一种单芯电缆恒流供电系统的海底分支器及使用方法与流程

本发明涉及有中继海底光缆供电系统的负载热插拔技术，具体为一种单芯电缆恒流供电系统的海底分支器及使用方法，本发明在海底光缆供电系统带电工作时支持其负载水下设备热插拔时单芯电缆不断电，并支持水下设备接入时缓慢上电增加电流，水下设备拔出前缓慢降低电流，避免引起供电系统的瞬时电流冲击。

背景技术：

有中继海底光缆供电系统中，给海底的水下用电设备供电的一种常用方式为高压恒流供电。海底主干缆包括多芯光纤，还有一根单芯电缆用于给水下设备供电。

高压恒流供电方式以岸基高压恒流电源作为海底主干缆两个登陆点的正负极，分别以海底主干缆的单芯电缆和接地形成电流回路。在高压恒流供电系统中，水下用电设备以串联形式连接在海底主干缆的单芯电缆上，通过电势降获得电功率，各水下设备的直流电压转换设备将高电压转换成适用低电压给本水下用电设备供电。

有中继海底光缆供电系统中的常用水下设备一般用于光纤中继通信和海底观测设备接入等领域；水下设备一般通过海底分支器和海底分支缆实现与海底主干缆连接，当水下设备需要拆除时，或者海底光缆传输系统需要扩展功能增加接入水下设备时，就需要在已经开通运行的海底光缆传输系统中进行水下设备的插拔操作。操作时，如果断电后完成水下设备的插拔，就意味着需要停止该系统已有的海底通信网络服务，此种断电的代价是不可接受的。而各个水下设备都是串联在海底光缆的电流回路上的负载，直接对水下设备进行插拔作业，就会造成海底光缆电流回路的瞬间断路。

为此设计了海底分支器，以实现水下设备的热插拔。

现有的海底分支器有内置开关设施，该开关设施在无水下设备接入时处于闭合状态使海底主干缆电流回路处于接通状态，水下设备接通后该开关再断开使电流经负载水下设备流过。当需要断开负载水下设备时，该开关首先闭合，使分支缆两端短路，然后再断开水下设备，从而实现水下设备的热插拔。但是，功率数千瓦的水下设备在插拔过程中瞬时的启动与关闭，会使岸基恒流电源瞬时增加或降低数千瓦的功率，造成海底主干缆电流回路较大的电流震荡，可能会给所有串连的海底主干缆上的水下设备造成电流冲击而被损坏；同时，海底分支器内的开关设施的启闭动作产生上千伏电压的接通或断开，也极易形成高压电火花而损坏水下设备。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种单芯电缆恒流供电系统的海底分支器，多个海底分支器串联在海底主干缆上，其包括控制器、数字电位器、程控开关和带有供电插头的分支缆，各控制器串联于主干缆的控制信号光纤，控制器分别连接控制本海底分支器的数字电位器和程控开关。数字电位器和程控开关并联，串接于恒流供电系统的单芯电缆；单芯电缆的正、负端分别接末端为供电插头的分支缆。供电插头的1对数据信号线与控制器连接。分支缆的供电插头有正、负电源线触头和通断识别触头。水下设备配置的恒流-恒压电源转换装置上有用于与海底分支器连接的输入插座，其与分支缆的供电插头相配合，有电源线触点和通断识别触点。通断识别触点的接触位置低于电源线触点的接触位置，同一对通断识别触点的2个尾端连通。当海底分支器接有水下设备时，程控开关为关断状态，数字电位器阻值为其最大值。当海底分支器空载时，程控开关为连通状态，数字电位器阻值为其最小值。

本发明的另一目的是提供一种单芯电缆恒流供电系统的海底分支器的使用方法，分为空载的海底分支器上接通水下设备的缓启动和海底分支器上所接水下设备断开的缓关闭两种情况，接通时供电插头的电源线触头与输入插座的电源线触点先连通，再接通它们的通断识别触头、触点，后者接通使供电插头的通断识别触头短路，控制器由此得知水下设备正在接入，即断开程控开关，增加数字电位器阻值，当阻值达到最大时，电流主要经水下设备流通，完成水下设备的缓启动。断开时，供电插头和输入插座的通断识别触头、触点先分离，控制器由此得知水下设备正在断开，即逐渐减小数字电位器阻值，电流转移到数字电位器上流通，当阻值达到最小时，二者的电源线触头触点断开，控制器接通程控开关，电流主要经数字电位器和程控开关流通，完成水下设备的缓关闭。

