海底电缆电磁场分布模拟与分析

doi:10.11720/wtyht.2020.1410

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摘要

海底电缆的探测和识别技术是海底电缆维护与建设中非常重要的研究内容。海底电缆布设于海底,在通电情况下产生电场和磁场,符合可控源电磁法探测理论。本文采用频率域可控源电磁法2.5维高精度有限元数值模拟算法对海底电缆模型进行模拟与分析研究,以水平地形和起伏地形海底电缆模型为基础,重点对海水层厚度和海底界面两种参数变化前后电磁场分布特征进行了模拟与分析。数值算例表明:磁场分量H_y对于海水层厚度非常敏感,厚度变化0.2 m时,变化前后H_y偏差可达5%,从而论证了采用可控源电磁法理论对于海底电缆的探测和识别可行。

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	甘团杰
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关键词 ：海洋探测, 电磁场, 海底电缆, 数值模拟, 可控源电磁法

Abstract：

The detection and identification technology in the maintenance and construction of submarine cables has become a very important research content. In this paper, a 2.5-dimensional high-precision finite element numerical simulation algorithm of the frequency domain CSEM method was used to simulate and analyze the submarine cable model. Based on the horizontal terrain and undulating terrain submarine cable models, this study focused on the simulation and analysis of the characteristics of the electromagnetic field distribution with the changing of seawater layer thickness and the submarine interface. Numerical examples show that the magnetic field component H_y is very sensitive to the thickness of the seawater layer. When the thickness is changed by 0.2m, the H_y error anomaly amplitude can reach 5%, thus demonstrating that the CSEM theory is feasible for detection and identification of submarine cables.

Key words： ocean exploration electromagnetic field submarine cable numerical simulation controlled source electromagnetic method finite element numerical simulation

收稿日期: 2019-08-26 出版日期: 2020-06-24

P631

基金资助:南方电网集团科研发展项目“海底电缆监测技术研究及应用科技项目”(GDKJXM20172879)

通讯作者: 陈剑平

作者简介: 甘团杰(1970-),男,西安交通大学毕业,高级工程师,主要研究方向为高压电技术、电气设备检修及运行管理。Email: 13702207210@139.com

引用本文:

甘团杰, 陈剑平, 杨玺, 周庆东, 曾亮. 海底电缆电磁场分布模拟与分析[J]. 物探与化探, 2020, 44(3): 550-558.
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链接本文:

https://www.wutanyuhuatan.com/CN/10.11720/wtyht.2020.1410 或 https://www.wutanyuhuatan.com/CN/Y2020/V44/I3/550

Fig.1 y=0 m剖面电场、磁场数值解

Fig.2 y=100 m剖面电场、磁场数值解

Fig.3 y=100 m剖面地表测线数值解与解析解对比

Fig.4 水平地形海底电缆模型示意

Fig.5 水平地形算例一电磁场分量剖面

Fig.6 水平地形算例一海水层电磁场分量剖面

Fig.7 水平地形算例一与算例二E_x分量对比

Fig.8 水平地形算例一与算例二H_y分量对比

Fig.9 水平地形算例一与算例三E_x分量对比

Fig.10 水平地形算例一与算例三H_y分量对比

Fig.11 起伏地形海底电缆模型

Fig.12 起伏地形算例一海底电缆模型电磁场在x、y方向的分量(计算区域)

Fig.13 起伏地形算例一z=0 m测线H_y分布

Fig.14 起伏地形算例二淤泥层顶界面

Fig.15 起伏地形算例二磁场分量H_y剖面

Fig.16 起伏地形算例二H_y归一化结果

Fig.17 起伏地形算例二不同层位磁场分量H_y归一化偏差分布

Fig.18 起伏地形算例三z=-1 m平面磁场分量H_y归一化偏差分布

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