海底有中繼海纜傳輸系統(tǒng)單極纜單端供電的實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及應(yīng)用海底有中繼海纜傳輸系統(tǒng)的傳感領(lǐng)域。所要解決的技術(shù)問題在于解決海底有中繼系統(tǒng)單端供電問題及電化學(xué)腐蝕問題。其特征在于：岸端電源（1）通過海底光電復(fù)合纜（2）為整個(gè)系統(tǒng)提供電力，海底中繼器（3）用于實(shí)現(xiàn)光信號的放大；所述接地電極（4）的連接端與海底中繼器（3）或海底接頭盒（5）密封連接，所述接地電極（4）的末端直接接觸海水，與海水構(gòu)成電路回路；所述海底接頭盒（5）用于實(shí)現(xiàn)光電分離；所述海纜（6）用于連接海底接頭盒（5）及傳感器（7）。通過選用合適的材料及結(jié)構(gòu)可有效降低接地電極的電化學(xué)腐蝕速率，增加電極的使用壽命。
【專利說明】海底有中繼海纜傳輸系統(tǒng)單極纜單端供電的實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海底傳感領(lǐng)域，尤其涉及海底有中繼海纜傳輸系統(tǒng)單極纜單端供電的實(shí)現(xiàn)方法。
技術(shù)背景
[0002]為適應(yīng)國際通信市場、國家海洋戰(zhàn)略和海洋聲學(xué)探測的需要，有中繼海纜傳輸系統(tǒng)越來越受到人們的重視。有中繼海纜傳輸系統(tǒng)主要由岸端電源，海底光電復(fù)合纜，海底中繼器等構(gòu)成。其中，海底中繼器是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵器件，由中繼器艙體、艙內(nèi)光放大模塊、電源模塊及其附屬模塊構(gòu)成。中繼器艙體通常由一定厚度的耐腐蝕的金屬制成，用來保證位于其內(nèi)的各模塊在海底有一個(gè)能夠正常工作的環(huán)境。光放大模塊由光纖放大器組成，用來放大光信號。電源模塊為光放大器提供電力。中繼器內(nèi)的電源模塊需要岸上遠(yuǎn)程供電。附屬模塊包括光放大器的通信模塊和電源的通信模塊等，通常也需要電力供給。
[0003]到目前為止，海底有中繼海纜傳輸系統(tǒng)主要應(yīng)用在國際通信領(lǐng)域。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，海底中繼技術(shù)已經(jīng)成熟并商用。
[0004]在海洋聲學(xué)探測等傳感領(lǐng)域，海底中繼器具有類似“遠(yuǎn)程加油機(jī)”的作用，它可幫助人們將水下傳感器布置到離岸更遠(yuǎn)的地方，獲得對更廣闊海域的認(rèn)識。
[0005]但是，海底中繼技術(shù)并不能簡單地從通信領(lǐng)域直接照搬到傳感領(lǐng)域。通信領(lǐng)域中的海底中繼器采用雙端供電，海水為地的方式，如圖1所示，圖1中11為岸上給電裝置，12為海底中繼器；岸上給電裝置11位于海纜兩端的岸上，兩端的電壓大小相等，極性相反。如圖2 (a)所示雙端岸上給電裝置11正常供電的工作狀態(tài)時(shí)，海纜中的導(dǎo)線是單極的，海水為地極，作為工作電流的返回通道，圖中所標(biāo)注的U為對地電位。如圖2 (b)所示雙端供電時(shí)一端給電裝置故障的工作狀態(tài)時(shí)，一端的給電裝置故障，另一端工作正常的給電裝置11可以提高電壓保持系統(tǒng)正常工作，圖中所標(biāo)注的U為對地電位。如圖2 (c)所示雙端供電時(shí)海纜破損內(nèi)導(dǎo)體接地時(shí)的工作狀態(tài)，如果海中的海纜發(fā)生破損，內(nèi)部導(dǎo)體與海水電氣接觸，兩端的給電裝置11可以同時(shí)調(diào)整電壓，保持一定的電流，讓系統(tǒng)工作至維修完成，圖中所標(biāo)注的U為對地電位。通常海底光纜的修理至少需要一周以上的時(shí)間。