本发明设计的一种单芯电缆恒流供电系统的海底分支器，所述单芯电缆是海底光缆传输系统的海底主干缆中为水下设备供电的电力电缆，多个海底分支器串联在海底主干缆上，海底分支器经双芯的分支缆与单芯电缆串接，即分支缆的双芯分别连接单芯电缆的正负端。各水下设备作为负载与海底分支器连接，各水下设备分别配置恒流-恒压电源转换装置，各恒流-恒压电源转换装置经海底分支器连接到单芯电缆获得电功率，即得到供电。本发明的海底分支器包括控制器、数字电位器、程控开关和带有供电插头的分支缆，海底主干缆中的一对信号光纤作为海底分支器的控制信号光纤与控制水下设备的上位机连接，多个海底分支器的控制器串联于该控制信号光纤，各海底分支器的控制器由该控制信号光纤接受上位机指令并向上位机传送本海底分支器工作状态的信号，各海底分支器的控制器的信号输出端经数据信号线连接控制本海底分支器的数字电位器和程控开关。

所述海底分支器的数字电位器和程控开关并联，串接于恒流供电系统的单芯电缆；单芯电缆的正、负端分别接分支缆，分支缆末端为供电插头。供电插头的1对数据信号线与控制器连接。分支缆的供电插头至少有正、负电源线触头各1个，至少有1对与数据信号线连接的通断识别触头。

水下设备配置的恒流-恒压电源转换装置上有用于与海底分支器连接的输入插座。

所述输入插座与分支缆的供电插头相配合，至少有1对电源线触点和1对通断识别触点。所述通断识别触点的接触位置低于电源线触点的接触位置，同一对通断识别触点的2个尾端连通。当海底分支器空载时，其分支缆的供电插头与水下设备恒流-恒压电源转换装置的输入插座不连通。当空载的海底分支器连接水下设备时，其分支缆的插头与水下设备的输入插座连接。

分支缆的供电插头的电源线触头连通输入插座的电源线触点，第二步分支缆的供电插头的通断识别触头连通输入插座的通断识别触点。由于输入插座通断识别触点的尾端是连通的，一旦供电插头的通断识别触头连通输入插座的通断识别触点，与供电插头的通断识别触头连接的1对数据信号线即被短路连接，控制器立即识别到供电插头连通了水下设备的输入插座。

当分支缆的插头与水下设备的输入插座断开时，分支缆供电插头的通断识别触头先与输入插座的通断识别触点分离，与供电插头的通断识别触头连接的1对数据信号线即被断开，控制器识别供电插头断开输入插座；然后分支缆的供电插头的电源线触头与输入插座的电源线触点断开。

所述程控开关的额定工作电流大于或等于恒流供电系统的工作电流。

所述数字电位器的最大工作电流等于恒流供电系统额定工作电流，最大阻值远大于水下设备阻抗，一般大于水下设备阻抗的10倍；阻值最小为零。

当海底分支器接有水下设备时，程控开关为关断状态，数字电位器阻值为其最大值。当海底分支器空载时，程控开关为连通状态，数字电位器阻值为其最小值。

本发明一种单芯电缆恒流供电系统的海底分支器的使用方法分为空载的海底分支器上接通水下设备的缓启动和海底分支器上所接水下设备断开的缓关闭两种情况，具体步骤如下：

ⅰ、空载的海底分支器接入水下设备

ⅰ-1、处于运行状态的中的某个海底分支器空载，该海底分支器的控制器使其程控开关处于连通状态，数字电位器处于阻值最小状态，此时单芯电缆的电流经该海底分支器的程控开关和数字电位器流通，分支缆的供电插座与水下设备的输入插座未连接；

ⅰ-2、空载的海底分支器分支缆的供电插头与水下设备的恒流-恒压电源转换装置的输入插座连接的过程为：该海底分支器分支缆的供电插头先接通输入插座的电源线触点，然后接通输入插座的通断识别触点；供电插头的通断识别触头连通输入插座的通断识别触点后，由于输入插座的通断识别触点尾端是短路连接的，故与供电插头的通断识别触头连接的1对数据信号线即被短路连接，海底分支器的控制器立即识别供电插头成功连通了水下设备的输入插座，该海底分支器与水下设备完全连接；控制器将水下设备接入信号上传至上位机；

ⅰ-3、上位机向该海底分支器的控制器下达指令，控制器首先将程控开关断开，单芯电缆的电流只通过数字电位器流通；控制器逐渐增加数字电位器阻值，随着数字电位器阻值的增加，流经数字电位器的电流逐渐转移到并联的水下设备上，该海底分支器所连接的水下设备与分支缆连接得到供电；当数字电位器的阻值达到最大时，电流主要经水下设备流通，从而完成水下设备的缓启动。

