Swin-Transformer故障信息挖掘的海底观测网故障定位方法

海底观测网长期受海洋环境与人为因素影响,易使光电复合缆绝缘破损与海水接触形成电学故障点。如何准确地定位电学故障点,对提高海底观测网输电与信息传输的可靠性至关重要。首先根据海底观测网输电结构建立海底观测网输电模型,推导与模拟电学故障点传播至观测点的暂态电流,然后由连续小波变换提取暂态电流与故障点对应的内在关联特征量,最后通过Swin-Transformer神经网络挖掘内在关联特征量与故障距离的匹配关系来定位电学故障点。研究结果表明,在内在关联特征量样本测试集条件下,光电复合缆≤160 km的电学故障点定位误差小于400 m,可为长距离光电复合缆的海底观测网电学故障点定位提供参考。

有缆海底观测系统进展及发展建议

有缆海底观测系统具备长期、原位、在线观测的技术优点,在海洋基础科学研究、资源与能源勘探开发利用、海洋灾害预报预警、海洋环境保护、航海与军事海洋环境保障等方面有广泛应用。阐述和总结了国内外有缆海底观测系统发展现状,分析了有缆海底观测系统关键技术、应用场景和数据衍生服务,从有缆海底观测系统顶层设计、创新发展、差异化研发,以及拓展有缆海底观测数据应用领域等方面提出了未来发展的具体建议,以期对我国海底观测系统的发展提供有益的借鉴。

多端环型海底观测网供电系统故障主动定位方法

多端环型海底观测网供电系统量测节点与数据有限,难以准确定位故障分支和故障点,给系统修复带来了极大的困难。文中提出了基于附加量测节点的故障主动定位方法,根据海底观测网的多端环型结构特点,计算端对端最长连通路径,并基于环网分解点,确定数量最小化的附加量测节点位置。对原有和附加量测节点进行编号,依次选择不同量测节点计算供电系统所有节点电压。利用电压差搜索建立故障位置判断矩阵,对矩阵元素取算术平均值降低误差影响,得到精确的故障位置。建立“海王星”海底观测网PSCAD/EMTDC仿真模型,验证了所提方法的有效性和准确性。

基于控保协同海底观测网供电系统保护方案

海底观测网的供电系统保护问题是海底观测网技术发展所面临的难点之一。负极恒压海底观测网供电系统拓扑结构复杂,故障区段判别困难,故障电流增长迅速、分支单元开断能力有限,致使故障隔离困难。为限制故障电流迅速蔓延,准确判别、可靠隔离故障,该文提出一种基于控保协同的海底观测网供电系统保护方案。首先,利用基于岸基电源直流侧电流变化率的判据来检测海缆故障是否发生,故障后岸基电源进行限流控制来限制故障暂态电流;然后,保护方案利用分支单元电流方向实现支缆故障判别及主缆故障区段判别,利用分支单元/岸基站电压实现主缆故障判别;最后,在有限电流水平下,由分支单元/岸基站断路开关快速动作来实现故障有效隔离。该文利用PSCAD/EMTDC软件搭建了负极恒压海底观测网供电系统仿真模型,验证了所提出保护方案的可行性、有效性。

海底观测装置—CORK:安装在深海钻孔内的“眼睛”

几十年来,海洋科学、地球科学研究和解决问题的方式由过去间隙性的探索转变为持续性的原位观测和实验研究。20世纪90年代,随着大洋钻探的快速发展而诞生的海底CORK(Circulation Obviation Retrofit Kit,简称CORK)观测系统为科学家们针对复杂的海底深部活动过程进行数秒乃至数十年时间尺度的研究提供了新手段和新机遇,对我们认识地球动力学、深海矿产资源形成与分布、深部生物圈与生命物质等方面具有重要意义。

海底观测网络关键技术研究进展

海底观测网络在海洋地质、生物、海洋地球化学与海洋地球物理等领域实现对海洋参数的长期、实时和连续观测。本文介绍了世界各国海底观测网络的研究进展,探讨了海底观测网络的关键技术,如能源供应技术、海底接驳技术、网络基础设施、工程布设技术等,并提出了初步解决方案,最后对海底观测网络的发展方向进行了分析和展望。

深海海底观测网络水下接驳盒原型系统设计与实现

为实现深海海底观测网络的长期连续观测,设计一套基于水下接驳技术的接驳盒原型系统.通过分析接驳盒体系结构,采用多个耐压密封腔体作为水下接驳盒的机电集成封装结构,完成耐压腔体机械结构和散热结构设计.在实验的基础上,利用MOSFET器件以输入串联和输出并联相结合的方式,把2kV高压直流电转换为400V中压直流电,实现深海远距离高压直流电能传输.针对深海观测仪器设备通信的实时性要求,采用基于TCP/IP的光以太网技术和应用层自定义协议技术来实现通信控制.实验验证了在40MPa下,水下接驳盒原型系统能够正常工作.该水下接驳盒原型系统合理且实用,为实现深海海底观测网络的长期连续观测提供了技术支撑.

