CN104868463A - 基于离散电流值控制的海缆分支电力控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的基于离散电流值控制的海缆分支电力控制器，包括支缆电路开关、电流采样电阻、控制器、主缆电路开关、主缆导流二极管、控制器导流二极管、稳压二极管和支缆导流二极管；所述的主缆电路开关和支缆电路开关均为具备锁持功能的单刀单掷高压开关，与传统的通过海缆光纤发送命令对分支器的开关进行控制的方法相比，本发明的控制器可在零电压、零电流的情况下实现对海缆分支电力通断的控制，可靠性高、成本低、体积小，利于水下尤其是深海应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种海缆分支电力控制器，尤其涉及一种基于离散电流值控制的海缆分支电力控制器，属于海底供电网络输电线路远程控制技术领域。
背景技术
当前海底网络系统研究逐渐受到重视，是海洋研究和应用的变革性手段。由于海底环境极端恶劣，海底网络容易出现电力传输故障，而海底网络敷设和维修成本极高、周期较长、技术难度较大，因此，远程维护和故障隔离技术十分关键，具备远程故障隔离能力的海缆分支电力控制器成为海底网络供电系统必不可少的关键器件。然而，海底网络供电系统出现故障后，通信系统往往失效，传统方法是切换到恒流供电方式，通过光纤发送控制命令的方法实现输电线路重新配置。此种方法要求开关在直流高电压、恒电流状态进行闭合和断开，开关受到较大的应力，使用寿命大大缩短，随着海底网络的普及，海缆供电线路重新配置愈加频繁，传统分支器的开关通断控制难以满足海底长期运行的要求。本设计就是针对该技术背景下而发明出一种无需光纤通信、开关可在零电压零电流状态下进行通断控制的基于离散电流值控制的海缆分支电力控制器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于离散电流值控制的海缆分支电力控制器，可实现远程控制海缆分支的电力通断。
本发明的基于离散电流值控制的海缆分支电力控制器包括支缆电路开关、电流采样电阻、控制器、主缆电路开关、主缆导流二极管、控制器导流二极管、稳压二极管和支缆导流二极管；所述的主缆电路开关和支缆电路开关均为具备锁持功能的单刀单掷高压开关，主缆电路开关的开关输入端、支缆电路开关的开关输入端、电流采样电阻的一端及控制器的I/0采样端口共接作为主缆输入端，支缆电路开关的开关输出端与支缆导流二极管的正极连接，支缆导流二极管的负极作为支缆输出端，主缆电路开关的开关输出端与主缆导流二极管的正极连接，主缆导流二极管的负极与控制器导流二极管的正极共接作为主缆输出端，控制器导流二极管的负极与稳压二极管的负极和控制器的供电正端端口连接，稳压二极管的正极与电流采样电阻的另一端和控制器的供电负端端口连接，主缆电路开关的闭合控制线圈的两端和断开控制线圈的两端分别与控制器的四个I/O驱动端口一一连接，支缆电路开关的闭合控制线圈的两端和断开控制线圈的两端分别与控制器的另外四个I/O驱动端口一一连接。
所述的控制器为具有至少8个I/0驱动端口的控制芯片。
主缆电路开关与主缆导流二极管正向串联组成主缆输入端到主缆输出端的主缆电力传输通道，主缆导流二极管可防止电流反向流通。支缆电路开关与支缆导流二极管正向串联组成主缆输入端到支缆输出端的支缆电力传输通道，支缆导流二极管可防止电流反向流通。电流采样电阻、稳压二极管与控制器导流二极管反向串联组成主缆输入端到主缆输出端的控制电流传输通道，控制器导流二极管可防止电流正向流通，只允许反向流通。从而实现在岸基端对海缆进行负压供电时，电流只流过控制电流传输通道。
控制器的电能来自于稳压二极管，在负电压供电时，稳压二极管输出稳定的电压值，可启动控制器并工作，进而执行相应控制动作。当海底网络正常运行即正电压供电时，控制器导流二极管截止且稳压二极管压降低于1V，控制器关闭，不执行任何控制动作。
控制器可通过软件或硬件的方式存储多个预定电流值，每两个电流值对应于每一个开关的闭合和断开命令，控制器可通过测量流过电流采样电阻的电流值，并与预定电流值进行比较和判断，然后执行相应的控制动作。
本发明设计了巧妙的海缆分支电力控制结构，通过调换海底网络供电电压的极性，使得在输电线路配置时，配置所需的电流不经过任何高压开关，并通过切变海底网络的电流值作为命令发送的方式实现远程命令传输，从而实现远程控制分支器的开关并在零电压零电流的情况下进行通断。与传统的海缆分支电力控制器相比，本发明不需要依赖于光纤通信，成本更低；开关工作在零电压零电流状态下，可靠性更高，寿命更长；只需在岸基控制海缆的电流值即可控制开关，结构更加简单可靠；分支器结构简单，器件数量少，具有更小的体积。本发明所具有的特点很适合应用在海底网络供电系统，可促进水下供电网络乃至海底观测网、海洋探测与研究、水下作业等科学技术的发展，具有重大意义。