ⅱ、海底分支器上所接的水下设备断开

ⅱ-1、处于运行状态的单芯电缆恒流供电系统中的某个海底分支器上的水下设备准备断开，断开过程为：海底分支器分支缆的供电插头的通断识别触头与水下设备输入插座的通断识别触点先分离，而分支缆供电插头的电源线触头仍与输入插座的电源线触点连接，故水下设备尚未断电，此时与供电插头的通断识别触头连接的1对数据信号线被断开，控制器立即识别分支缆供电插头正在与水下设备输入插座分离，即水下设备正在断开，控制器将水下设备正在断开的信号上传到上位机；

ⅱ-2上位机发送命令给该海底分支器的控制器，控制器首先逐渐降低数字电位器阻值，使流经水下设备的电流逐渐转移到并联的数字电位器上；

ⅱ-3、当数字电位器的阻值达到最小时，分支缆的电流主要经数字电位器流通，与此同时分支缆的供电插头进一步与水下设备的输入插座的电源线触点分离，即该海底分支器的分支缆供电插头与水下设备完全断开，水下设备与恒流供电系统的单芯电缆断开；此时控制器闭合程控开关，单芯电缆的电流经该海底分支器的程控开关和数字电位器流通，完成水下设备的缓关闭。

水下设备的缓启动和缓关闭是为了避免对单芯电缆恒流供电系统的电流冲击，缓启动和缓关闭的持续时间由水下设备的功率决定，接入单芯电缆恒流供电系统或由此供电系统断开的功率变化率小于或等于100瓦/分钟，由此计算数字电位器由0至最大阻值的调整时间。

本发明的另一种单芯电缆恒流供电系统的海底分支器的使用方法，不依赖上位机，海底分支器的控制器独立完成空载的海底分支器接入水下设备的缓启动和海底分支器上所接水下设备断开的缓关闭，具体步骤如下：

ⅰ、空载的海底分支器接入水下设备

ⅰ-1、处于运行状态的单芯电缆恒流供电系统中的某个海底分支器空载，该海底分支器的控制器使其程控开关处于连通状态，数字电位器处于阻值最小状态，此时单芯电缆的电流经该海底分支器的程控开关和数字电位器流通，分支缆的供电插头与水下设备的输入插座未连接；

ⅰ-2、空载的海底分支器的分支缆供电插头与水下设备的恒流-恒压电源转换装置的输入插座的连接过程为：该海底分支器分支缆的供电插头先接通水下设备输入插座的电源线触点，然后接通输入插座的通断识别触点，分支缆供电插头的通断识别触头连通输入插座的通断识别触点后，由于输入插座的通断识别触点是短路连接的，故与供电插头的通断识别触头连接的1对数据信号线即被短路连接，控制器立即识别分支缆供电插头成功连通了水下设备的输入插座，该海底分支器与水下设备完全连接；

ⅰ-3、控制器首先将程控开关断开，单芯电缆的电流只通过数字电位器流通；控制器逐渐增加数字电位器阻值，随着数字电位器阻值的增加，流经数字电位器的电流逐渐转移到并联的水下设备上，该海底分支器所连接的水下设备与分支缆连通得到供电；当数字电位器的阻值达到最大时，电流主要经水下设备流通，从而完成水下设备的缓启动。

ⅱ、海底分支器上所接的水下设备断开

ⅱ-1、处于运行状态的单芯电缆恒流供电系统中的某个海底分支器上的水下设备准备断开，断开过程为：分支缆的供电插头的通断识别触头与水下设备的输入插座的通断识别触点先分离，而分支缆供电插头的电源线触头仍与水下设备输入插座的电源线触点连接，故水下设备尚未断电，此时与供电插头的通断识别触头连接的1对数据信号线被断开，控制器立即识别分支缆供电插头正在与水下设备的输入插座分离，即水下设备正在断开；

ⅱ-2控制器首先逐渐降低数字电位器阻值，使流经水下设备的电流逐渐转移到并联的数字电位器上；

ⅱ-3、当数字电位器的阻值达到最小时，分支缆的电流主要经数字电位器流通，与此同时分支缆的供电插头的电源线触头进一步与水下设备输入插座的电源线触点分离，即该海底分支器的分支缆供电插头与水下设备输入插座完全断开，水下设备与恒流供电系统的单芯电缆断开；此时控制器闭合程控开关，单芯电缆的电流经该海底分支器的程控开关和数字电位器流通，完成水下设备的缓关闭。

