海底观测网及基于光纤传能的海缆短路故障的定位方法技术

本发明专利技术涉及一种海底观测网及基于光纤传能的海缆短路故障的定位方法，属于海底线缆检测技术领域。定位方法包括：(1)对由传能光纤所构建的检测线路进行供电；(2)对相邻上游节点与故障点之间的海缆段与海水所构成第一回路的回路电阻值R1进行检测；(3)对位于首故障节点与故障点之间的海缆段与海水所构成的第二回路的回路电阻R2进行检测；(4)基于公式L1＝0.5×((R1‑R2)÷K+L)，获取故障点与相邻上游节点之间的距离。基于能传输低功率电能的传能光纤、通信光纤与能传输高功率电能的复合光纤分别构建供电与通信线路，能更精确地测出海缆短路故障点的位置。可广泛应用于海底观测网等水下网络的故障检测领域。

Submarine observation network and positioning method of submarine cable short circuit fault based on optical fiber energy transmission

【技术实现步骤摘要】
海底观测网及基于光纤传能的海缆短路故障的定位方法
本专利技术涉及海缆短路故障检测
，具体地说，涉及一种结构改进的海底观测网及适于对该海底观测网进行故障检测的海缆短路故障定位方法。
技术介绍
如图1所示，为现有一种以海水作为地极的海底观测网拓扑结构，作为整个网络的节点的岸基站01、中继节点02及终端节点03通过海缆进行传输电能与信号通信传输，其中，海缆通常采光电复合线缆进行构建，以能在供给电能的同时，进行通信信号的传输；在使用过程中，海缆的主要故障为保护层破裂，而导致海缆电线直接与海水接触，造成海缆短路故障，此时无法供给电能，导致故障点后及其后续节点均无法正常工作。为了能及时地修复海缆普破损，需及时且准确地获取海缆保护层破裂位置，即故障点所在的位置，以尽快地完成线缆维修，通常采用电阻法作为海缆故障点判断方法，其为通过测量海缆与海水间的阻抗，再根据海缆本身的参数，计算出故障点所在的位置。具体为，在岸基站给海缆与海水间施加一定的电压U，再测量该回路的电流大小I，根据欧姆定律可以得出，海缆的电阻R＝U/I，再由电阻本身计算公式R＝ρL/S，可以计算出从岸基站到海缆与海水接触点的距离L。但是，在实际测试过程中，存在以下缺陷，虽然海缆上的电阻是均匀分布的，但是当海缆保护层破裂，与海水发生接触时，海缆与海水接触点同样会有一定的阻抗，并且该电阻值会因各种状况而难以确定，且会随着周围环境的变化而不断的变化。当前的故障诊断方法中将这一部分的电阻视为0，则计算出来的故障点位置会比实际的故障点更远，导致在维修过程中，实际搜寻时则需要从计算出的故障位置往回搜寻，直到找出实际故障点，申请人在使用该方法对实际深海电缆故障点位置进行计算，再进行实况寻找，发现位置偏差通常较大，有时会出现巨大偏差，甚至达到几十公里的量级，导致维修过程中的搜寻工作量非常的巨大，不利于对海底线缆的及时维修。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种基于光纤传能的海缆短路故障的定位方法，以提高海缆短路故障点位置的定位精度；本专利技术的另一目的是提供一种适于使用上述定位方法的海底观测网。为了实现上述主要目的，本专利技术提供的基于光纤传能的海缆短路故障的定位方法包括以下步骤:供电步骤，沿海缆的延伸方向，在无法接收到首故障节点与位于其下游的节点的状态反馈信号时，对检测线路进行激光供电；检测线路包括布置在各节点处的回路电阻测量模块与光电转换模块，及布置在岸基站与各个节点之间的传能光纤与通信光纤；对检测线路进行激光供电的步骤包括利用光电转换模块将传能光纤所述传输的激光能转换成电能；第一检测步骤，基于光电转换模块所供给的电能，对位于首故障节点的相邻上游节点与故障点之间的海缆段与海水所构成的第一回路进行供电；利用位于相邻上游节点处的回路电阻测量模块，基于电阻法对第一回路的回路电阻值R1进行检测；第二检测步骤，基于光电转换模块所供给的电能，对位于首故障节点与故障点之间的海缆段与海水所构成的第二回路进行供电；利用位于首故障节点处的回路电阻测量模块，基于电阻法对第二回路的回路电阻R2进行检测；计算步骤，基于通过通信光纤所传回的检测数据，利用公式L1＝0.5×((R1-R2)÷K+L)，获取故障点与相邻上游节点之间的距离；其中，L为首故障节点与相邻上游节点之间的海缆长度，K为复合线缆的单位长度的电阻参数。