500kV海底充油電纜海水孔口侵入仿真

摘 要：為了探究海底充油電纜發(fā)生損壞后，海水進(jìn)入電纜的長(zhǎng)度，依據(jù)海南聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)500kV海底充油電纜，建模仿真了孔口在不同深度下以及相同深度的不同位置時(shí)海水進(jìn)入電纜的長(zhǎng)度。結(jié)果表明：孔口靠近廣東側(cè)時(shí)，孔口兩側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度總體先增大后減小，孔口左側(cè)最大增加6.32%，孔口右側(cè)最大增加83.37%；孔口靠近海南側(cè)時(shí)，隨著孔口深度增加，海水進(jìn)入孔口兩側(cè)長(zhǎng)度均增加；同一深度下，孔口越靠近電纜中間位置，孔口兩側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度越短；20m與60m時(shí)，孔口兩側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度下降2.28%～4.56%；70m與80m時(shí)，孔口左側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度平均下降4.97%，右側(cè)平均下降21.03%。

關(guān)鍵詞：充油電纜；進(jìn)水長(zhǎng)度；兩相流；數(shù)值仿真

DOI：10.15938/j.jhust.2024.04.011

中圖分類號(hào)： TP391.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 1007-2683（2024）04-0097-08

Simulation of Seawater Orifice Intrusion

of 500kV Submarine Oil-filled Cable

DENG Jie1， WU Qingshuai1， DONG Nan1， ZHANG Weijia1， JIANG Qiyuan2，

LI Lili2， GAO Junguo2， XU Xiaofeng3

（1.Guangzhou Bureau of EHV Power Transmission Company， China Southern Power Grid Co.， Ltd， Guangzhou 510000， China；

2.Key Laboratory of Engineering Dielectrics and Its Applications， Ministry of Education，

Harbin University of Science and Technology， Harbin 150000， China；

3.Shanghai Electrical Cable Research Institute Co. Ltd.， State Key Lab of Special Cable Technology， Shanghai 200093， China）

Abstract：In order to investigate the length of seawater entering the submarine oil filled cable after it is damaged. The length of seawater entering the cable at different depths and locations at the same depth was modeled and simulated based on the 500kV submarine oil filled cable of the Hainan Interconnection System. The results show that when the orifice is close to the Guangdong side， the overall water inlet length on both sides of the orifice first increases and then decreases， with a maximum increase of 6.32% on the left side of the orifice and a maximum increase of 83.37% on the right side of the orifice. When the orifice approaches the Hainan side， the length of seawater entering both sides of the orifice increases as the depth of the orifice increases. At the same depth， the closer the orifice is to the middle of the cable， the shorter the water inlet length on both sides of the orifice. At 20m and 60m， the water inlet length on both sides of the orifice decreases by 2.28%～4.56%. At 70m and 80m， the water inlet length on the left side of the orifice decreases by 4.97% on average， while the water inlet length on the right side decreases by 21.03% on average.

Keywords：oil filled cable; inlet length; two phase flow; numerical simulation

0 引 言

海南聯(lián)網(wǎng)工程是國(guó)內(nèi)首個(gè)長(zhǎng)距離、超高壓、大容量跨海聯(lián)網(wǎng)輸變電系統(tǒng)^［1-4］，此工程采用油浸紙絕緣的充油電纜。雖然高壓交聯(lián)聚乙烯電纜及其附件具有安裝方便、可靠性高等特點(diǎn)，得到了越來越廣泛的應(yīng)用，但是XLPE絕緣高壓電纜由于其本體結(jié)構(gòu)較大，受生產(chǎn)裝備及制造工藝的限制，無接頭制造長(zhǎng)度不超過10km^［5］。而海底充油電纜具有電氣性能可靠、機(jī)械性能良好、安裝簡(jiǎn)便、維護(hù)容易，能適應(yīng)各種不同的敷設(shè)條件等優(yōu)勢(shì)，更適合瓊州海峽的海底電力輸送。由于充油電纜電氣性能穩(wěn)定^［6］，其自身電氣擊穿的幾率非常小，因此更多的故障是由于外力破壞或者施工工藝的差異導(dǎo)致電纜出現(xiàn)漏油。對(duì)于海底電纜來說，出現(xiàn)的故障高達(dá)90%以上是由于外力破壞所導(dǎo)致。當(dāng)海底充油電纜發(fā)生破損后，由于海水壓強(qiáng)的作用，會(huì)有海水進(jìn)入電纜內(nèi)部的風(fēng)險(xiǎn)，這將嚴(yán)重影響油紙絕緣的電氣性能^［7］，導(dǎo)致海底電纜的使用壽命下降，因此在維修海底電纜時(shí)需要先截?cái)噙M(jìn)水部分的電纜后進(jìn)行電纜的接續(xù)^［8-11］。由此可見，對(duì)于海底電纜的接續(xù)，準(zhǔn)確知道海水進(jìn)入電纜內(nèi)部的長(zhǎng)度具有重要意義。