与现有技术相比，本发明一种单芯电缆恒流供电系统的海底分支器及使用方法的有益效果是：1、实现了处于运行状态的恒流供电系统接入水下设备时的缓启动和断开水下设备时的缓关闭，从而避免造成电流回路断路、程控开关产生电火花或供电系统的电流回路产生较大电流波动的问题，防止对恒流供电系统串联的其他水下设备的电流冲击，提高了恒流供电系统的工作可靠性；2、结构简单，易于在现有的单芯电缆恒流供电系统安装使用。

附图说明

图1为本单芯电缆恒流供电系统的海底分支器实施例结构框图；

图2为图1中海底分支器分支缆的供电插头与水下设备输入插座的结构示意图。

图中标号为：

1、通断识别触头，2、电源线触头，3、电源线触点，4、通断识别触点。

具体实施方式

单芯电缆恒流供电系统的海底分支器实施例

本实施例中的单芯电缆是海底光缆传输系统的海底主干缆中为水下设备供电的电力电缆，多个海底分支器串联在海底主干缆上，海底分支器经双芯的分支缆与单芯电缆串接，即分支缆的双芯分别连接单芯电缆的正负端。各水下设备作为负载与海底分支器连接，各水下设备分别配置恒流-恒压电源转换装置，各恒流-恒压电源转换装置经海底分支器连接到单芯电缆获得电功率，即得到供电。本实施例的海底分支器的结构如图1所示，包括控制器、数字电位器、程控开关和带有供电插头的分支缆(图1中用细实线表示)，海底主干缆中的一对信号光纤(图1中用虚线表示)作为海底分支器的控制信号光纤与控制水下设备的上位机连接，多个海底分支器的控制器串联于该控制信号光纤，各海底分支器的控制器由该控制信号光纤接受上位机指令并向上位机传送本海底分支器工作状态的信号，各海底分支器的控制器的信号输出端经数据信号线(图1中用细虚线表示)连接控制本海底分支器的数字电位器和程控开关。

所述各海底分支器的数字电位器和程控开关并联，串接于恒流供电系统的单芯电缆(图1中用粗实线表示)；单芯电缆的正、负端分别接分支缆，分支缆末端为供电插头。供电插头的1对数据信号线与控制器连接。如图2所示分支缆的供电插头有正、负电源线触头2各1个，至少有1对与数据信号线连接的通断识别触头1。

水下设备配置的恒流-恒压电源转换装置上有用于与海底分支器连接的输入插座。

如图2所示，本例输入插座与分支缆的供电插头相配合，有1对电源线触点3和1对通断识别触点4。所述通断识别触点4的接触位置低于电源线触点3的接触位置，同一对通断识别触点4的2个尾端连通。当海底分支器空载时，其分支缆的供电插头与水下设备恒流-恒压电源转换装置的输入插座不连通。当空载的海底分支器连接水下设备时，其分支缆的供电插头与水下设备的输入插座连接。

本例程控开关的额定工作电流等于恒流供电系统的工作电流。

本例数字电位器的最大工作电流等于恒流供电系统额定工作电流，最大阻值为水下设备阻抗的12倍；阻值最小为零。

当海底分支器接有水下设备时，程控开关为关断状态，数字电位器阻值为其最大值。当分支器空载时，程控开关为连通状态，数字电位器阻值为其最小值。

单芯电缆恒流供电系统的海底分支器的使用方法实施例1

本单芯电缆恒流供电系统的海底分支器的使用方法实施例1分为空载的海底分支器上接通水下设备的缓启动和海底分支器上所接水下设备断开的缓关闭两种情况，具体步骤如下：

ⅰ、空载的海底分支器接入水下设备

ⅰ-1、处于运行状态的中的某个海底分支器空载，该海底分支器的控制器使其程控开关处于连通状态，数字电位器处于阻值最小状态，此时单芯电缆的电流经该海底分支器的程控开关和数字电位器流通，分支缆的供电插座与水下设备的输入插座未连接；

ⅰ-2、空载的海底分支器分支缆的供电插头与水下设备的恒流-恒压电源转换装置的输入插座连接的过程为：该海底分支器分支缆的供电插头先接通输入插座的电源线触点3，然后接通输入插座的通断识别触点4；供电插头的通断识别触头1连通输入插座的通断识别触点4后，由于输入插座的通断识别触点4尾端是短路连接的，故与供电插头的通断识别触头1连接的1对数据信号线即被短路连接，海底分支器的控制器立即识别供电插头成功连通了水下设备的输入插座，该海底分支器与水下设备完全连接；控制器将水下设备接入信号上传至上位机；