附图说明
图1是基于离散电流值控制的海缆分支电力控制器的电路示意图。
图2是本发明的海缆分支电力控制器的使用示意图。
图中：1支缆电路开关、2电流采样电阻、3控制器、4主缆电路开关、5主缆导流二极管、6控制器导流二极管、7稳压二极管、8支缆导流二极管。
具体实施方法
以下结合附图进一步说明本发明。
参照图1，本发明的基于离散电流值控制的海缆分支电力控制器，包括支缆电路开关1、电流采样电阻2、控制器3、主缆电路开关4、主缆导流二极管5、控制器导流二极管6、稳压二极管7、支缆导流二极管8。所述的主缆电路开关4和支缆电路开关1均为具备锁持功能的单刀单掷高压开关，主缆电路开关4的开关输入端、支缆电路开关1的开关输入端、电流采样电阻2的一端及控制器3的I/0采样端口共接作为主缆输入端，支缆电路开关1的开关输出端与支缆导流二极管8的正极连接，支缆导流二极管8的负极作为支缆输出端，主缆电路开关4的开关输出端与主缆导流二极管5的正极连接，主缆导流二极管5的负极与控制器导流二极管6的正极共接作为主缆输出端，控制器导流二极管6的负极与稳压二极管7的负极和控制器3的供电正端端口连接，稳压二极管7的正极与电流采样电阻2的另一端和控制器3的供电负端端口连接，主缆电路开关4的闭合控制线圈的两端和断开控制线圈的两端分别与控制器3的四个I/O驱动端口一一连接，支缆电路开关1的闭合控制线圈的两端和断开控制线圈的两端分别与控制器3的另外四个I/O驱动端口一一连接。
本发明的装置使用时，安装于海缆分支器内部，如图2所示，海缆的供电电源位于岸基，电源的负端与一个导电地极相连，电源的正端与完全位于水下环境的海缆内的导体相连，海缆主缆沿线上分布多个一分为二的海缆分支器，分别接下一段主缆和一段支缆，在最后一个分支器的输出主缆上仅连接一个导电地极，所有海缆内部仅有一根导体，而海缆内的电流通过海缆导体、两个导电地极和海水形成电流回路。本发明的装置是安装在海缆分支器内部的电力分支控制器，用于控制主缆和支缆的电力供给。
实际应用时，控制器通过软件或硬件的方式存储了四个不同的电流预设值，四个电流预设值分别对应两个开关的闭合和断开控制命令。岸基电源由正高压供电模式切换到负电压供电模式，使得所有分支器的主缆电力通道和支缆电力通道截止而控制电流传输通道导通，进入海缆分支线路配置流程。以时间间隔T为单位，在每个T时间范围内，调节岸基电源的电流并保持在一个固定值I=Imin+△I，其中，Imin为能保证所有分支器的控制器能正常工作的最小电流值，△I为固定值与最小电流值的差。控制器通过测量流过电流采样电阻2的电压，然后自动转换为测量电流值，通过比较该测量电流值与存储的四个电流预设值。若测量电流值等于其中一个电流预设值，则该控制器执行该电流预设值所对应的控制命令，实现开关的远程控制；若测量电流值不等于任何一个电流预设值，则该控制器不执行任何命令。经过时间T后，再次调节岸基电源的电流值，重复上述流程，直到所有配置工作完成。
Claims (2)
1. 基于离散电流值控制的海缆分支电力控制器,其特征在于包括支缆电路开关（1）、电流采样电阻（2）、控制器（3）、主缆电路开关（4）、主缆导流二极管（5）、控制器导流二极管（6）、稳压二极管（7）、支缆导流二极管（8）；所述的主缆电路开关（4）和支缆电路开关（1）均为具备锁持功能的单刀单掷高压开关，主缆电路开关（4）的开关输入端、支缆电路开关（1）的开关输入端、电流采样电阻（2）的一端及控制器（3）的I/O采样端口共接作为主缆输入端，支缆电路开关（1）的开关输出端与支缆导流二极管（8）的正极连接，支缆导流二极管（8）的负极作为支缆输出端，主缆电路开关（4）的开关输出端与主缆导流二极管（5）的正极连接，主缆导流二极管（5）的负极与控制器导流二极管（6）的正极共接作为主缆输出端，控制器导流二极管（6）的负极与稳压二极管（7）的负极和控制器（3）的供电正端端口连接，稳压二极管（7）的正极与电流采样电阻（2）的另一端和控制器（3）的供电负端端口连接，主缆电路开关（4）的闭合控制线圈的两端和断开控制线圈的两端分别与控制器（3）的四个I/O驱动端口一一连接，支缆电路开关（1）的闭合控制线圈的两端和断开控制线圈的两端分别与控制器（3）的另外四个I/O驱动端口一一连接。
2. 根据权利要求1所述的基于离散电流值控制的海缆分支电力控制器,其特征在于所述的控制器（3）为具有至少8个I/0驱动端口的控制芯片。
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