基于能低功率电能传输的传能光纤与能传输高功率电能的复合线缆分别构建供电线路，包括正常工作供能线路与故障检测供能线路，及基于独立的通信光纤与复合线缆分别构建通信线路，包括正常工作通信线路与故障检测通信线路，从而可在海缆出现故障时，能考虑故障点海水与电线的接触电阻对回路电阻的影响，而更精确地测出海缆短路故障点的位置，并在海缆表层破坏时仍能利用传能光纤对故障检测模块进行供能。具体的方案为在对第一回路供电时，对第二回路进行断电。优选的方案为光电转换模块包括用于接收传能光纤所传输的激光并转换成电能的光伏电池，及用于对光伏电池所输出的电压进行调节的电源管理模块；电源管理模块向回路电阻测量模块输出工作电压。另一个优选的方案为回路电阻测量模块包括电压检测模块与电流检测模块，电压检测模块包括与回路并联的分压电路模块及用于对分压电路模块的下游侧电阻的两端电压进行放大的第二放大器，电流检测模块包括串联在回路中的检流电阻及用于对检流电阻两端的电压进行放大的第一放大器。再一个优选的方案为在无法接收到首故障节点与位于其下游的节点的状态反馈信号时的步骤包括：在预设时间点未收到节点通过所述复合线缆向岸基站所发出的状态反馈信号。为了实现上述另一目的，本专利技术提供的海底观测网包括岸基站及基于海缆供能及传输信号的中继节点与终端节点，海缆为给各节点供能及传输信号的复合线缆；海底观测网包括检测线路；检测线路包括布设在岸基站处的激光源，布置在各节点处的回路电阻测量模块、光电转换模块，及布置在岸基站与各个节点之间的传能光纤与通信光纤；回路电阻测量模块基于电阻法对其所处节点至海缆短路故障点处的海缆段与海水所组成回路的回路电阻值进行检测；传能光纤用于将激光源所供给的激光传输至各个节点处的光电转换模块；光电转换模块用于将所接收到的激光转换成电能，并供给至回路电阻测量模块；回路电阻测量模块通过通信光纤向岸基站回传回路电阻检测信号。该海底观测网在工作过程中，能基于低功率电能传输的传能光纤与能传输高功率电能的复合线缆分别构建供电线路，包括正常工作供能线路与故障检测供能线路，及基于独立的通信光纤与复合线缆分别构建通信线路，包括正常工作通信线路与故障检测通信线路，从而可在海缆出现故障时，能考虑故障点海水与电线的接触电阻对回路电阻的影响，而更精确地测出海缆短路故障点的位置，并在海缆表层破坏时仍能利用传能光纤对故障检测模块进行供能。优选的方案为光电转换模块包括用于接收传能光纤所传输的激光并转换成电能的光伏电池，及用于对光伏电池所输出电压进行调节的电源管理模块；电源管理模块向回路电阻测量模块输出电压。另一个优选的方案为回路电阻测量模块包括电压检测模块与电流检测模块，电压检测模块包括与回路并联的分压电路模块及用于对分压电路模块的下游侧电阻的两端电压进行放大的第二放大器，电流检测模块包括串联在回路中的检流电阻及用于对检流电阻两端的电压进行放大的第一放大器。更优选的方案为海底观测网包括处理器与存储器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，能实现上述任一技术方案所描述的定位方法的步骤。附图说明图1为现有一种海底观测网网络拓扑结构示意图；图2为本专利技术实施例中故障检测电路的供能系统的结构示意图；图3为本专利技术实施例中出现短路故障的两个节点之间的等效电路图；图4为本专利技术实施例中海缆电阻值的测量电路图；图5为本专利技术实施例的工作流程图。具体实施方式以下结合实施例及其附图对本专利技术作进一步说明。实施例本专利技术海底观测网的结构为在如图1所示的现有海底观测网结构的基础之上进行改进，而本专利技术海缆短路故障的定位方法基于该经改进后的海底观测网，并对其线路短路故障的故障点位置进行定位。