PDF《海底观测网光电复合缆开路故障识别及区间定位方法》

h t t p : / / ww w.

a e p s G i n f o . c o m 海底观测网光电复合缆开路故障识别及区间定位方法 冯迎宾1,

2 ,李智刚1 ,王晓辉1 ,何震1 ,潘立雪1,

2 ( 1. 机器人学国家重点实验室,中国科学院沈阳自动化研究所,辽宁省沈阳市

1 1

0 0

1 6;

2. 中国科学院大学,北京市

1 0

0 0

4 9 ) 摘要:针对海底观测网络海底光电复合缆出现开路故障的问题, 提出了采用平均测量残差值的方 法识别开路故障.根据实时的网络拓扑结构与电流方向, 建立有向图的邻接矩阵, 将网络结构分成 三种不同的区域.计算故障时刻前后的接驳盒电压变化差, 利用差值进行开路故障的区域定位, 针 对耦合区域, 提出了假设检验的方法进行开路故障海缆的区间定位.建立了海底观测网供电网络 模型, 进行了开路故障仿真分析, 结果验证了该开路故障识别和定位方法的实用性和有效性. 关键词:海底观测网;

光电复合缆;

状态估计;

开路故障;

邻接矩阵 收稿日期:

2 0

1 4 G

0 3 G

0 5;

修回日期:

2 0

1 4 G

0 8 G

2 7.

0 引言 传统观测海洋的方法只能从地面或者乘船从海 面观察海洋, 随着遥测遥感技术的发展, 人类可以从 空中对海洋进行观测, 但这些方法获得的海洋信息 只是离散、 零星的数据, 为探测和理解海洋的物理、 化学、 生物和地质等过程, 海洋科学界提出了观测海 洋的第3个平台― ― ―海底观测网络[

1 G

2 ] .海底观测 网由岸基站、 海底光电复合缆( 以下简称 海缆 ) 、 接 驳盒、 分支单元( B U) 以及各种观测仪器设备组成, 它打破了海底观测设备在供电和通信方面所受的限 制, 实现了对海洋的实时、 连续观测. 电能是海底观测网络的血液, 是海底观测网络 稳定运行的基础.目前运行的全球第一个区域性海 底观测网络是加拿大的东北太平洋海底时间序列观 测网( N E P TUN E G C a n a d a ) .文献[

3 G 7] 详细论述了 N E P TUN E海底观测网络电能传输的特点, 提出了 一种网状、 单级、 恒压、 直流输电的方法, 并对这种方 案的可靠性、 稳定性进行了分析.文献[ 8] 论述了 N E P TUN E海缆可能出现的故障包括开路故障、 短 路故障, 开路故障会造成系统整体输出能力的下降, 短路故障需进行定位、 隔离.短路故障包括高阻抗 故障、 低阻抗故障, 文献[ 9] 针对高阻抗故障提出了 一种基于测量的电压、 电流值的故障定位方法.文献[

1 0 ] 提出利用阻抗法对海缆的低阻抗故障进行故 障定位.目前普遍采用的开路故障定位方法为电容 测试法, 利用电容表在供电导体和接地( 如海水、 大地) 间进行测试, 将测试的电容值与海缆出厂时的参 数比较, 即可得到故障点的位置.但是, 这种方法不 能直接应用在含有多个分支海缆的海底观测网中. 利用本文所提出的算法, 首先进行故障海缆的区间 定位, 然后利用电容测试法实现故障点的精确定位. 本文提出了一种典型的单环网状的海底观测网 供电网络模型, 对海缆的开路故障识别和定位方法 展开理论研究.提出了利用测量值的平均残差识别 开路故障, 利用故障前后所测量的电压变化值对开 路故障进行区间定位.

1 海底观测网供电网络模型 海底观测网供电系统主要包括岸基站供电设 备、 海缆、 分支单元、 接驳盒等.岸基站供电设备向 整个观测网提供电能;