一种海底观测网接驳保护系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于深海海底观测网观测技术领域，具体涉及到一种海底观测网接驳保护系统。
【背景技术】
[0002]海底观测网络是一种把陆地基站中的电能通过海底光电复合缆以高压直流形式输送到海底观测节点的观测系统，可以实现对海底环境的长期、实时以及多学科综合观测，是人类探索海洋的一个重要平台。由于海底观测仪器设备的多样性，所需供电电压、功率都各有不同，因此输送到海底的电能不能直接给海底观测仪器设备供电，需要进行相应的电能转换，转换后的电能同时给多个海底观测仪器设备供电。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种海底观测网接驳保护系统，以实现在出现故障的情况下，，及时有效地切断出现故障的输出端口，实现与故障海底观测仪器设备的电气隔离，阻止故障的扩大，不影响到其他水下仪器设备的正常工作。
[0004]本发明的海底观测网接驳保护系统，包括控制器C、驱动器Q、采样电阻R1、采样电阻R2、采样电阻R3、采样电阻R4、半导体开关管S、固态继电器S1、固态继电器S2、中频比较器Cl、中频比较器C2、中频比较器C3、高频比较器C4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4 ；
采样电阻Rl的一端和半导体开关管S的漏极均与电源的正端连接，采样电阻Rl的另一端与采样电阻R2的一端共接作为电压采样端与中频比较器Cl的采样输入端和中频比较器C2的采样输入端连接，采样电阻R2的另一端、采样电阻R3的一端和采样信号地AGND均与电源的负端连接，采样电阻R3的另一端作为电流采样端与中频比较器C3的采样输入端、高频比较器C4的采样输入端连接并同时连接海底仪器设备的供电负端和固态继电器S2的输出端，中频比较器Cl的输出端与二极管Dl的正极和控制器C的一个I/O端口连接，中频比较器C2的输出端与二极管D2的正极和控制器C的第二个I/O端口连接，中频比较器C3的输出端与二极管D3的正极和控制器C的第三个I/O端口连接，高频比较器C4的输出端与二极管D4的正极和控制器C的第四个I/O端口连接，二极管Dl的负极、二极管D2的负极、二极管D3的负极、二极管D4的负极均与驱动器Q的保护中断端口连接，控制器C的第五个I/O端口与驱动器Q的使能端口连接，控制器C的第六个I/O端口与固态继电器SI的使能端连接，控制器C的第七个I/O端口与固态继电器S2的使能端连接，驱动器Q的驱动端口与半导体开关管S的栅极连接，半导体开关管S的源极、固态继电器SI的输入端均与海底仪器设备的供电正端连接，固态继电器SI的输出端、固态继电器S2的输入端、采样电阻R4的一端均与控制器C的第八个I/O端口连接，采样电阻R4的另一端与海水地SGND和采样信号地AGND连接；所述的电源为375V或者48V直流电源。
[0005]上述技术方案中，所述的半导体开关管S为MOSFET开关管或者IGBT开关管，相应的驱动器Q为MOSFET开关管驱动芯片或者IGBT开关管驱动芯片。
[0006]对于接驳保护系统，最重要的是实现开关器件的驱动与保护电路部分。因为后端海底观测仪器设备引起的短路故障、过流故障会对前端供电电源和开关器件带来很大损害，短路故障造成的瞬时大电流会在极短时间(Ims)内烧毁开关元件，而过流故障会使导通的开关元件温度急剧升高，严重威胁开关元件，同时威胁系统其他模块的安全。前端供电电源引起的过压故障和欠压故障则会对后端海底观测仪器设备造成损害，过压故障产生的瞬时高压会瞬间烧毁后端海底观测仪器设备，欠压故障产生的低压会使海底观测仪器设备工作在一个非正常工作状态，影响设备的工作效率甚至对一些高精度的水下传感器的采样精度产生不可修复的损伤。接地故障是正、负端输电线缆对海水地(SGND)的接地电阻逐渐下降或与海水地(SGND)直接接触，产生接地电流，接地电流的存在会加速输电线缆的电化学腐蚀，加速输电线缆对海水地(SGND)的接地阻抗减小，最终导致短路故障的发生。接地故障是一个缓慢发生的过程，可以通过电量采样后在控制器软件层实现保护，然而上述前四种故障都需要很高的响应速度，通过电量采样后在控制器软件层实现保护的办法受制于控制器的扫描周期(一般为1ms以上)，无法达到高速响应的需求。因此，必须在硬件电路中实现实时、高响应速度的保护功能。