海底電纜制作工藝復(fù)雜，工程造價(jià)昂貴^［12］，工作環(huán)境較為特殊，采用實(shí)體實(shí)驗(yàn)對(duì)海底充油電纜進(jìn)行研究是不現(xiàn)實(shí)的，通過有限元仿真對(duì)海底充油電纜進(jìn)行建模分析^［13］，可突破實(shí)體實(shí)驗(yàn)成本和特定工作環(huán)境的限制，具有很高的可行性。Trevor Taylor^［14］在對(duì)船錨動(dòng)能與鎧裝層應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了實(shí)體試驗(yàn)，提出了根據(jù)船錨物理量判斷海纜錨砸下?lián)p傷程度的理論；樂彥杰等^［15］

針對(duì)交聯(lián)聚乙烯絕緣直流電纜與粘性浸漬紙絕緣直流電纜相連接頭提出了新的繞包式絕緣結(jié)構(gòu)，為了驗(yàn)證該結(jié)構(gòu)的可靠性，應(yīng)用仿真軟件計(jì)算了該接頭的電場(chǎng)分布。仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用增繞絕緣方式制造直流電纜的相連接頭時(shí)，選取電導(dǎo)率略高于工廠絕緣電導(dǎo)率的絕緣材料作為增繞絕緣材料，可明顯改善應(yīng)力錐根部的電場(chǎng)分布，接頭中的場(chǎng)強(qiáng)分布較為合理；楊鑫^［16］建立了高壓電纜接頭的電磁-熱-應(yīng)力耦合仿真模型，仿真結(jié)果表明，220kV高壓電纜接頭復(fù)合材料界面應(yīng)力的二次畸變，加速了絕緣材料老化，引發(fā)電樹枝，進(jìn)而導(dǎo)致絕緣故障；He等^［17］建立了電纜護(hù)層電磁暫態(tài)仿真模型，結(jié)果表明，故障相電流大于非故障相電流，當(dāng)兩相之間發(fā)生接地故障時(shí)，相位相反，當(dāng)跨接線失效時(shí)，三相電流同時(shí)增大，并大于三相短路故障時(shí)的接地電流。綜上所述，目前關(guān)于海底電纜故障的仿真，主要集中在錨害研究以及電纜故障時(shí)的電學(xué)仿真研究，而為電纜損壞后的維修提供支撐的仿真研究很少。

本文通過有限元仿真軟件COMSOL Multiphysics，以海南聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)500kV海底充油電纜為研究對(duì)象，建模分析孔口在不同深度以及相同深度的不同位置時(shí)，海水進(jìn)入電纜內(nèi)部的情況，這為電纜維修時(shí)確定電纜截取長(zhǎng)度提供參考。

1 數(shù)學(xué)模型

絕緣油在管道中的流動(dòng)滿足雷諾平均納維-斯托克斯方程（下文簡(jiǎn)稱 “RANS 方程”），對(duì)于可壓縮的牛頓流體，可以得到 ：

ρ（ut+u·u）=·（μ（u+（u）T）－p－23μ（·u）I）+F（1）

式中：ρ為流體密度，kg/m3；u為流體速度，m/s；t為時(shí)間，s；p為流體壓力，Pa；T為溫度，K；μ為流體動(dòng)力黏度，Pa·s；I為普朗特混合長(zhǎng)度，m；F是作用在流體上的外力，N。

