CN107069692A - 一种具有升压装置的海洋地震勘探拖缆水下供电系统 - Google Patents

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宋克柱
杨俊峰
钟科
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Abstract

本发明涉及一种具有升压装置的海洋地震勘探拖缆水下供电系统，包括：高压直流电源、拖缆电源线、节点升压装置和数字包；高压直流电源，为水下拖缆提供高压直流电；拖缆电源线，为普通的电力电缆，用于将高压直流电输送到各节点；节点升压装置，位于拖缆中的某些节点位置，将该节点位置的电压升到合理的值，保证系统中所有节点的数字包能够正常工作；数字包，各节点的主要组成部分，负责采集与传输地震勘探作业中的人工激发地震产生的水声信号，数字包中使用高压转低压的DC‑DC模块获取5VDC，供电路板正常工作。本发明解决了海洋地震勘探拖缆的远距离有效供电问题，为拖缆中的各个节点的正常工作提供稳定的直流电。

Description

一种具有升压装置的海洋地震勘探拖缆水下供电系统
技术领域
本发明涉及了一种具有升压装置的海洋地震勘探拖缆水下供电系统，属于海洋地震勘探设备的技术领域。
背景技术
海洋地震勘探拖缆是海洋地震勘探拖缆水下供电系统的重要组成部分之一，拖缆主要用于采集与传输地震勘探作业中的地震波信号，拖缆的长度是影响海底地层勘探深度的关键因素，拖缆的供电方式为高压直流供电，由于高压电源线上的线损和节点的功耗限制，随着拖缆长度的增加，节点电压在电源线上依次降低，后级节点会因为供电电压不足导致电子学设备无法正常工作。目前国内外的主流海洋拖缆，都因为供电问题，限制了拖缆的长度，因此也影响了勘探深度。因此，海洋地震勘探拖缆水下供电系统的有效供电是亟需解决的问题。
发明内容
本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种具有升压装置的海洋地震勘探拖缆水下供电系统，以解决海洋地震勘探拖缆的远距离有效供电问题，为拖缆中的各个节点的正常工作提供稳定的直流电。
本发明技术解决方案：一种具有升压装置的海洋地震勘探拖缆水下供电系统，包括：高压直流电源、拖缆电源线、升压装置和数字包；
高压直流电源，位于船上采集仪器室内，为水下拖缆提供高压直流电；
拖缆电源线，将高压直流电输送到各节点；
升压装置，位于水下拖缆中的某些节点位置，将这些节点位置的电压升到设定的值，保证系统中每一级节点的数字包能够正常工作；
数字包，各节点的主要组成部分，负责采集与传输地震勘探作业中的人工激发地震产生的水声信号，数字包中使用高压转低压的DC-DC模块获取5VDC，供数字包中的采集与传输电路正常工作。
所述升压装置包括高频变压器、功率开关管、PWM控制端、输出滤波电路；
功率开关管在导通的状态下，高频变压器将储存能量，负载电流由输出滤波电路中的滤波电容提供，功率开关管断开时，高频变压器将储存的能量传递到负载和输出滤波电容，以补充电容单独提供负载电流时消耗的能量；
当外部输入电压变化或者负载变化时，如果占空比D为固定的值，D＝功率开关管的导通时间/功率开关管的工作周期，则输出电压会随着输入电压幅值的增大而升高，或负载的减轻而升高，通过输出电压反馈到PWM控制端来自动调节占空比，保持输出电压在外界的各种干扰条件下处于稳定的值。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)以往的海洋地震勘探拖缆水下供电系统受限于电源线上的线损和节点的功耗，在缆长增加的条件下，节点的供电电压会低于数字包中的DC-DC模块输入电压下限值，结果使得海洋地震勘探拖缆水下供电系统无法正常工作；不同于以前的水下拖缆供电模式，本发明在海洋地震勘探拖缆的某几个节点处中加入升压装置，升压装置的作用是使得节点处的低电压上升到一个设定的值，保证拖缆上最后一级节点的供电电压在数字包上DC-DC模块的正常工作区间范围内。采用升压装置，可以降低线损，从而降低海洋地震勘探拖缆水下供电系统的总功耗。
(2)目前国内外海洋地震勘探仪器使用的拖缆供电模式是将船上的高压直流电源直接接入拖缆。但是由于线损等原因使得拖缆尾部节点得不到有效供电，限制了海洋地震拖缆的工作长度，进而限制了海洋地震勘探设备对海底地层勘探的深度。本发明提供了一种具有直流电压升压装置的海洋地震勘探拖缆水下供电系统，可以实现长拖缆的有效供电。本发明市场潜力大，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明一种具有升压装置的海洋地震勘探拖缆水下供电系统等效模型示意图；
图2是本发明一种具有升压装置的海洋地震勘探拖缆水下供电系统结构示意图；
图3是海洋地震勘探拖缆水下供电系统的节点电压与节点的关系示意图；
图4是升压装置内部原理示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明包括高压直流电源1、拖缆电源线2、升压装置3和数字包4。
高压直流电源1通过拖缆电源线2为各级数字包4提供电能，升压装置3处于系统的某几个节点位置，用于将节点处的输入电压提高到设定的值后输出，供后级数字包工作。
高压直流电源，位于船上采集仪器室内，为水下拖缆提供高压直流电；
拖缆电源线，将高压直流电输送到各节点；
升压装置，位于水下拖缆中的某些节点位置，将这些节点位置的电压升到设定的值，保证系统中每一级节点的数字包能够正常工作；
