海底观测网络可控型主缆分支器的研究

发布时间：2017-10-10 02:06

  本文关键词：海底观测网络可控型主缆分支器的研究

  更多相关文章： 故障隔离 分支器 电能传输结构 电压分级控制 电压编码

【摘要】：观测网络常位于海底,这使得布放后的硬件维护变得十分的困难。为实现长期实时的海底监测任务,要求海底观测网络的电能传输系统具有高度的可靠性,不需要时常的维护。所以在电能传输系统的电路设计中,不能使用需要定期更换或者维护的元器件。另一方面,由于海底环境复杂及观测网络本身等因素,电能传输电缆故障的发生不可预测。为保证观测网络电能系统的可靠运行,实现长期稳定的海底观测任务,主缆分支器的使用就显得尤为必要。海底观测网络电能传输系统的保护可以通过移除隔离故障电缆的方法来保护系统的其余部分不受到影响。在本文中,提出继电保护的方法,通过断开故障电缆与系统连接,实现电能传输系统的故障隔离。在输电电缆的主缆与支缆节点处接入主缆分支器,分支器由开关装置及控制器部分组成,由主缆为控制器供电。由于现有海底观测网络工作在-10KV的高压直流回路中,直接进行继电开断对开关装置性能要求很高,所以在本文使用相对低电压低电流的故障诊断供电模式以避免直接在-10KV高压下进行继电保护。海底观测网电能传输系统具有不同的拓扑结构,本文针对现有的树型拓扑结构设计模拟型主缆分支器,采用T形开关结构,利用岸基电源的分级电压对分支器进行控制;针对未来将采用的双岸基环网输电拓扑结构,对数字型主缆分支器进行研究,采取三角形开关结构,利用岸基电源进行电压编码,通过数字型分支器内的MSP430芯片对开关装置进行控制。通过Pspice模型仿真、实验室模拟海缆接入实验,验证了模拟型主缆分支器能够通过不同的电压等级主动控制开关装置的开断,并且不同的电压等级之间不会相互干扰而使模拟型主缆分支器产生误动作。对数字型主缆分支器进行实验室模拟缆接入实验,结果证明MSP430能够正确地对电压编码信号采样输入,对继电装置做出准确的动作控制。同时实验表明了两种分支器在故障诊断模式下,主缆上的电流均维持在10-20mA左右,以海缆电阻1Ω/km等效,实际在每100公里电缆上的压降为1-2V,可以据此对长距离多分支节点的海底观测网络进行相应的控制电压调整以避免远距离分支器控制电压不足的问题。
【关键词】：故障隔离 分支器 电能传输结构 电压分级控制 电压编码
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH766
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 研究背景与意义10-13
• 1.1.1 研究背景10-12
• 1.1.2 研究意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-23
• 1.2.1 海底观测网络发展13-16
• 1.2.2 海底观测网络电能传输拓扑结构16-19
• 1.2.3 直流恒压海缆分支器的研究19-23
• 1.3 本文主要研究内容23-25
• 第2章 可控型主缆分支器总体方案研究25-33
• 2.1 观测网故障类型及分支器功能需求分析25-27
• 2.1.1 观测网故障类型25-26
• 2.1.2 分支器功能需求分析26-27
• 2.2 分支器工作模式转换27-28
• 2.3 模拟型主缆分支器方案研究28-29
• 2.3.1 模拟型分支器结构28-29
• 2.3.2 电压通信方式介绍29
• 2.4 数字型主缆分支器方案研究29-32
• 2.4.1 数字型分支器结构介绍29-31
• 2.4.2 数字型分支器电压通信方式31
• 2.4.3 MSP430芯片介绍31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 模拟型可控主缆分支器研究33-47
• 3.1 模拟型分支器开关电路33-36
• 3.1.1 开关电路模块33-34
• 3.1.2 真空开关管特性34-36
• 3.2 模拟型分支器电压分级电路36-40
• 3.2.1 电压分级电路研究36-38
• 3.2.2 电容累积电量放电电路38-40
• 3.3 模拟型分支器继电器控制电路40-46
• 3.3.1 控制电路设计模型40-41
• 3.3.2 控制器电路计算41-44
• 3.3.3 元件参数设计及误差研究44-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 数字型可控主缆分支器研究47-63
• 4.1 数字型分支器电路设计47-51
• 4.1.1 供电电路48-49
• 4.1.2 MSP430单片机模块49
• 4.1.3 真空开关管驱动模块49-51
• 4.2 电压编码原理51-57
• 4.2.1 通信协议51-52
• 4.2.2 采样方式52-55
• 4.2.3 软件编程流程55-57
• 4.3 程控电源上位机软件设计57-62
• 4.3.1 功能说明58
• 4.3.2 通信协议58-59
• 4.3.3 上位机软件流程图59-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第5章 可控型主缆分支器的仿真与实验63-79
• 5.1 模拟型主缆分支器仿真及实验63-73
• 5.1.1 控制器模块软件仿真63-64
• 5.1.2 实验方案64-68
• 5.1.3 实验结果68-73
• 5.2 数字型主缆分支器实验73-78
• 5.2.1 实验方案73-75
• 5.2.2 实验结果75-78
• 5.3 本章小结78-79
• 第6章 总结与展望79-81
• 6.1 总结79-80
• 6.2 展望80-81
• 参考文献81-85

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本文编号：1003693