以上方程總是與連續(xù)性方程同時(shí)進(jìn)行求解：

ρt+·（ρu）=0（2）

RANS方程表示動(dòng)量守恒，連續(xù)性方程表示質(zhì)量守恒。

由于絕緣油密度變化非常小，屬于不可壓縮流體，且其可視為牛頓流體，則連續(xù)性方程可簡(jiǎn)化為

·u=0（3）

RANS方程可簡(jiǎn)化為

ρut+ρu·（u）=－p+·（μ（u+uT））+F（4）

在流體力學(xué)中，雷諾數(shù)是流體流動(dòng)的核心概念，其定義為

Re=ρULμ（5）

其中U為典型的速度尺度，m/s；L為典型的長(zhǎng)度尺度，m。

2 仿真模型

2.1 幾何模型

瓊州海峽的海底充油電纜長(zhǎng)度約為31km，電纜直徑約為140mm，由導(dǎo)體形成的油道直徑為30mm，計(jì)算可得其長(zhǎng)徑比約為106，使用兩相流模塊很難構(gòu)建準(zhǔn)確模型，且?guī)缀文Ｐ蜆?gòu)建后劃分的網(wǎng)格不夠精細(xì)。管道流模塊可以處理細(xì)長(zhǎng)的模型，適合以此研究電纜油道中的流體流動(dòng)，但管道流模塊只求解壓強(qiáng)和速度，對(duì)于海水進(jìn)入管道內(nèi)部的情況不做研究；兩相流模塊可以求解兩種流體的界面，得到海水進(jìn)入管道內(nèi)部的長(zhǎng)度。因此先使用管道流模塊仿真得出整個(gè)電纜油道中絕緣油的流動(dòng)速度，然后通過兩相流模塊仿真孔口兩側(cè)各100m的區(qū)域，得出海水進(jìn)入電纜內(nèi)部的情況。使用管道流模塊仿真時(shí)，根據(jù)海南聯(lián)網(wǎng)工程斷面示意圖構(gòu)建海底電纜幾何模型，如圖1所示。

電纜模型長(zhǎng)度為31km，最大深度為100m，當(dāng)孔口靠近廣東側(cè)時(shí)，由于海底地勢(shì)變化，因此存在同一深度下孔口具有多個(gè)位置的情況，如表1所示。

使用兩相流模塊仿真時(shí)，構(gòu)建二維幾何模型，模型僅構(gòu)建孔口兩側(cè)各100m的區(qū)域，孔口大小為0.03m×0.055m的矩形，其他部分按照電纜實(shí)際尺寸構(gòu)建。孔口處模型如圖2所示。圖2（a）為電纜結(jié)構(gòu)完整的仿真模型；由于導(dǎo)體外的結(jié)構(gòu)不影響流體流動(dòng)，因此將其去掉，圖2（b）為簡(jiǎn)化后的有效模型，只保留油道和孔口，與流體接觸的導(dǎo)體通過仿真中設(shè)置的參數(shù)體現(xiàn)。

2.2 仿真條件

海底充油電纜發(fā)生損壞瞬間，電纜絕緣油會(huì)向孔口流動(dòng)，由于油泵未啟動(dòng)加壓，管道的壓強(qiáng)會(huì)迅速降低^［18-21］。使用管道流仿真時(shí)，管道兩端邊界條件為壓強(qiáng)邊界條件，壓強(qiáng)大小根據(jù)油泵是否啟動(dòng)確定；孔口處也為壓強(qiáng)邊界條件，壓強(qiáng)根據(jù)孔口所在深度設(shè)定對(duì)應(yīng)的海水壓強(qiáng)。兩相流仿真時(shí)，兩端為速度邊界條件，孔口處為壓強(qiáng)邊界條件。

根據(jù)文［22］可知，廣東側(cè)電纜油泵站海拔為11m，海南側(cè)電纜油泵站海拔為25m，絕緣油密度為855kg/m3，因此未啟動(dòng)油泵時(shí)，廣東側(cè)海平面處電纜對(duì)應(yīng)壓強(qiáng)為0.92bar，海南側(cè)海平面處電纜對(duì)應(yīng)壓強(qiáng)為2.10bar，當(dāng)油泵加壓達(dá)到設(shè)定值后，海平面處電纜內(nèi)部壓強(qiáng)均為5bar。