ⅰ-3、上位机向该海底分支器的控制器下达指令，控制器首先将程控开关断开，单芯电缆的电流只通过数字电位器流通；控制器逐渐增加数字电位器阻值，随着数字电位器阻值的增加，流经数字电位器的电流逐渐转移到并联的水下设备上，该海底分支器所连接的水下设备与分支缆连接得到供电；当数字电位器的阻值达到最大时，电流主要经水下设备流通，从而完成水下设备的缓启动。

ⅱ、海底分支器上所接的水下设备断开

ⅱ-1、处于运行状态的单芯电缆恒流供电系统中的某个海底分支器上的水下设备准备断开，断开过程为：海底分支器分支缆的供电插头的通断识别触头1与水下设备输入插座的通断识别触点4先分离，而分支缆供电插头的电源线触头2仍与输入插座的电源线触点3连接，故水下设备尚未断电，此时与供电插头的通断识别触头1连接的1对数据信号线被断开，控制器立即识别分支缆供电插头正在与水下设备输入插座分离，即水下设备正在断开，控制器将水下设备正在断开的信号上传到上位机；

ⅱ-2上位机发送命令给该海底分支器的控制器，控制器首先逐渐降低数字电位器阻值，使流经水下设备的电流逐渐转移到并联的数字电位器上；

ⅱ-3、当数字电位器的阻值达到最小时，分支缆的电流主要经数字电位器流通，与此同时分支缆的供电插头进一步与水下设备的输入插座的电源线触点3分离，即该海底分支器的分支缆供电插头与水下设备完全断开，水下设备与恒流供电系统的单芯电缆断开；此时控制器闭合程控开关，单芯电缆的电流经该海底分支器的程控开关和数字电位器流通，完成水下设备的缓关闭。

本例接入单芯电缆恒流供电系统或由此供电系统断开的功率变化率小于或等于100瓦/分钟，由此计算数字电位器由0至最大阻值的调整时间。

单芯电缆恒流供电系统的海底分支器的使用方法实施例2

本例单芯电缆恒流供电系统的海底分支器的使用方法，不依赖上位机，海底分支器的控制器独立完成空载的海底分支器接入水下设备的缓启动和海底分支器上所接水下设备断开的缓关闭，具体步骤如下：

ⅰ、空载的海底分支器接入水下设备

ⅰ-1、处于运行状态的单芯电缆恒流供电系统中的某个海底分支器空载，该海底分支器的控制器使其程控开关处于连通状态，数字电位器处于阻值最小状态，此时单芯电缆的电流经该海底分支器的程控开关和数字电位器流通，分支缆的供电插头与水下设备的输入插座未连接；

ⅰ-2、空载的海底分支器的分支缆供电插头与水下设备的恒流-恒压电源转换装置的输入插座的连接过程为：该海底分支器分支缆的供电插头先接通水下设备输入插座的电源线触点，然后接通输入插座的通断识别触点，分支缆供电插头的通断识别触头连通输入插座的通断识别触点后，由于输入插座的通断识别触点是短路连接的，故与供电插头的通断识别触头连接的1对数据信号线即被短路连接，控制器立即识别分支缆供电插头成功连通了水下设备的输入插座，该海底分支器与水下设备完全连接；

ⅰ-3、控制器首先将程控开关断开，单芯电缆的电流只通过数字电位器流通；控制器逐渐增加数字电位器阻值，随着数字电位器阻值的增加，流经数字电位器的电流逐渐转移到并联的水下设备上，该海底分支器所连接的水下设备与分支缆连通得到供电；当数字电位器的阻值达到最大时，电流主要经水下设备流通，从而完成水下设备的缓启动。

ⅱ、海底分支器上所接的水下设备断开

ⅱ-1、处于运行状态的单芯电缆恒流供电系统中的某个海底分支器上的水下设备准备断开，断开过程为：分支缆的供电插头的通断识别触头与水下设备的输入插座的通断识别触点先分离，而分支缆供电插头的电源线触头仍与水下设备输入插座的电源线触点连接，故水下设备尚未断电，此时与供电插头的通断识别触头连接的1对数据信号线被断开，控制器立即识别分支缆供电插头正在与水下设备的输入插座分离，即水下设备正在断开；

ⅱ-2控制器首先逐渐降低数字电位器阻值，使流经水下设备的电流逐渐转移到并联的数字电位器上；

ⅱ-3、当数字电位器的阻值达到最小时，分支缆的电流主要经数字电位器流通，与此同时分支缆的供电插头的电源线触头2进一步与水下设备输入插座的电源线触点3分离，即该海底分支器的分支缆供电插头与水下设备输入插座完全断开，水下设备与恒流供电系统的单芯电缆断开；此时控制器闭合程控开关，单芯电缆的电流经该海底分支器的程控开关和数字电位器流通，完成水下设备的缓关闭。

上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。