[发明专利]具有快速继电保护的海底观测网高压电切换型分支器

说明书

本发明涉及一种具有快速继电保护的海底观测网高压电切换型分支器，其包括监测与控制单元、高压电切换单元、供电单元和启动单元。本发明通过全固态开关实现高压电切换功能，能够实时监测分支器的海底主干缆电压，在海缆发生接地故障时通过监测与控制单元中微控制器内部实现的海缆故障隔离方法，自动识别故障模式并控制切断高压电切换开关，快速在线地隔离故障海缆段。本发明具有故障自动识别和隔离速度快等特点，可为海底观测网的长期运行提供保障。

技术领域

本发明属于海洋观测技术领域，具体涉及一种具有快速继电保护的海底观测网高压电切换型分支器。

背景技术

海底观测网是实现对海底长期、实时、大范围原位观测的海底基础设施。持续稳定的电能供给、通讯是海底观测网是海底观测网长期运行的前提和基础。海底观测网主要由岸基站、海底主次接驳盒、海底仪器平台、光电复合海缆、分支器和中继器等组成。

分支器是连接主干海缆和分支海缆的枢纽节点，在系统扩展和保护方面发挥着不可替代的作用。海底光电复合缆作为能量和通讯的基础载体，在海底观测网架设时铺设在环境恶劣的海底，很大可能会频繁地发生故障。当主干缆或分支缆出现故障时，分支器应该具备隔离故障区域的能力，从而保证系统其余部分仍能正常运行。

目前已提出的用于海底观测网的分支器及海缆故障隔离方案在故障发生时，需要将整个观测网的电压降低，通过岸基发送指令控制分支器中开关单元的开断，从而实现故障隔离。该故障隔离方式在整个故障定位隔离过程中观测网将无法正常运行。同时，目前市场上还不存在用于海底观测网的分支器及有效可靠的故障隔离方法，无法满足大规模海底观测网建设的需求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明需要解决的技术问题是提出一种具有快速继电保护的海底观测网高压电切换型分支器，以实现在快速隔离海缆故障或接驳盒故障的同时使得海底观测网剩余未发生故障部分仍维持正常运行。

本发明的技术方案是：所述具有快速继电保护的海底观测网高压电切换型分支器，由监测与控制单元、高压电切换单元、供电单元和启动单元组成；其中：

所述监测与控制单元由三个电流传感器、电压传感器及微控制器组成，所述三个电流传感器两两通过高压电切换单元的高压电切换开关连接，所述二个电流传感器被测电流端口分别连接海底主干缆，第三个电流传感器被测电流端口连接海底分支缆，所述三个电流传感器输出端口分别连接至微控制器输入端口，用于监测高压电切换单元三端的电流，并将所测的电流数据输入所述微控制器；所述电压传感器被测电压端口连接至海底主干缆，所述电压传感器的输出端口连接至微控制器输入端口，通过分压的方式用于检测主干缆电压，并将所测的电压数据输入所述微控制器；所述微控制器输出端口连接至所述高压电切换单元，用于接收所述电流传感器与电压传感器的输出模拟量和岸基的控制信号，并根据所述电流传感器与电压传感器的输出模拟量或岸基的控制信号，控制高压电切换单元的状态；

所述高压电切换单元由四个高压电切换开关组成，所述高压电切换开关由N个串联的IGBT（ N ≥ 2）、N个驱动控制电路（N ≥ 2）、N个静态均压电阻（N ≥ 2）、N个RCD缓冲均压电路（ N ≥ 2）、钳位吸收压敏电阻R_mov和机械隔离开关S组成，所述N个串联的IGBT通过串联的方式达到所需的高压电切换电压等级；所述N个驱动控制电路一一对应地连接至相应的IGBT的门极，用于驱动IGBT导通与关断；所述N个静态均压电阻一一对应地并联连接在IGBT两端，用于使N个串联的IGBT在开断后所承受的静态电压基本相同；所述RCD缓冲均压电路由电容、电阻和第一二极管组成，所述第一二极管与电阻并联连接后，与电容串联连接，所述N个RCD缓冲均压电路一一对应地并联在IGBT两端，用于使N个串联的IGBT在开断时所承受的动态电压基本相同；所述钳位吸收压敏电阻R_mov并联连接在N个串联的IGBT的首尾两端，用于钳位尖峰电压并吸收能量；所述机械隔离开关S连接在母线中，用于在所述N个IGBT完全关断之后实现物理隔离；