3 結(jié)果與分析

3.1 孔口深度影響

當(dāng)孔口在不同位置時(shí)，油泵啟動(dòng)的時(shí)間不同，靠近廣東側(cè)時(shí)，廣東側(cè)油泵先啟動(dòng)，靠近海南側(cè)時(shí)，海南側(cè)油泵先啟動(dòng)。當(dāng)油泵啟動(dòng)后，油泵向同側(cè)的電纜補(bǔ)充絕緣油，此時(shí)海水無法進(jìn)入此側(cè)，因此根據(jù)油泵啟動(dòng)的先后，分為孔口靠近廣東側(cè)或孔口靠近海南側(cè)兩種情況（簡(jiǎn)稱廣東側(cè)或海南側(cè)）。由于供油系統(tǒng)的油泵是由系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的程序控制，油泵的啟動(dòng)時(shí)間只與缺口位置有關(guān)，因此各深度下并未控制相同的油泵啟動(dòng)時(shí)間，而是由實(shí)際壓強(qiáng)波的到達(dá)時(shí)間控制。

1）廣東側(cè)海水進(jìn)入電纜內(nèi)部情況

孔口深度為20m和70m時(shí)，不同時(shí)刻電纜內(nèi)部海水體積分?jǐn)?shù)圖像如圖3所示。圖中深藍(lán)色部分表示水的體積分?jǐn)?shù)為0，褐色部分表示水的體積分?jǐn)?shù)大于或等于50×10^-6?？卓谒谏疃葹?0～100m時(shí)，海水進(jìn)入電纜孔口兩側(cè)的長(zhǎng)度如圖4所示。其中L左表示海水進(jìn)入孔口左側(cè)的長(zhǎng)度，L右表示海水進(jìn)入孔口右側(cè)的長(zhǎng)度。由于孔口深度在20m、60m、70m和80m時(shí)，孔口有多個(gè)位置，選擇隨著孔口深度增加首先出現(xiàn)的位置，分別為孔口（20m，5.00km）、（60m，10.20km）、（70m，10.50km）以及（80m，10.80km）。

由圖3可得，孔口深度為20m時(shí)，t=0s，海水集中在孔口與海水界面處，此時(shí)海水還未進(jìn)入電纜內(nèi)部；t=1s時(shí)廣東側(cè)油泵啟動(dòng)，海水無法進(jìn)入孔口左側(cè)電纜，此時(shí)孔口左側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度達(dá)到最大；t=19s時(shí)，海南側(cè)油泵啟動(dòng)，海水停止進(jìn)入孔口右側(cè)，此時(shí)孔口右側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度達(dá)到最大；孔口深度為70m時(shí)，t=0s，海水集中在孔口與海水界面處，此時(shí)海水還未進(jìn)入電纜內(nèi)部；t=1s時(shí)廣東側(cè)油泵啟動(dòng)，海水無法進(jìn)入孔口左側(cè)電纜，此時(shí)孔口左側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度達(dá)到最大；t=9s時(shí)，海南側(cè)油泵啟動(dòng)，海水停止進(jìn)入孔口右側(cè)，此時(shí)孔口右側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度達(dá)到最大；其他孔口深度時(shí)，海水進(jìn)入情況與此基本相同，但油泵的啟動(dòng)時(shí)間不同。

由圖4可得，海水進(jìn)入孔口左側(cè)的長(zhǎng)度在0.35m～0.40m范圍內(nèi)，海水進(jìn)入電纜左側(cè)長(zhǎng)度隨著深度的增加，呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在深度為80m時(shí)達(dá)到最大，為0.399m；從40m到50m時(shí)變化幅度最大，為6.32%，因此可認(rèn)為孔口左側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度總體變化較小。海水進(jìn)入電纜孔口右側(cè)的長(zhǎng)度先增大后減小，在70m深度時(shí)達(dá)到最大，為0.761m，從60m到70m時(shí)變化幅度最大，為83.37%，與孔口左側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度相比變化顯著。

