一种单极负压供电的水下观测网接驳盒的制作方法

本实用新型涉及一种应用在水下观测网中的采用直流单极负压供电的接驳盒。

背景技术：

海洋科学研究的发展依赖于海洋探测技术的进步。随着海洋研究水平的提升和研究的需求，人类对海洋探测的手段要求越来越高，从近海、浅海延伸到深海、远海，从小区域探测延伸到大范围探测，从短期、离线观测延伸到长期、在线观测，传统的观测方式受到了严峻的挑战。海底观测网络因其长期性、持续性、实时性等优点越来越受到人们的重视，目前正向多节点、远距离和大型化方向发展。作为大规模多节点海底观测网最关键的核心，大功率电能的远距离传输技术是当前技术水平的难点。

交流输电在陆地上的广泛应用，使得其技术成熟度相对直流系统而言非常高，因此在一些早期的近岸海底观测网络中，基本采用了交流供电系统，比如建于上个世纪的美国MVCO和LEO-15等系统。但是，交流系统并不适用于大范围、远距离的海底观测网络，因为，首先，远距离输电时，由于线路上的寄生电容，所带来的电容电流会降低传输效率，且传输缆沿线电压分布不均。其次，由于交流系统无功功率的存在，在传输相同功率的情况下，传输损耗比直流传输系统高，且需要进行功率因数补偿，以提高传输效率。第三，交流系统的线损大，主要包含了线缆中的电阻损耗、介质损耗和磁感应损耗。第四，交流电能变换系统由于大型变压器件的存在，对于空间要求较高，不适用于小型化、高功率密度的海底观测网络中。第五，交流输电系统不能采用负压供电，因为其本身电压即为正负交替。第六，交流输电系统需要传输海缆具备至少两芯，不具备单导体的单极传输能力。最后，交流输电系统对线缆的耐压要求比同等电压的直流线缆要高，因此成本较高。

技术实现要素：

实用新型目的：本实用新型的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种结构简单，安装方便，能够应用于远距离大范围海底观测网络的电能传输系统中，为水下设备提供持续稳定的电力支撑的单极负压供电的水下观测网接驳盒。

技术方案：本实用新型所述的一种单极负压供电的水下观测网接驳盒，包括岸基交流转直流负压系统，地线，岸基阳极棒，单导体光电复合缆，水下接驳盒，水密缆和水下阴极棒，所述岸基交流转直流负压系统的输出正端通过地线连接岸基阳极棒；所述岸基交流转直流负压系统的输出负端连接单导体光电复合缆的首端，单导体光电复合缆的尾端连接水下接驳盒的输入负端，水下接驳盒的输入正端通过水密缆连接水下阴极棒。

进一步的，所述岸基交流转直流负压系统包括输入滤波单元、逆变单元、变压器和全桥滤波单元，直流电压范围为0V到-12kV。

进一步的，所述单导体光电复合缆由内到外依次设有光纤单元、铜导体、绝缘层、铠装层和外护层，所述光纤单元采用不锈钢光纤结构，铜导体由多根铜芯和铜管构成，绝缘层采用高密度聚乙烯，铠装层采用钢丝铠装。

进一步的，所述水密缆采用12芯导体的水下干插拔式连接器。

进一步的，所述岸基阳极棒采用的材料为高硅铬铁，水下阴极棒采用的材料为镀铂钛。

有益效果：本实用新型结构简单，安装方便，能够应用于远距离大范围海底观测网络的电能传输系统中，为水下设备提供持续稳定的电力支撑。同时，直流单极供电降低传输用海底光电复合缆的缆芯数量和制造成本。第三，降低传输损耗，提高能源利用率。最后，采用负压供电，便于对系统进行维护，可定期更换岸基阳极即可。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构原理示意图；