[0006]在海底傳感的應(yīng)用中，如光纖水聽器陣列系統(tǒng)，它由岸端設(shè)備、光電復(fù)合海纜、海底中繼器，光纖水聽器傳感陣列和岸上解調(diào)設(shè)備構(gòu)成。岸端設(shè)備發(fā)出激光來詢問布設(shè)在海底的光纖水聽器陣列。光纖水聽器陣列將探測到的水聲信號轉(zhuǎn)化為光信號回傳至位于同一岸上的解調(diào)設(shè)備進(jìn)行信號處理。海底中繼器具備雙向光放大功能，它可以延伸光纖水聽器陣列的離岸距離，但在光纖水聽器陣列系統(tǒng)中海底中繼只能單端供電。在這種情況下，供電系統(tǒng)與現(xiàn)有海底通信系統(tǒng)的供電系統(tǒng)存在著明顯的差異，因?yàn)闆]有另外一個(gè)岸端可以作為接地回路，系統(tǒng)的末端必須與海水接觸形成電氣回路，與圖2 (c)中海纜破損的狀態(tài)相同。此時(shí)，系統(tǒng)與海水接觸點(diǎn)存在著嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕問題，系統(tǒng)不可能長期正常地工作。因此，供電系統(tǒng)必須重新設(shè)計(jì)以適應(yīng)單端供電的海底中繼系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，海底中繼器外殼或光電復(fù)合海纜都不能與海水直接構(gòu)成電流回路，因?yàn)樗鼈冏鳛榻拥仉姌O會在海水中發(fā)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕的同時(shí)還會析出多種氣體，如氫氣，氧氣和氯氣，這些氣體更加速了金屬材料的溶解。其中的氫氣還會導(dǎo)致光纖損耗的加大，惡化傳輸系統(tǒng)的性能。所以這種情況下，急需解決海底有中繼海纜傳輸系統(tǒng)單端供電問題。
[0007]要解決海底有中繼海纜傳輸系統(tǒng)單端供電問題，海纜可以采用雙極纜來解決電化學(xué)腐蝕問題，即海纜內(nèi)包含正負(fù)極，海水不作為電氣回路。如圖3所示，圖3中21為岸端給電裝置；22為海底光電復(fù)合纜；23為海底中繼器；25為海底接頭盒；26為海纜；27為傳感器。由岸端電源21，海底光電復(fù)合纜22，海底中繼器23，海底接頭盒25，海纜26及傳感器27構(gòu)成單端供電的海底有中繼海纜傳輸系統(tǒng)。岸端電源21可以是恒電流輸出的直流電源，也可以是三相交流電源。岸端電源21同時(shí)提供正負(fù)極，不以大地或海水為地。海底光電復(fù)合纜22中包含光纜和電纜，光纜中的光纖為光信號傳輸介質(zhì)，電纜中同時(shí)包含正負(fù)極導(dǎo)線，電纜中的電極形式可以是同軸電纜或絞線型電纜。這種情況下，電氣回路由岸端電源和海纜的正負(fù)極構(gòu)成，海水不作為電氣回路的一部分，避免了電化學(xué)腐蝕問題。
[0008]但是，現(xiàn)在商用成熟的海纜大都采用單極纜，如何解決使用單極纜在單端供電時(shí)出現(xiàn)的上述電化學(xué)腐蝕問題是重要的研究方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供海底有中繼海纜傳輸系統(tǒng)單極纜單端供電的實(shí)現(xiàn)方法，來解決海底有中繼系統(tǒng)單端供電問題及電化學(xué)腐蝕問題。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0011]海底有中繼海纜傳輸系統(tǒng)單極纜單端供電的實(shí)現(xiàn)方法，所述海底有中繼海纜傳輸系統(tǒng)包括岸端電源1、海底光電復(fù)合纜2、海底中繼器3、若干海底接頭盒5、海纜6及傳感器7 ;其特征在于:所述系統(tǒng)還包括接地電極4 ;岸端電源I通過海底光電復(fù)合纜2為整個(gè)系統(tǒng)提供電力，海底中繼器3用于實(shí)現(xiàn)光信號的放大；所述接地電極4的連接端與海底中繼器3或海底接頭盒5密封連接，所述接地電極4的末端直接接觸海水，與海水構(gòu)成電路回路；所述海底接頭盒5用于實(shí)現(xiàn)光電分離；所述海纜6用于連接海底接頭盒5及傳感器7。