經(jīng)過分析，當(dāng)孔口靠近廣東側(cè)時(shí)，隨著孔口所在深度增加，孔口處海水壓強(qiáng)增大，孔口左側(cè)電纜長(zhǎng)度增加，根據(jù)式（6）：

v=ΔPd232μl（6）

當(dāng)管道直徑d和絕緣油黏度μ不變，壓強(qiáng)差ΔP與長(zhǎng)度l同時(shí)增大時(shí)，速率變化無法準(zhǔn)確判斷，因此海水進(jìn)入孔口左側(cè)的長(zhǎng)度無法準(zhǔn)確分析。此時(shí)根據(jù)管道流的速率結(jié)果，得到不同深度下海水進(jìn)入孔口左側(cè)的最大速率，如圖5所示。從圖5可知，海水流入速率大小總體隨深度增加而增加，但從20m到30m以及80m到90m時(shí)出現(xiàn)下降，在80m深度時(shí)，海水流入速率最大，這與圖3中海水進(jìn)入電纜左側(cè)長(zhǎng)度的變化規(guī)律大致相同。出現(xiàn)這種情況是由于電纜孔口的壓強(qiáng)和電纜左側(cè)長(zhǎng)度同時(shí)增大，且增大的比例并不固定，即當(dāng)孔口深度每增加10m時(shí)，孔口處壓強(qiáng)增大0.1bar，但孔口左側(cè)電纜增加的長(zhǎng)度并不固定。當(dāng)電纜長(zhǎng)度增加時(shí)，由于絕緣油的黏度以及絕緣油和管壁的摩擦，絕緣油流動(dòng)導(dǎo)致的壓強(qiáng)損失增大，當(dāng)孔口增大的壓強(qiáng)比絕緣油流動(dòng)損失的壓強(qiáng)大時(shí)，絕緣油流動(dòng)速率增加；當(dāng)孔口增大的壓強(qiáng)比絕緣油流動(dòng)損失的壓強(qiáng)小時(shí)，此時(shí)絕緣油流動(dòng)速率降低。

當(dāng)海水流向孔口右側(cè)時(shí)，由于右端海南側(cè)泵站海拔高，壓強(qiáng)大，在10～60m時(shí)，孔口右側(cè)絕緣油緩慢流出，但由于孔口左側(cè)有海水進(jìn)入，導(dǎo)致孔口附近為油水混合物，同時(shí)右側(cè)絕緣油流出速率接近0，所以右側(cè)絕緣油也混有少量海水，但距離較短；70～100m時(shí)海水緩慢流入電纜內(nèi)部。當(dāng)廣東側(cè)油泵啟動(dòng)后，孔口左側(cè)的電纜大量排油，同時(shí)孔口左側(cè)進(jìn)入的海水大部分隨著廣東側(cè)流出的絕緣油從孔口排出，剩余部分海水流向孔口右側(cè)，兩側(cè)油泵啟動(dòng)時(shí)間差越大，左側(cè)海水流向右側(cè)長(zhǎng)度也越長(zhǎng)。因此深度從60m到70m時(shí)，孔口右側(cè)的進(jìn)水長(zhǎng)度明顯增大，由于80m時(shí)兩側(cè)油泵反應(yīng)的時(shí)間間隔（8.55s）略小于70m時(shí)的時(shí)間間隔（9.09s），所以80m時(shí)的進(jìn)水長(zhǎng)度略低于70m時(shí)。但當(dāng)海水深度在90m與100m時(shí)，孔口位置靠近電纜中部，此時(shí)兩側(cè)油泵響應(yīng)的時(shí)間間隔分別為0.36s與0s，因此孔口右側(cè)的進(jìn)水長(zhǎng)度也大幅降低。

2）海南側(cè)海水進(jìn)入電纜內(nèi)部情況

孔口靠近海南側(cè)深度為10m和100m時(shí)，不同時(shí)刻電纜內(nèi)部海水體積分?jǐn)?shù)圖像如圖6所示。不同孔口深度下，海水進(jìn)入電纜孔口兩側(cè)的長(zhǎng)度結(jié)果如圖7所示。

