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海底观测网络是海底探测与研究的前沿课题,随着海洋需求的不断增加,建立新型的海底观测网络是海洋研究的一个发展趋势。与传统的海洋观测技术受到电能长期供给限制不同,海底观测网络能够提供持续电能供给,实现了对海底的长期连续实时原位观测。海底观测网的电能是由陆地电网通过光电复合缆和接驳盒提供的,为了实现对海底观测设备电能供给状态的在线实时监测和控制,提高海底供电系统的可靠性和用能效率,本文研究并设计了一套海底观测网接驳盒供电监控系统。
海底观测网的供电具有长期、连续、远距离的特点,通过对高压直流输电和交流输电的对比分析,确定了海底观测网络的电能传输采用海水单极直流输电的方案;在海水单极直流输电中,随着时间的推移,阴极表面容易结垢,导致电极接触电阻增加,提出了倒极的方法去除阴极结垢,很好的解决了阴极结垢的问题;为了满足海底观测系统供电的要求,提出了利用分支单元,实现海底观测网供电系统的并联连接,隔离海缆故障部分,消除故障对其它观测网部分的影响;输入主接驳盒的直流电压是-10KV,无现成的电压测量传感器可用,提出了直流分压和线性光耦强隔离相结合的直流电压检测方法对-10KV直接电压进行测量;主接驳盒和次接驳盒之间以及次接驳盒和观测设备之间的水密电缆在恶劣的海底环境下长期运行,容易造成插头松动或者绝缘层破坏,从而发生接地故障,提出了一种注入直流电的方法对每条支路的接地故障实现在线带电实时巡回检测。
设计了供电监控系统的应用软件。实现了供电监控系统对输入输出主接驳盒的电压电流和海底观测设备的工作电压、电流的测量,以及对水密电缆绝缘情况和各个舱体的温度、漏水情况的测量,并将这些数据通过光纤网络送到岸基站上位机。岸基站上位机实时处理显示运行参数,实现对系统的远程控制和管理。
开展了系统的异常响应、倒极除垢和系统联调实验研究,结果表明了所设计的接驳盒供电监控系统的可靠性和稳定性。该系统能够可靠稳定的运行,为海底观测网长期运行提供了保证。本文的研究成果为我国实际的海底观测网络的建设提供了借鉴和支撑。