海底观测网络远程电能故障诊断与处理研究

摘要

海底观测网近年来在世界范围内得到关注与迅步发展，国外成功的项目应用为我国的海底观测网建设提供了借鉴。海底接驳盒的运行监控以及在此基础上的岸基远程故障诊断与处理是保证观测网水下系统及探测仪器正常工作的重要保证。本文着眼于海底观测网络的远程电能故障诊断与处理，主要进行了以下几方面的研究:
　　硬件主控与监测环节，设计了基于C8051F020高速单片机的水下主次接驳盒运行监控与环境监测软硬件系统，实时地监测接驳盒负载线路的电压、电流、接地电阻状态以及接驳盒腔体温湿度、漏水等环境状况;通过与上位机管理系统的数据通讯实现岸上对海底接驳盒运行状态的远程实时观测，并据此进行故障的诊断与处理。本文设计了电量传感器采集电压、电流的隔离采样电路，以及高压腔模拟信号的线性检测电路，实现对电量的实时隔离检测。本文讨论了接驳盒供电线路接地故障的检测方式，实现供电线路对海水阻抗的在线检测。
　　线路接驳与保护环节，设计实现了中压375V及低压48V的负载线路接驳保护和故障时的隔离处理。主接驳盒中的中压375V接驳采用IGBT与机械继电器串联实现，IGBT的驱动采用以VLA517-01R芯片为核心的控制电路，并集成了过流保护、故障输出和锁存功能。低压48V接驳采用功率MOSFET与机械继电器串联实现，MOSFET的驱动和过流抑制保护采用以LT4356芯片为核心的控制电路，同样集成了故障输出和锁存功能。
　　控制腔内部供电环节，设计了控制腔内部负载基于VICOR DC-DC模块的冗余电源电路，提高控制腔内部负载的供电可靠性。
　　软件设计环节，对基站上位机的故障诊断监视软件进行了设计，集中指示了海底接驳盒的运行故障状态信息，并建立了故障日志记录，实现对水下接驳盒运行故障状态的实时监视。
　　本文对所设计的软硬件系统功能模块进行了测试与试验，系统联合调试证明了所设计的海底观测网远程电能故障诊断与处理系统实现了设计功能，运行可靠。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 国内外海底观测网络

1．2．2 接驳盒电能监控与故障诊断处理技术

1．3 研究意义及内容

1．4 本章小结

第二章 系统总体方案研究

2．1 海底观测网络总体规划

2．2 电能监控及其故障诊断处理

2．3 系统总体设计

2．4 本章小结

第三章 系统软硬件实现

3．1 接驳盒运行监控与故障诊断核心模块设计

3．1．1 主控核心选型

3．1．2 电能监控主控核心

3．1．3 环境状态监测主控核心

3．1．4 通讯模块

3．2 接驳盒中、低压接驳与保护模块设计

3．2．1 中压接驳与保护

3．2．2 低压接驳与保护

3．3 接驳盒运行环境监控与故障诊断模块设计

3．3．1 电压、电流状态监测模块

3．3．2 接地故障检测模块

3．3．3 多路温湿度监测模块

3．3．4 腔体漏水监测模块

3．4 系统电源模块及其冗余设计

3．5 远程故障诊断与处理系统上位机软件设计

3．5．1 软件功能分析

3．5．2 程序与GUI实现

3．6 下位机主控核心软件设计

3．6．1 程序功能实现

3．6．2 数据通信协议

3．7 本章小结

第四章 系统测试与试验

4．1 接驳盒运行状态监控测试

4．1．1 主接驳盒运行监控测试

4．1．2 次级接驳盒运行监控测试

4．2 中压接驳保护模块仿真与测试

4．2．1 两级接驳功能测试

4．2．2 过流故障保护测试

4．3 低压接驳保护模块测试

4．3．1 两级接驳功能测试

4．3．2 过流保护测试

4．4 接地故障检测模块测试

4．5 系统联合调试

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简历及在学期间所取得的科研成果