格的划分中，因海缆各部件需要均匀的网格划分，故采用延伸网格划分的方法；船锚是刚体材料模型且网格数量大，故采用自由网格划分的方法。

海缆和船锚建模和网格划分后的效果如图1和图2所示。

图1海缆有限元模型图2船锚及海缆建模和网格划分后效果图2.3有限元分析接触的定义和载荷的施加船锚钩挂海缆的有限元分析中的接触包含钢丝绳之间的接触（包括内层钢丝绳间接触、外层钢丝绳间接触以及内外层钢丝绳间接触），聚丙烯绳与钢丝、钢丝与聚乙烯护套、聚乙烯护套与钢管、船锚与聚丙烯绳间的接触。

这些接触类型为面面接触（STS）。

面面接触是一种通用算法，用于处理物体间有大量的相对滑动。

LSDYNA施加载荷包括三个步骤［4］：将模型中受载的部分定义成组件（PART），定义时间间隔和对应载值的数组参数（Array Param-eters），将载荷施加到模型的受载部分。

本文加载的载荷是位移载荷，每一个时间步长为0.15ˑ10－3s。

·23·3船锚钩挂海缆的有限元仿真结果及分析定义好接触和施加载荷后，将求解信息写入K文件，然后再在LS-DYNA 求解器中进行求解，最后用LS-PREPOST 进行后处理，海缆受到船锚钩挂后的变形如图3所示。

图3海缆受船锚钩挂后的变形图从图3可知，在船锚钩挂处，海缆受到船锚钩挂后其外层开裂，海缆被压扁并产生弯曲，海缆的外铠装钢丝和聚乙烯护套的破损（见图4）。

图4海缆外层铠装钢丝及聚乙烯护套破损图从图4可知，外铠钢丝被拉散，与船锚充分接触部分的钢丝被拉断，聚乙烯护套在船锚钩挂处被彻底拉断。

海缆内铠钢丝及中心钢管的变形见图5。

图5海缆内层铠装钢丝及中心钢管变形图从图5可知，内铠钢丝（上）和中心钢管（下）发生了严重的扭曲，并且两者扭曲高度一致。

这说明海缆在受到船锚钩挂的时候，张力会被传递到锚钩挂点的周围，即海缆除了受到径向侧压力也受到轴向拉力的作用。

由于内铠钢丝和钢管之间没有缓冲介质层隔开，因此中心钢管受内铠钢丝的影响很大。

图4、图5对比可以看出，外铠钢丝被拉散和发生断裂，但内铠钢丝并未被拉散和发生断裂，内外两层铠装钢丝由于聚乙烯护套的隔开，没有了两层钢丝间的滑动和直接摩擦，因此，内层铠装钢丝受外层铠装钢丝的影响铰小。

内外两层铠装钢丝在锚钩挂处的有限元单元应变曲线如图6所示。

图6海缆钩挂处内外铠装钢丝有限元应变曲线图6中，三角形、正方形标记的曲线分别为外铠钢丝和内铠钢丝有限元单元的应变曲线。

由图6可知，内铠比外铠在同一时刻的有限元单元应变小得多，外铠有限元单元应变最大为0.5，而内铠最大仅为0.25。

这说明当外铠钢丝受到损坏时，内铠钢丝仍然还具有抵抗外力的能力，内铠装海缆的结构可以很好地发挥第二层铠装钢丝的作用。

通过显示缆芯的切面图，可以清晰地看到海缆的缆芯的变形情况，如图7所示。

图7缆芯切面变形图从图7可知，当海缆受到船锚钩挂后，内层铠装钢丝在巨大的侧压力作用下相互挤压，而中心钢管的厚度很薄，钢丝和钢管之间又没有缓冲介质隔开，钢丝直接把力作用在钢管上，导致海缆的中心钢管被彻底压扁，进而导致光纤断裂和通信中断。