对海底观测网的具体结构改进为，如图2所示，利用传能光纤4与图中未示出的通信光纤沿该海底观测网的线路布设独立工作的检测线路，具体为在在岸基站与每个节点之间均布设一根传能光纤与一根通信光纤；其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光纤传能的海缆短路故障的定位方法，所述海缆为给各节点供能及传输信号的复合线缆，其特征在于，包括以下步骤:供电步骤，沿海缆的延伸方向，在无法接收到首故障节点与位于其下游的节点的状态反馈信号时，对检测线路进行激光供电；所述检测线路包括布置在各节点处的回路电阻测量模块与光电转换模块，及布置在岸基站与各个节点之间的传能光纤与通信光纤；所述对检测线路进行激光供电的步骤包括利用所述光电转换模块将所述传能光纤所述传输的激光能转换成电能；第一检测步骤，基于所述光电转换模块所供给的电能，对位于所述首故障节点的相邻上游节点与故障点之间的海缆段与海水所构成的第一回路进行供电；利用位于所述相邻上游节点处的回路电阻测量模块，基于电阻法对所述第一回路的回路电阻值R1进行检测；第二检测步骤，基于光电转换模块所供给的电能，对位于所述首故障节点与所述故障点之间的海缆段与海水所构成的第二回路进行供电；利用位于所述首故障节点处的回路电阻测量模块，基于电阻法对所述第二回路的回路电阻R2进行检测；计算步骤，基于通过所述通信光纤所传回的检测数据，利用公式L1＝0.5×((R1‑R2)÷K+L)，获取所述故障点与所述相邻上游节点之间的距离；其中，L为所述首故障节点与所述相邻上游节点之间的海缆长度，K为所述复合线缆的单位长度的电阻参数。...

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤传能的海缆短路故障的定位方法，所述海缆为给各节点供能及传输信号的复合线缆，其特征在于，包括以下步骤:供电步骤，沿海缆的延伸方向，在无法接收到首故障节点与位于其下游的节点的状态反馈信号时，对检测线路进行激光供电；所述检测线路包括布置在各节点处的回路电阻测量模块与光电转换模块，及布置在岸基站与各个节点之间的传能光纤与通信光纤；所述对检测线路进行激光供电的步骤包括利用所述光电转换模块将所述传能光纤所述传输的激光能转换成电能；第一检测步骤，基于所述光电转换模块所供给的电能，对位于所述首故障节点的相邻上游节点与故障点之间的海缆段与海水所构成的第一回路进行供电；利用位于所述相邻上游节点处的回路电阻测量模块，基于电阻法对所述第一回路的回路电阻值R1进行检测；第二检测步骤，基于光电转换模块所供给的电能，对位于所述首故障节点与所述故障点之间的海缆段与海水所构成的第二回路进行供电；利用位于所述首故障节点处的回路电阻测量模块，基于电阻法对所述第二回路的回路电阻R2进行检测；计算步骤，基于通过所述通信光纤所传回的检测数据，利用公式L1＝0.5×((R1-R2)÷K+L)，获取所述故障点与所述相邻上游节点之间的距离；其中，L为所述首故障节点与所述相邻上游节点之间的海缆长度，K为所述复合线缆的单位长度的电阻参数。2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于：在对所述第一回路供电时，对所述第二回路进行断电。3.根据权利要求1或2所述的定位方法，其特征在于：所述光电转换模块包括用于接收所述传能光纤所传输的激光并转换成电能的光伏电池，及用于对所述光伏电池所输出的电压进行调节的电源管理模块；所述电源管理模块向所述回路电阻测量模块输出工作电压。4.根据权利要求1至3任一项权利要求所述的定位方法，其特征在于：所述回路电阻测量模块包括电压检测模块与电流检测模块，所述电压检测模块包括与回路并联的分压电路模块及用于对所述分压电路模块的下游侧电阻的两端电压进行放大的第二放大器，所述电流检...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈燕虎，陈泽键，杨灿军，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33