深海海底观测网络远程电力监控系统研究

为了实现对深海海底观测网络的观测传感器电能供给状态的在线实时监测,提出了一种基于水下接驳盒的远程电力监控方案。设计了电力监控系统的总体结构和接驳盒节点的硬件结构。监控系统以水下接驳盒为核心节点,通过光以太网进行远程通信,采用霍尔电流传感器和热敏电阻温度传感器相结合的方法,实现了对各种海底观测传感器的电流、温度监测和电能分配控制。实验测试证实了所设计的水下接驳盒装置是可靠的,同时也说明该监控系统能够应用于深海海底的高压特殊环境。

基于水下接驳盒的深海海底观测网络设计

针对深海海底环境的长期连续观测问题,设计一种基于水下接驳盒的深海海底观测网络。该网络由基站监控中心、水下接驳盒和海底观测传感器3个部分组成。采用嵌入式工控机和单片机相结合的方法,实现水下接驳盒的数据采集和电能管理,并给出系统的硬件、软件设计方案。实验结果证明,该系统适用于深海海底高压特殊环境下长期连续的实时观测。

海底观测网接驳盒技术

利用海缆和接驳盒将布放在海底表面及海洋内的用于科学观测的仪器连成一个网络,并与陆地的因特网和电力网有机连接而组成的可实现长期、连续、实时的原位观测的海底观测网已经成为海洋科学研究的重要平台。研究和介绍海底观测网接驳盒所涉及的关键技术,包括接驳盒的电能供给及变换、高带宽通信与高精度对时、供电故障诊断与隔离、水下封装与设计等。基于所研究技术的接驳盒样机成功地进行水池和高压模拟试验、浅海运行试验、和深海组网试验等系列试验,并验证相关技术:基于直流变换的电能分配和供给方式可应用在海底观测网上;点对点的主干网光纤通信及多级树形结构的通信架构可满足海底观测网需求;独立端口的过电压、过电流和接地故障的诊断和隔离可提高系统的整体可靠性;模块化的封装结构和可维护的分离结构可降低成本并提高了系统的可维护性。

基于海底观测网的深海化学监测系统的设计

根据海底观测网和海洋科学仪器的特点,设计了能适用于海底观测网的深海原位化学监测系统。该系统由数据采集器以及阴离子分析仪、硝酸盐传感器、叶绿素传感器、溶解氧传感器、甲烷传感器等水下化学监测仪器组成。文中设计的数据采集器,能够与海底观测网科学仪器节点中接驳盒的标准供电和通讯接口进行连接,并能够对不同接口类型的仪器进行集成扩展。通过模拟深海环境试验以及浅海海试的验证,证明了该设计的可行性。

缆系海底观测网原型系统设计

针对长期、实时和原位观测深海大洋的科学需求,设计了采用10 kV直流输电和100 Mb/s光纤通信的缆系海底观测网原型系统。该系统由海底科学节点、光电复合海缆和海岸控制基站组成,其中海底科学节点包括原位化学分析仪器、动力环境监测仪器和节点接驳盒。用户从数据管理子系统实时获取科学数据,从电能监控子系统远程监控仪器状态,进行海底原位实验。多次压力实验和水池联调后,该系统在中国东海浅海试验和美国蒙特雷湾海底观测网深海并网试验中运行稳定,从海底获取了大量高分辨率的科学数据。试验证明该设计合理可行,并体现缆系海底观测网较传统海洋观测方式有较大优势。

基于NTP和IEEE1588海底观测网时间同步系统

为了实现深海海底观测网时间同步,针对海底观测网通信网络拓扑结构,提出基于网络时间协议(NTP)和IEEE1588协议的时间同步应用方案.介绍NTP和IEEE1588(PTP)协议时钟同步原理.设计岸基站、接驳盒层、观测仪器层进行时间同步的硬件结构.该系统以岸基站PTP主时钟接收到的GPS/北斗双参考源的卫星信号为时间源,解码输出NTP同步信号和PTP同步信号经由光纤以太网通过深海光电复合缆进行远程传输,利用各层时间同步装置获取精确时间.开展实验室环境下的时间同步监测实验.结果表明,PPS信号时间同步精度小于500ns,NTP时间同步精度小于400μs,PTP时间同步精度小于3μs.