图2为本实用新型的单导体光电复合缆结构示意图。

具体实施方式

如图1所示的一种单极负压供电的水下观测网接驳盒，包括岸基交流转直流负压系统1，地线2，岸基阳极棒3，单导体光电复合缆4，水下接驳盒5，水密缆6和水下阴极棒7，所述岸基交流转直流负压系统1的输出正端通过地线2连接岸基阳极棒3；所述岸基交流转直流负压系统1的输出负端连接单导体光电复合缆4的首端，单导体光电复合缆4的尾端连接水下接驳盒5的输入负端，水下接驳盒5的输入正端通过水密缆6连接水下阴极棒7。

所述岸基交流转直流负压系统1包括输入滤波单元、逆变单元、变压器和全桥滤波单元，直流电压范围为0V到-12kV。

如图2所示，所述单导体光电复合缆4由内到外依次设有光纤单元41、铜导体42、绝缘层43、铠装层44和外护层45，光纤单元41采用不锈钢光纤单元，其主要作用为内嵌单模光纤，进行岸基与水下节点的光通信；铜导体42，为多根铜芯和一根铜管构成，提高了水下电缆的过电流能力，其主要作用为进行电流输送；绝缘层43，材料为高密度聚乙烯，具有良好的抗压和抗拉伸性能，其主要作用为进行带电层和外铠装及海水的绝缘隔离；铠装层44采用钢丝铠装，盘绕在绝缘层43外端，主要作用为提高光电复合缆的刚性和韧度，保护内部绝缘层及光纤；外护层45包括沥青和外被层，主要起防磨、粘结和防腐蚀等保护作用，与海水直接接触。

所述水密缆6采用12芯导体的水下干插拔式连接器，型号为MCIL12M//DLSA-M+4M CABLE+DLSA-M//MCIL12M。

所述岸基阳极棒3采用的材料为高硅铬铁，水下阴极棒7采用的材料为镀铂钛。

针对交流系统应用在海底观测网络店里传输系统中的缺陷，使用直流供电具备以下几点优势：

首先，在直流传输系统中，线缆寄生参数的影响在稳态情况下基本为零，主要影响为线缆电阻损耗，而寄生电容不会影响到线路沿线电压分布，直流电压均匀分布，且传输距离不受到电容电流的影响。其次，在空间受限的海底观测网络节点中，直流高压电能变换系统采用大功率开关器件，体积小，功率密度大，相对于交流系统的大型变压器而言，可以有效降低节点尺寸，降低布放难度。第三，直流传输系统对线缆耐压要求比交流系统低，线缆不易老化，损耗低，且可以采用单极供电，成本低。最后，直流供电系统扩展方便，可以进行分期建造，比较适用于需逐步扩大范围与规模的海底观测网络中。

同时，海水作为良导体，且具有较大的横截面积，其传输阻抗基本为零，因此可以采用单极传输方式，具有以下几点优势：第一，降低成本，可以使用单芯电缆即可实现与海水组成供电系统，第二，海水回路阻抗基本为零，可以降低传输回路损耗，第三，只用敷设一根电缆，工程应用性较强，第四，扩展性高，在进行系统拓展的时候，只需在新布放节点处增加水下回路电极即可。因此，单极海水回路对海底观测网络电能传输与分配系统架构而言，适用性更高。

第三，由于采用单极输电，在岸基与节点处需分别安装接地电极和水下电极，一方面对中性点电位进行钳制，另一方面形成以海水作为回路导体的电能传输路径，流过接地电极和水下电极的电流等于线路上的系统运行电流。此处，海水相当于电解液，其电解质的流动形成电流运动，而电流的方向决定了电极为阴极或是阳极。阳极失去电子，被电解成离子状态进入介质，阴极得到电子，发生还原反应，因此，阳极随着电流的持续存在，物质持续损耗，其失去物质的量服从法拉第定律。而在阴极，则在正常情况之下，不会发生损耗。因此，在确定电流方向时，需考虑电极的使用寿命和维护成本，在岸基处，可以方便的对电极进行更换，而在水下，电极更换成本非常高。因此，将岸基电极作为阳极使用，水下电极作为阴极使用，也就是采用负压供电，电流由岸基电极流向水下电极，可以提高供电系统工作寿命，降低维护成本。