数字包，各节点的主要组成部分，负责采集与传输地震勘探作业中的人工激发地震产生的水声信号，数字包中使用高压转低压的DC-DC模块获取5VDC，供数字包中的采集与传输电路正常工作。
如图2所示，本发明包括高压直流电源1、数字包中DC-DC转换模块2、拖缆电源线3、数字包采集与传输电路4以及升压装置5。
高压直流电源1通过拖缆电源线3为拖缆的各个节点提供电能。高压直流电源1的输出电压在360V～400V之间。
海洋地震勘探拖缆水下供电系统中的数字包由DC-DC转换模块2和采集传输电路4组成，数字包中的DC-DC转换模块2将拖缆电源线3上的高压直流电转换为低压直流电，DC-DC转换模块2的输入电压区间为200V～400V，输出电压为5VDC，为数字包中的采集与传输电路提供工作电压。升压装置5本质上是低压直流电到高压直流电的转换模块，转换模块的标称输入值为120V～370V,输出380V。升压装置5位于节点的某些位置，用于将节点处的电压值升到380V。
在海洋地震勘探拖缆水下供电系统中，高压直流电源1通过拖缆电源线为系统供电，由于海洋地震勘探拖缆水下供电系统中拖缆电源线3的线损和数字包的功率损耗，节点电压逐级下降，在拖缆长度较短的情况下，最后一级节点的高压值仍然在数字包中的DC-DC转换模块2的正常工作输入电压范围内，整个海洋地震勘探拖缆水下供电系统能正常工作。随着拖缆长度增加，也即拖缆电源线3长度增加，数字包的个数增加的条件下，拖缆电源线3中的电流会增加，导致节点电压下降的更加剧烈，如图3所示，曲线S1是不加升压装置时节点电压随节点数的变化关系，曲线S0上的点的电压值为200V,曲线S2是加入两个升压模块后的节点电压随节点的变化关系，P是升压装置加入的位置。在不加升压装置的条件下，节点电压随着节点数急剧下降，曲线上S1节点电压低于S0的节点将无法正常工作。当加入两个升压装置后，S2上所有节点电压均在200V-380V之间，在数字包中DC-DC转换模块正常工作电压范围内，数字包可以正常工作。
如图3所示，在拖缆长度增加，节点数增多的情况下，可在拖缆电源线3的某几个节点处加入升压装置5，海洋地震勘探拖缆水下供电系统加入升压装置5后，节点处的电压将升到380V,可使得海洋地震勘探拖缆水下供电系统中每一级节点的供电电压在数字包DC-DC转换模块的输入范围内，保证了数字包中的电子学设备的正常工作。
如图4所示，升压装置5由电压输入端51、电感L52、电容C53、功率开关管VT57、高频变压器56、二极管D511、电容C510、电感L58、负载59组成。
电感L52和电容C53组成输入滤波电路，电容C510和电感L58组成输出滤波电路。二极管D511的作用是输出整流。
功率开关管VT57在导通的状态下，高频变压器56将储存能量，负载电流由输出滤波电路中的滤波电容C510提供，功率开关管VT57断开时，高频变压器56将储存的能量传递到负载和输出滤波电容C510，以补充电容单独提供负载电流时消耗的能量；
如图4所示，升压装置的工作原理为低压直流电通过拖缆电源线输入到电压输入端51，当功率开关管VT57导通时，直流电通过高频变压器56的初级线阻，变压器的Np55端相当于一个纯电感，流过Np55的电流线性上升，能量将被储存在电感中，由于初级Np55和次级Ns54的极性相反，实现输出整流作用的二极管D511截止，由输出电容C510对外进行供电。
当功率开关管VT57截止时，电感上的电流不能突变，高频变压器的初级线阻两端电压极性反向，使得二极管D511正向导通，初级存储的能量将传递到次级。当外部输入电压变化或者负载变化时，如果占空比D为固定的值，D＝功率开关管的导通时间/功率开关管的工作周期，则输出电压会随着输入电压幅值的增大而升高，或负载的减轻而升高，通过输出电压反馈到PWM控制端来自动调节占空比，保持输出电压在外界的各种干扰条件下处于稳定的值。当输入电压或者负载变化时，输出电压将通过输出电压反馈到PWM控制端，PWM控制端通过调整驱动方波的占空比来实现输出稳压。
综上所述，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明，因此凡本发明的精神和原则之类所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种具有升压装置的海洋地震勘探拖缆水下供电系统，其特征在于：包括高压直流电源、拖缆电源线、升压装置和数字包；
高压直流电源，位于船上采集仪器室内，为水下拖缆提供高压直流电；
拖缆电源线，将高压直流电输送到各节点；
升压装置，位于水下拖缆中的某些节点位置，将这些节点位置的电压升到设定的值，保证系统中每一级节点的数字包能够正常工作；
数字包，各节点的主要组成部分，负责采集与传输地震勘探作业中的人工激发地震产生的水声信号，数字包中使用高压转低压的DC-DC模块获取5VDC，供数字包中的采集与传输电路正常工作。
2.根据权利要求1所述的具有升压装置的海洋地震勘探拖缆水下供电系统，其特征在于：所述升压装置包括高频变压器、功率开关管、PWM控制端、输出滤波电路；
功率开关管在导通的状态下，高频变压器将储存能量，负载电流由输出滤波电路中的滤波电容提供，功率开关管断开时，高频变压器将储存的能量传递到负载和输出滤波电容，以补充电容单独提供负载电流时消耗的能量；
当外部输入电压变化或者负载变化时，如果占空比D为固定的值，D＝功率开关管的导通时间/功率开关管的工作周期，则输出电压会随着输入电压幅值的增大而升高，或负载的减轻而升高，通过输出电压反馈到PWM控制端来自动调节占空比，保持输出电压在外界的各种干扰条件下处于稳定的值。
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