[0012]優(yōu)選方式之一，所述接地電極4為單根線型，即采用筆直或蛇形或折線形的形狀形成單根電極，該單根線型的電極一端為與電路相連的連接端，另一端與海水直接接觸；所述接地電極的材料可以使用高硅鑄鐵或石墨棒或鐵氧體電極或鍍鉬鈦中的一種或以上多種材料的組合。
[0013]優(yōu)選方式之二，所述接地電極4采用由若干個(gè)單根線型的電極構(gòu)成的放射型電極，即放射體中心設(shè)有一個(gè)連接端與電路相連，各個(gè)單根線型的電極作為放射臂，每個(gè)放射臂的形狀可以是筆直或蛇形或折線形，所述放射臂的一端與放射體中心相連，另一端與海水直接接觸；所述每根放射臂的材料可以使用高硅鑄鐵或石墨棒或鐵氧體電極或鍍鉬鈦中的一種或以上多種材料的組合。
[0014]所述接地電極4為鎧裝結(jié)構(gòu)，即在電極的導(dǎo)電內(nèi)芯41外面擠塑一層絕緣內(nèi)護(hù)套42 ;再在內(nèi)護(hù)套42外絞合兩層鍍鋅鋼絲分別作為內(nèi)鎧裝層431、外鎧裝層432，并填充浙青；最后在鎧裝層外絞合聚丙烯繩再填充浙青，作為外防腐層44。
[0015]所述接地電極4的連接端和與之相連的海底中繼器3或海底接頭盒5的密封連接結(jié)構(gòu)如下:所述海底中繼器3或海底接頭盒5的艙體81上設(shè)有密封法蘭82，所述密封法蘭82用來密封海底中繼器3或海底接頭盒5的艙體81，防止水、氣滲入海底中繼器3或海底接頭盒5的艙體81 ;所述密封法蘭82上設(shè)有貫通孔；所述接地電極4的連接端剝除鎧裝層后穿過貫通孔并將其導(dǎo)電內(nèi)芯41與艙體81內(nèi)部元器件以焊接方式進(jìn)行電氣連接，并在接地電極4的內(nèi)護(hù)套42與貫通孔內(nèi)壁之間的縫隙中灌注熔融的絕緣材料用于實(shí)現(xiàn)水密封和氣密封；所述接地電極4的內(nèi)、外層鎧裝鋼絲通過承力錐套84壓接固定，所述承力錐套84設(shè)計(jì)有內(nèi)外兩層套管，每層鎧裝鋼絲依次穿過內(nèi)、外套管；通過承力艙85對承力錐套84施加壓力，從徑向按壓鎧裝鋼絲，實(shí)現(xiàn)接地電極4與海底中繼器3或海底接頭盒5的艙體81的連接和固定。
[0016]本發(fā)明可帶來以下有益效果:
[0017]1.選用合適的電極材料和電極結(jié)構(gòu)，有效降低接地電極的電化學(xué)腐蝕速率，增加電極的使用壽命。
[0018]2.填補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)的空白，解決了單端供電海底傳輸系統(tǒng)的供電問題，提供了一種新的海底有中繼海纜傳輸系統(tǒng)的供電方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中兩端供電的海底中繼器的供電方式示意圖。
[0020]圖2 (a)是現(xiàn)有技術(shù)中雙端供電時(shí)正常供電的工作狀態(tài)示意圖。
[0021]圖2 (b)是現(xiàn)有技術(shù)中雙端供電時(shí)一端給電裝置故障的工作狀態(tài)示意圖。
[0022]圖2 (C)是現(xiàn)有技術(shù)中雙端供電時(shí)海纜破損內(nèi)導(dǎo)體接地時(shí)的工作狀態(tài)示意圖。
