本期精选
2024年第9期
于是乎，冯宾，范亚洲，傅明利，余欣
DOI: 10.13336/j.1003-6520.hve.20231157
1）考虑涡激振动影响的悬跨海底电缆数值分析方法
2）海底电缆的自振频率理论和数值分析
由于结构自振频率计算的准确性直接影响到尾流振子模型计算的精确程度，因此想要判断Orcaflex数值模型在计算涡激振动响应时计算的准确性，需先对其计算自振频率的准确性进行验证。
作者对比了弦模型、梁模型的特点，并分别推导了其自振频率的解析模型，发现计算时张紧弦模型不考虑弯曲刚度和垂度，而梁模型不考虑张力和垂度。由于海底电缆发生悬跨现象时，其内部存在较大张力，故不可忽视张力的影响；同时海底电缆垂度较小，因此其对自振频率的的影响也可忽视。因此本文采用张紧弦理论进行计算。
随后作者以某交联聚乙烯绝缘海底电缆为算例研究对象，分别计算了在10 m、20 m、30 m、40 m跨长下的自振频率。随后利用Orcaflex进行数值模拟，弦理论公式进行自振频率计算，将数值模拟结果与理论计算结果进行对比，以验证计算自振频率的准确性。结果显示利用Orcaflex进行海底电缆自振频率计算，其结果与理论计算结果具有较好的一致性。
3）考虑涡激振动影响的悬跨海底电缆数值分析实例
图1 悬跨段模型示意图
图2 流速分别为0.4 m/s和0.5m/s时的振型图
4）基于Orcaflex悬跨段涡激振动响应数值分析
图3 悬跨长度为40 m时有效张力分布情况
图4 悬跨长度为40 m时，曲率分布情况
图5 不同流速下的振型图
本文提出了一种考虑涡激振动影响的悬跨海底电缆数值分析方法，基于 Orcaflex 数值分析软件建立悬跨段涡激振动响应分析模型，验证了模型计算的准确性，并基于该模型进行了涡激振动影响下的悬跨海底电缆数值分析实例计算。1）通过弦模型理论和经验公式法验证了Orcaflex 数值模型在进行涡激振动响应计算时的准确性。经计算，海底电缆在 0.4~0.8 m/s 的流速区间发生涡激振动现象。2）当发生涡激振动时，悬跨段海缆处于高频振动状态，此时悬跨段两肩危险点会出现幅值较大的循环荷载。3）随着流速的增加(约 0.7 m/s)，悬跨段电缆横流方向振动模态阶数增加。海缆的最大振动幅值与流速无直接关系，与悬跨段振型直接相关。
引文信息：
于是乎 , 冯宾 , 范亚洲 , 等. , {{custom_author.name_cn}}. 悬跨海底电缆涡激振动响应数值分析[J]. 高电压技术. 2024, 50(9): 4101-4109
于是乎，博士，高级工程师。广东电网有限责任公司电力科学研究院电缆技术专责，主要从事电力电缆试验技术、检测新技术和海上风电运维技术方面的研究工作。获得获机械工业科技进步二等奖、全国电力行业设备管理创新成果一等奖等。
冯宾，硕士研究生，南方电网科学研究院有限责任公司电缆技术研究团队，主要从事海底电缆技术应用、巡视、电缆料研究等工作。
范亚洲，硕士研究生，高级工程师，广东电网有限责任公司电力科学研究院输电所所长。主要从事输电运行技术、电力电缆运行及检修管理等相关工作。获南方电网公司技改贡献一等奖、南方电网科技进步二等奖等多项奖励。
傅明利，国家特聘专家、英国工程技术学会会士（IET Fellow）、特许工程师（CEng)、美国电子与电气工程师学会（IEEE）高级会员、国际大电网CIGRE多个工作组专家和IEC/TC112 WG3/WG5工作组专家，中国南方电网公司高级专家。长期从事高压交直流绝缘、设备安全运行和新型绝缘材料技术研究等。
余欣，硕士研究生，高级工程师。主要从事高压电缆运维及试验技术研究。IEEE PES中国区输配电技术委员会电缆技术分委会常务理事，全国输配电技术作协网（EPTC）电力电缆及附件专业技术委员会委员，南网公司二级拔尖技术专家，广东电网公司输电工作网电力电缆组副组长。获广东省科技进步一等奖、中电联电力创新专利成果二等奖 、南网科技进步奖二等奖等多项奖励。
责编：卫李静
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