深海海底观测网络信息采集监测系统设计与实现

设计了一套深海海底观测网络信息采集监测系统。提出了一种由监控中心层、传输主干网层和采集子网层构成的监测系统分层总体结构,并设计了相应的信息采集通信协议及控制策略。进行了高压环境下的通信实验,实验结果表明在40MPa的压力下,监测系统能够正常工作,实验测试数据亦表明系统能够用于深海海底观测网络的实时信息采集监测。

全球有缆海底观测网概述

近期有缆海底观测网发展迅猛,世界各国包括加拿大、美国、日本和欧洲国家都依据自己的科学目标,建立了相应的有缆海底观测网。文章针对不同国家有缆海底观测网系统的组成和建设分别做了概述和评论。从1978年开始到现在,日本成功建设了10条有缆海底地震观测网,从早期同轴电缆作为主干电缆,发展到使用光电缆连接水下设施。加拿大成功建成近岸尺度和区域尺度两条有缆海底观测网。美国2012年成功建成目前世界上最长的一条区域海底观测网(约900km)。欧洲国家也正在开展在10个海区建立有缆观测网。跟随国外的步伐,我国和我国台湾地区也建立了自己的海底观测站(东海小衢山)和有缆观测网(中国台湾妈祖)。文章依据世界上已经建立的有缆海底观测网,分析认为与全球有缆观测网布设有关的遥控水下机器人是关键技术,并探讨了海底观测网今后的发展和面临的挑战。

用于海底观测网络水下接驳盒的电能监控系统

海底观测网络科学仪器的电能是由陆地电网通过光电复合海缆和水下接驳盒提供的。为了提高海底电力系统的可靠性和用能效率,设计了用于水下接驳盒的电能监控系统。该系统通过检测密封腔体内的环境参数、直流变换器的工作状态和内外部负载的用电情况,诊断系统故障并采取相应的保护措施,同时根据优先级管理内外部负载供电,并可通过海岸基站控制台实现远程控制和维护。在额定-2kV/2kW接驳盒上的原型实验表明,该系统运行稳定可靠,适用于海底长期观测网络。

海底观测网接驳盒电源散热机理研究

散热性能是影响海底观测网接驳盒供电电源长期运行的关键因素。根据热传导理论,分析金属耐压密封腔体内部电气热源的热耗散机理,推导出影响其热耗散性能的主要因素,得出腔内灌充绝缘导热油可大幅度改善散热效果,并利用Fluent分别对灌充气体、液体导热介质的腔体模型进行仿真验证。同时提出在油液内部留存一定体积气体的气液体结合的方式来缓解由于液体介质受热膨胀引起的压强升高问题,并进行1%、2%、5%、10%等4种不同空气体积率下的变压器油液因温升而导致压强升高的试验。得出结论:灌充绝缘导热油介质可改善水下密封腔的散热效果,但存在油液压强上升问题;气液结合方式可解决压强上升过高的问题,对于国产25#变压器油,大于8.8%的空气体积率可实现温升50℃时压强上升幅度低于0.1MPa。将该方法应用到海底观测网系统样机的2 kW电能变换器中,其试验测试结果与理论分析一致。

基于检测信息融合的缆系海底观测网络节点部署策略

采用Neyman-Pearson准则融合观测节点的检测信息,计算当不同单元网格达到全覆盖时,网格边长应满足的具体条件.分析基于传统方式与基于检测信息融合的正方形和正三角形网格在不同情况下的具体结构,提出正方形和正三角形网格单元相结合的缆系海底观测网络节点部署策略,确定水下主、次节点的数量及部署位置,以及网络的整体结构.对不同监测范围内网络的具体部署方式与需求进行仿真计算.结果表明:与传统网络结构的节点策略相比,基于检测信息融合的部署覆盖比率高,部署节点数量少,盖效率较高,优势明显.

海底观测网光电复合缆开路故障识别及区间定位方法

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。

海底观测平台——海床基结构设计研究进展

为实现海洋环境观测方式从低频、瞬时、静态观测向长期、连续、动态观测的跨越,海床基平台应用是其中的一条重要途径,而海床基结构设计是决定海床基调查或监测应用能否顺利实施的前提。通过对国内外海床基结构设计技术发展的归纳整理,将海床基结构设计划分为四个方面进行讨论,即支架保护系统、供电通信系统、安全保障系统和布放回收系统。其中,支架保护系统方面重点讨论搭载不同传感器和处于不同水深的海床基结构设计;供电通信系统方面分析了无缆、有缆接岸和有缆接浮标等形式的技术特点;安全保障系统方面重点关注防材料腐蚀、防生物附着和防泥沙淤积的方法和措施;布放回收系统方面介绍了目前采取的主要释放及回收方式的特点。通过比较分析,提出了今后我国海床基技术的发展方向。