由圖6可得，孔口深度為10m時(shí)，t=0s，海水集中在缺口與海水界面處，此時(shí)海水還未進(jìn)入電纜內(nèi)部；t=1s時(shí)海南側(cè)油泵啟動(dòng)，海水無法進(jìn)入缺口右側(cè)電纜，此時(shí)孔口右側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度達(dá)到最大；t=23s時(shí)，廣東側(cè)油泵啟動(dòng)，海水停止進(jìn)入孔口左側(cè)，此時(shí)孔口左側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度達(dá)到最大；孔口深度為100m時(shí)，t=0s，海水集中在孔口與海水界面處，此時(shí)海水還未進(jìn)入電纜內(nèi)部；t=1s時(shí)兩側(cè)油泵同時(shí)啟動(dòng)，海水無法進(jìn)入電纜，此時(shí)孔口兩側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度達(dá)到最大，t=23s時(shí)，由于油泵作用，孔口兩側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度變短；其他孔口深度時(shí)，海水進(jìn)入情況與此基本相同，但油泵的啟動(dòng)時(shí)間不同。從圖7可得，孔口靠近海南側(cè)時(shí)，海水進(jìn)入孔口兩側(cè)的長(zhǎng)度均隨孔口深度增加而增大，從50m到60m時(shí)左側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度增加最大，為10.40%，左側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度較右側(cè)變化明顯；從60m到70m時(shí)右側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度增加最大，為5.33%，右側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度總體變化不明顯。

隨著孔口深度的增加，孔口靠近電纜中部，孔口左側(cè)電纜長(zhǎng)度減少，孔口壓強(qiáng)增大，因此海水流入的速率增大，進(jìn)而海水進(jìn)入孔口左側(cè)的長(zhǎng)度也增加?？卓诳拷娎|中部時(shí)，右側(cè)電纜長(zhǎng)度增加，孔口壓強(qiáng)也增大，根據(jù)式（6）可知，此時(shí)速率變化不確定。通過孔口右側(cè)的最大速率圖像（見圖8）可知，隨著深度增加，速率先減小，當(dāng)深度大于60m時(shí)速率逐漸增大。經(jīng)過分析，當(dāng)深度在10～60m時(shí)，孔口處海水壓強(qiáng)略小于電纜內(nèi)部壓強(qiáng)，此時(shí)絕緣油緩慢流出，但由于孔口左側(cè)有海水進(jìn)入，導(dǎo)致孔口附近為油水混合物，因此孔口右側(cè)混入較短距離的海水，隨著絕緣油流出的速率逐漸降低，油水混合物進(jìn)入孔口右側(cè)距離也增加；當(dāng)孔口深度為70～100m時(shí)，海水壓強(qiáng)大于電纜內(nèi)部壓強(qiáng)，海水流入電纜內(nèi)部，且隨深度增加，流入速率增大，因此海水進(jìn)入孔口右側(cè)長(zhǎng)度也增加。

3.2 孔口位置影響

圖9為20m和60m深度的不同孔口位置時(shí)，電纜內(nèi)部海水體積分?jǐn)?shù)圖像，圖中（20，5000）表示缺口深度20m，缺口位置為5000m，其他與此類似；圖10為孔口深度在20m與60m的不同位置時(shí)，海水進(jìn)入孔口兩側(cè)的長(zhǎng)度結(jié)果。從圖9和10可得，在同一深度下，隨著孔口位置靠近電纜中間，孔口兩側(cè)的進(jìn)水長(zhǎng)度均下降，下降幅度在2.28%～4.56%范圍，總體下降并不明顯。

相同深度下，當(dāng)孔口靠近電纜中間時(shí)，孔口左側(cè)長(zhǎng)度增加，管道內(nèi)液體流動(dòng)導(dǎo)致的壓強(qiáng)損失增大，但孔口壓強(qiáng)不變，此時(shí)液體流動(dòng)的速度降低，因此各深度下孔口左側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度均降低。當(dāng)孔口深度在20m與60m時(shí)，

