海底电力电缆的应用已逾百年,近年来集合了电能传输、信息通信与传感等一体化功能的光电复合海缆相继出现,其重要性进一步提升。光电复合海缆结构复杂、运行环境恶劣,与传统电缆相比,其故障率更高、故障类型更多。随着分布式光纤传感技术的发展,通过对海缆中复合光纤的温度/应变信息进行监测进而判断海缆的运行状态已成为研究热点,越来越多的监测系统投入运行,采集了大量布里渊频移数据。到目前为止,基于分布式光纤传感的海缆在线监测系统已基本可对复合光纤的温度/应变信息进行有效监测,但由于海缆在不同的运行条件以及故障情况下相关的诊断特征量较为缺乏,难以形成系统且针对性的海缆故障诊断标准。本文基于数值模拟的方法,通过有限元建模计算光电复合海缆在正常运行和不同电气、机械故障状态下的热力学和结构动力学数据,提取典型故障类型和故障发展程度下的光纤特征信息,建立海缆运行状态与复合光纤的温度/应变信息的联系,得到了较为全面的反映海缆运行和故障状态的定量数据,作为基于光纤分布式传感的海缆状态诊断判据的依据。通过建立海缆热力学有限元模型,分析了海缆正常状态下载流量、环境温度、敷埋深度、土壤导热系数和对流换热系数对光纤温度的影响。研究了环境温度和载流量对海缆整体绝缘性能下降时光纤温升的影响,建立了基于光纤温升的海缆整体绝缘性能诊断标准。联合海缆的等效电路模型和有限元模型对海缆局部绝缘性能下降情况下的光纤相对温升进行分析,研究了环境温度、载流量、故障区域体积电阻率和故障区域范围对光纤温升的影响,系统建立了绝缘性能下降程度和光纤温升的定量关系。基于以上研究初步分析了基于BOTDR(Brillouin Optical Time Domain Reflectometer)的光纤测温在海缆绝缘在线监测方面的应用价值。基于海缆结构动力学有限元模型,对海缆拉伸、扭转、锚砸三种典型故障情况进行了建模仿真,研究了海缆在故障下沿线光纤的应变分布以及光纤应变与海缆内重要结构部件的应变/应力对应于故障发展过程中的变化关系,建立了拉伸、扭转状态下光纤应变与缆芯、铠装应变/应力的函数关系以及锚砸状态下光纤应变与海缆损伤状态的评估指标。基于上述分析,提出了海缆不同机械故障下的光纤应变分布特征模式和基于光纤应变大小和空间分布的海缆机械故障辨识方法。