[0023]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中單端供電海底有中繼系統(tǒng)的供電系統(tǒng)采用雙極纜的系統(tǒng)原理框圖。
[0024]圖4是本發(fā)明的實(shí)施例1:采用單根線型接地電極的系統(tǒng)原理框圖。
[0025]圖5是本發(fā)明的實(shí)施例2:采用放射型接地電極的系統(tǒng)原理框圖。
[0026]圖6是圖5中采用的放射型接地電極的典型布置示意圖。
[0027]圖7是圖6中接地電極的單根放射臂的單根線型電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖8是接地電極連接端與海底中繼器3或海底接頭盒5的艙體的密封連接結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0030]實(shí)施例1，參見圖4。單極纜單端供電海底有中繼海纜傳輸系統(tǒng)由岸端電源1，海底光電復(fù)合纜2，海底中繼器3，單根線型接地電極4，海底接頭盒5，海纜6及傳感器7構(gòu)成。其中，岸端電源I為可以使用恒電流輸出的直流電源或三相交流電源。海底光電復(fù)合纜2可以使用同軸光電復(fù)合纜或絞線型光電復(fù)合纜。海底中繼器3使用摻餌光纖放大器實(shí)現(xiàn)光信號的放大。單根線型接地電極4的末端直接接觸海水，與海水構(gòu)成電路回路。有中繼海纜傳輸系統(tǒng)中包含一個(gè)或數(shù)個(gè)海底接頭盒5。海底接頭盒5實(shí)現(xiàn)光電分離。海纜6連接海底接頭盒5及傳感器7。傳感器7可以為無源器件，如光纖水聽器。此時(shí)，海纜6可以為海底光纜。當(dāng)傳感器7需要電力供給時(shí)，如壓電型水聽器。此時(shí)，海纜6可以為海底電纜。當(dāng)傳感器7同時(shí)需要光纖通信和電力供給時(shí)，此時(shí)，海纜6可以為海底光電復(fù)合纜2。[0031]實(shí)施例2，參見圖5。該單極纜單端供電海底有中繼海纜傳輸系統(tǒng)由岸端電源1，海底光電復(fù)合纜2，海底中繼器3，放射型接地電極4，海底接頭盒5，海纜6及傳感器7構(gòu)成。海水為地?？紤]到海底中繼系統(tǒng)中典型的電流值為1A，導(dǎo)線直徑為40_，電流密度將達(dá)到800A/m2。電極的消耗率可能隨電流密度增大而指數(shù)增加。為了降低電流密度，可采用具有多個(gè)放射臂的放射型接地電極來減少電極中的電流密度，如圖6所示。在圖6中，海底光電復(fù)合纜2的末端與海底接頭盒5相連。放射型接地電極4由多個(gè)放射臂構(gòu)成，這些放射臂的一端共同終止于海底接頭盒5內(nèi)，這樣可以降低每個(gè)接地電極的電流密度。
[0032]海底有中繼系統(tǒng)的接地方式是保證系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵。系統(tǒng)中帶電的設(shè)備有海底中繼器3和海底接頭盒5，兩者的外殼一般由金屬材料制成，金屬外殼本身不能作為電氣回路的一部分，否則當(dāng)有直流電流經(jīng)外殼流入海水時(shí)會發(fā)生電解腐蝕。根據(jù)法拉第定律，由電解造成的金屬的消耗量m可由下式表示:
[0033]
【權(quán)利要求】
1.海底有中繼海纜傳輸系統(tǒng)單極纜單端供電的實(shí)現(xiàn)方法，所述海底有中繼海纜傳輸系統(tǒng)包括岸端電源(I)、海底光電復(fù)合纜(2)、海底中繼器(3)、若干海底接頭盒(5)、海纜(6)及傳感器(7 );其特征在于:所述系統(tǒng)還包括接地電極(4);岸端電源(I)通過海底光電復(fù)合纜(2)為整個(gè)系統(tǒng)提供電力，海底中繼器(3)用于實(shí)現(xiàn)光信號的放大；所述接地電極(4)的連接端與海底中繼器(3)或海底接頭盒(5)密封連接，所述接地電極(4)的末端直接接觸海水，與海水構(gòu)成電路回路；所述海底接頭盒(5)用于實(shí)現(xiàn)光電分離；所述海纜(6)用于連接海底接頭盒(5 )及傳感器(7 )。