[0007]本发明的保护系统中由采样电阻Rl、R2、R3，中频比较器Cl、C2、C3，高频比较器〇4、二极管01、02、03、04，驱动器0及半导体开关管3构成接驳保护电路，由固态继电器S1、S2和采样电阻R4构成接地检测电路。接驳保护电路作为该系统的核心电路部分，接驳保护电路入端连接375V或48V直流供电电源，出端连接海底仪器设备。本发明中接驳保护电路采用半导体开关管实现电路的接驳供电控制以及电气隔离。接驳保护电路通过对375V或48V电源的供电电压和供电电流进行采样，并根据需求基于不同频率的比较器实现过压、欠压、短路、过流四个故障的诊断，当存在故障时，输出相应的故障信号给控制器，同时利用四个二极管组成一个“或”门，任意一个故障信号，都将触发驱动器的故障保护动作。接地检测电路入端连接375V或48V直流供电单元，出端与海水地(SGND，即海水或设备外壳)连接，采用电阻分压采样的原理，控制器主动控制检测正、负极输电线缆对海水的接地电阻，并将采样结果传递给控制器作为接地故障判定依据。
[0008]本发明的有益效果在于:在供电电源和海底观测仪器设备之间设计一个接驳保护系统，一方面当前端供电电源的供电电压发生剧烈震荡变化时，该接驳保护系统可在供电电源与海底观测仪器设备间实现电气隔离，防止该故障电压对后端海底观测仪器设备的损害；另一方面，当后端连接海缆的绝缘性下降或者某个海底观测仪器设备出现故障，该接驳保护系统可以及时有效地切断并隔离该路供电输出端口，防止故障的扩大，同时不影响前端供电电源和其他观测仪器设备的正常工作。本发明采用双层保护机制，可靠性高，可以为海底观测网系统提供有效接驳保护。
【附图说明】
[0009]图1为海底观测网接驳保护系统的系统结构框图。
[0010]图中:C为控制器；D1、D2、D3、D4为四个二极管；C1、C2、C3为三个中频比较器、C4为高频比较器山为驱动器4为半导体开关管；S1、S2为两个固态继电器；R1、R2、R3、R4为四个采样电阻。
【具体实施方式】
[0011]以下结合说明书附图进一步说明本发明。
[0012]参照图1，本发明的海底观测网接驳保护系统，包括控制器C、驱动器Q、采样电阻R1、采样电阻R2、采样电阻R3、采样电阻R4、半导体开关管S、固态继电器S1、固态继电器S2、中频比较器Cl、中频比较器C2、中频比较器C3、高频比较器C4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4 ；
采样电阻Rl的一端和半导体开关管S的漏极均与电源的正端连接，采样电阻Rl的另一端与采样电阻R2的一端共接作为电压采样端与中频比较器Cl的采样输入端和中频比较器C2的采样输入端连接，采样电阻R2的另一端、采样电阻R3的一端和采样信号地AGND均与电源的负端连接，采样电阻R3的另一端作为电流采样端与中频比较器C3的采样输入端、高频比较器C4的采样输入端连接并同时连接海底仪器设备的供电负端和固态继电器S2的输出端，中频比较器Cl的输出端与二极管Dl的正极和控制器C的一个I/O端口连接，中频比较器C2的输出端与二极管D2的正极和控制器C的第二个I/O端口连接，中频比较器C3的输出端与二极管D3的正极和控制器C的第三个I/O端口连接，高频比较器C4的输出端与二极管D4的正极和控制器C的第四个I/O端口连接，二极管Dl的负极、二极管D2的负极、二极管D3的负极、二