雖然孔口右側(cè)絕緣油從孔口緩慢流出，但海水從孔口左側(cè)進(jìn)入電纜時(shí)，由于絕緣油的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)以及與管壁的碰撞，孔口右側(cè)也會(huì)出現(xiàn)海水，相比左側(cè)海水的體積分?jǐn)?shù)很小，進(jìn)入長(zhǎng)度也很短。當(dāng)深度不變，孔口位置靠近電纜中部時(shí)，孔口右側(cè)電纜長(zhǎng)度變短，因此液體流動(dòng)導(dǎo)致的壓強(qiáng)損失變小，此時(shí)絕緣油流出的速度增大，孔口附近的油水混合物進(jìn)入孔口右側(cè)的長(zhǎng)度減小。

圖11為70m和80m深度的不同孔口位置時(shí)，電纜內(nèi)部海水體積分?jǐn)?shù)圖像；圖12為孔口深度在70m與80m的不同位置時(shí)，海水進(jìn)入孔口兩側(cè)的長(zhǎng)度結(jié)果。從圖11和12可得，在同一深度下，隨著孔口位置靠近電纜中間，海水進(jìn)入孔口兩側(cè)的長(zhǎng)度均下降。海水進(jìn)入孔口左側(cè)的長(zhǎng)度緩慢下降，平均下降4.97%；海水進(jìn)入孔口右側(cè)的長(zhǎng)度快速下降，平均下降21.03%。

當(dāng)孔口深度在70m與80m時(shí)，海水從孔口右側(cè)進(jìn)入電纜內(nèi)部，孔口位置靠近電纜中部時(shí)，孔口右側(cè)電纜長(zhǎng)度變短，因此液體流動(dòng)導(dǎo)致的壓強(qiáng)損失降低，此時(shí)海水進(jìn)入孔口右側(cè)的速度增大，但由于孔口深度在70m以上時(shí)，當(dāng)廣東側(cè)油泵啟動(dòng)后，孔口左側(cè)的電纜大量排油，同時(shí)孔口左側(cè)進(jìn)入的海水大部分隨著廣東側(cè)流出的絕緣油從孔口排出，剩余部分海水流向孔口右側(cè)，兩側(cè)油泵啟動(dòng)時(shí)間差越大，海水進(jìn)入右側(cè)長(zhǎng)度也越長(zhǎng)，且油泵對(duì)海水進(jìn)入電纜內(nèi)的長(zhǎng)度影響遠(yuǎn)大于海水從孔口進(jìn)入的速度產(chǎn)生的影響。因此雖然孔口靠近電纜中部時(shí)，海水進(jìn)入速度增大，但由于兩側(cè)油泵啟動(dòng)時(shí)間差變短，因此海水進(jìn)入孔口右側(cè)的長(zhǎng)度明顯下降。

4 結(jié) 論

本文通過仿真電纜孔口在不同深度以及相同深度的不同位置時(shí)，海水從孔口進(jìn)入電纜內(nèi)的長(zhǎng)度，得到了以下結(jié)論：

1）孔口靠近廣東側(cè)時(shí)，隨著孔口深度增加，由于地勢(shì)變化，海水進(jìn)入孔口兩側(cè)長(zhǎng)度總體先增大后減小，在80m深度時(shí)，孔口左側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度達(dá)到最大，為0.399m；在70m深度時(shí)，孔口右側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度達(dá)到最大，為0.761m。

2）孔口靠近海南側(cè)時(shí)，海水進(jìn)入孔口兩側(cè)的長(zhǎng)度均隨孔口深度增加而增大，從50m到60m時(shí)左側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度增加最大，為10.40%，左側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度較右側(cè)變化明顯；從60m到70m時(shí)右側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度增加最大，為5.33%，右側(cè)進(jìn)水長(zhǎng)度總體變化不明顯。

3）孔口靠近廣東側(cè)時(shí)，在同一深度下，隨著孔口位置逐漸靠近電纜中部，孔口兩側(cè)的進(jìn)水長(zhǎng)度均下降。在20m與60m時(shí)，海水進(jìn)入孔口兩側(cè)的長(zhǎng)度下降2.28%～4.56%，在70m與80m時(shí)，海水進(jìn)入孔口左側(cè)的長(zhǎng)度平均下降4.97%，海水進(jìn)入孔口右側(cè)的長(zhǎng)度平均下降21.03%。

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（編輯：溫澤宇）