2.按照權(quán)利要求1所述的海底有中繼海纜傳輸系統(tǒng)單極纜單端供電的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述接地電極(4)為單根線型，即采用筆直或蛇形或折線形的形狀形成單根電極，該單根線型的電極一端為與電路相連的連接端，另一端與海水直接接觸；所述接地電極的材料可以使用高硅鑄鐵或石墨棒或鐵氧體電極或鍍鉬鈦中的一種或以上多種材料的組合。
3.按照權(quán)利要求1所述的海底有中繼海纜傳輸系統(tǒng)單極纜單端供電的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述接地電極(4)采用由若干個(gè)單根線型的電極構(gòu)成的放射型電極，即放射體中心設(shè)有一個(gè)連接端與電路相連，各個(gè)單根線型的電極作為放射臂，每個(gè)放射臂的形狀可以是筆直或蛇形或折線形，所述放射臂的一端與放射體中心相連，另一端與海水直接接觸；所述每根放射臂的材料可以使用高硅鑄鐵或石墨棒或鐵氧體電極或鍍鉬鈦中的一種或以上多種材料的組合。
4.按照權(quán)利要求2或3所述的海底有中繼海纜傳輸系統(tǒng)單極纜單端供電的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述接地電極(4)為鎧裝結(jié)構(gòu)，即在電極的導(dǎo)電內(nèi)芯(41)外面擠塑一層絕緣內(nèi)護(hù)套(42);再在內(nèi)護(hù)套(42)外絞合兩層鍍鋅鋼絲分別作為內(nèi)鎧裝層(431)、外鎧裝層(432)，并填充浙青；最后在鎧裝層外絞合聚丙烯繩再填充浙青，作為外防腐層(44)。
5.按照權(quán)利要求4所述的海底有中繼海纜傳輸系統(tǒng)單極纜單端供電的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述接地電極(4)的連接端和與之相連的海底中繼器(3)或海底接頭盒(5)的密封連接結(jié)構(gòu)如下:所述海底中繼器(3)或海底接頭盒(5)的艙體(81)上設(shè)有密封法蘭(82)，所述密封法蘭(82)用來密封海底中繼器(3)或海底接頭盒(5)的艙體(81)，防止水、氣滲入海底中繼器(3)或海底接頭盒(5)的艙體(81);所述密封法蘭(82)上設(shè)有貫通孔；所述接地電極(4)的連接端剝除鎧裝層后穿過貫通孔并將其導(dǎo)電內(nèi)芯(41)與艙體(81)內(nèi)部元器件以焊接方式進(jìn)行電氣連接，并在接地電極(4)的內(nèi)護(hù)套(42)與貫通孔內(nèi)壁之間的縫隙中灌注熔融的絕緣材料用于實(shí)現(xiàn)水密封和氣密封；所述接地電極(4)的內(nèi)、外層鎧裝鋼絲通過承力錐套(84)壓接固定，所述承力錐套(84)設(shè)計(jì)有內(nèi)外兩層套管，每層鎧裝鋼絲依次穿過內(nèi)、外套管；通過承力艙(85)對承力錐套(84)施加壓力，從徑向按壓鎧裝鋼絲，實(shí)現(xiàn)接地電極(4)連接端與海底中繼器(3)或海底接頭盒(5)的艙體(81)的連接和固定。
【文檔編號】H04B3/44GK103701493SQ201310484820
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】陳緒興 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第二十三研究所