一种适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置的制作方法

本实用新型关于地球物理勘探技术领域，特别是关于地震勘探领域的供电设备，具体的讲是一种适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置。

背景技术：

本部分旨在为权利要求书中陈述的本实用新型的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

随着地震勘探采集方法的进步，地震勘探采集方法“两宽一高”的推广，生产采集项目的道数不断增加，从2000年左右的千余道，到2010年最高6万道，直至2018年已达到23.4万道采集。而目前地震勘探采集设备的设计都采用分布式铅酸蓄电池供电。为了减少电瓶充电带来额外的设备占用，人工劳动和安全环保风险，生产单位大多采用每个铅酸蓄电池并联太阳能电池板的方式供电，如此在日照充分地区日间可由太阳能板提供电能并进行部分充电，夜间使用电瓶供电，最大程度减少对于亏电电瓶充电的工作量。

但以上方案也只能从一定程度缓解，在野外施工中不可避免的会遇到阴雨、沙尘等天气状况，带来电瓶电量瞬间消耗。太阳能电池板在使用中被沙尘、植物等遮挡，充电电压不足。太阳能电池板对于环境温度较为敏感，野外作业环境温度能达到-40℃至70℃，而市面常见的太阳能电池板工作温度大多为0℃至55℃,无法适合冬季及中东沙漠等高温环境施工，更无法适合野外复杂多变的气候环境。

在某23.4万道采集的生产项目在晴天需具备500块电瓶充电能力，阴雨天每日需具备约1000块电瓶的充电能力，由此带来的人员、设备给项目带来巨大的成本支出。且气候多变造成工作量无法预计，也给生产组织带来巨大挑战。此外，由于电瓶使用量的剧增，带来大量的铅酸蓄电池添加酸性电解液的维护工序和设备寿命到期带来的污染物报废问题。因此，在部分地震勘探采集生产项目中，地面采集设备的供电已经成为制约生产效率提升的主要瓶颈。

此外，地震勘探采集设备，尤其是利用动圈原理采集的模拟地震勘探采集设备对于电磁环境和直流供电要求较为苛刻。复杂的电磁环境变化会被电磁感应原理动圈式检波器和地震勘探电缆拾取，成为地震原始资料的噪音。而不够“干净”的直流电会影响设备采集通道的工作性能，造成数据的漂移，进而影响地震勘探采集数据质量。

因此，如何研究和开发出一种新的方案，其能够解决上述技术缺陷是本领域亟待解决的技术难题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置，通过交流发电机、负载确定设备、ac-dc转换装置、专用传输线缆、专用传输插头、dc-dc降压装置、地震勘探采集设备电源接头、发电机载具、线缆铺设设备以及信息采集设备，为地震仪器的野外电子设备持续供电提供安全有效便捷的解决方案。

本实用新型的目的是，提供一种适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置，包括交流发电机、ac-dc转换装置、专用传输线缆、专用传输插头、dc-dc降压装置、地震勘探采集设备电源接头；

其中，所述交流发电机与所述ac-dc转换装置相连接；

所述ac-dc转换装置通过所述专用传输线缆与所述dc-dc降压装置相连接；

所述专用传输插头安装于所述专用传输线缆与所述ac-dc转换装置之间；

所述地震勘探采集设备电源接头安装于所述ac-dc转换装置与负载之间。

在本实用新型的优选实施方式中，所述适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置还包括与所述dc-dc降压装置相连接的发电机载具。

在本实用新型的优选实施方式中，所述专用传输线缆为铠装电缆。

在本实用新型的优选实施方式中，所述专用传输线缆为电缆以及与所述电缆相连接的金属拖链。

在本实用新型的优选实施方式中，所述适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置还包括与所述专用传输线缆相连接的线缆铺设设备。

在本实用新型的优选实施方式中，所述适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置还包括安装于所述交流发电机的油箱的信息采集设备。

在本实用新型的优选实施方式中，所述适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置还包括安装于所述ac-dc转换装置的输出端的信息采集设备。

在本实用新型的优选实施方式中，所述适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置还包括安装于所述dc-dc降压装置的输出端的信息采集设备。

在本实用新型的优选实施方式中，所述适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置还包括与交流发电机相连接的负载确定设备。

在本实用新型的优选实施方式中，所述负载确定设备包括输入设备、与所述输入设备相连接的运算组件以及与所述运算组件相连接的输出设备。

本实用新型的有益效果在于，提供了一种适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置，解决当前地面设备以铅酸蓄电池供电的充电过程繁琐问题，能够提供纹波特性及噪音特性稳定干净的直流电源输出，适合地震勘探采集设备的常规工作，且不会损坏地震勘探采集电子设备，适合地震勘探采集现场环境，具备设备及接头防水、防尘、线缆抗碾压、易拆装便于设备滚动施工等特性。

为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的具体实施例中单组集中式供电装置的单侧部分的示意图；

图2为本实用新型提供的具体实施例中三维项目施工集中供电示意图；

图3为本实用新型提供的具体实施例中三维项目施工分布式供电示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置的另一种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述参考在附图中示出并在以下描述中详述的非限制性示例实施例，更加全面地说明本实用新型的示例实施例和它们的多种特征及有利细节。应注意的是，图中示出的特征不是必须按照比例绘制。本实用新型省略了已知材料、组件和工艺技术的描述，从而不使本实用新型的示例实施例模糊。所给出的示例仅旨在有利于理解本实用新型示例实施例的实施，以及进一步使本领域技术人员能够实施示例实施例。因而，这些示例不应被理解为对本实用新型的实施例的范围的限制。

除非另外特别定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。此外，在本实用新型各个实施例中，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

下面参考本实用新型的若干代表性实施方式，详细阐释本实用新型的原理和精神。

现有技术中为了减少电瓶充电带来额外的设备占用，人工劳动和安全环保风险，生产单位大多采用每个铅酸蓄电池并联太阳能电池板的方式供电，如此在日照充分地区日间可由太阳能板提供电能并进行部分充电，夜间使用电瓶供电，最大程度减少对于亏电电瓶充电的工作量。

但这样的方案也只能从一定程度缓解，在野外施工中不可避免的会遇到阴雨、沙尘等天气状况，带来电瓶电量瞬间消耗。太阳能电池板在使用中被沙尘、植物等遮挡，充电电压不足。太阳能电池板对于环境温度较为敏感，野外作业环境温度能达到-40℃至70℃，而市面常见的太阳能电池板工作温度大多为0℃至55℃,无法适合冬季及中东沙漠等高温环境施工，更无法适合野外复杂多变的气候环境。

此外，由于电瓶使用量的剧增，带来大量的铅酸蓄电池添加酸性电解液的维护工序和设备寿命到期带来的污染物报废问题。因此，在部分地震勘探采集生产项目中，地面采集设备的供电已经成为制约生产效率提升的主要瓶颈。地震勘探采集设备，尤其是利用动圈原理采集的模拟地震勘探采集设备对于电磁环境和直流供电要求较为苛刻。复杂的电磁环境变化会被电磁感应原理动圈式检波器和地震勘探电缆拾取，成为地震原始资料的噪音。而不够“干净”的直流电会影响设备采集通道的工作性能，造成数据的漂移，进而影响地震勘探采集数据质量。

基于此，本实用新型提供了一种针对地球物理勘探中地震勘探采集地面设备使用的集中式供电装置，适用于地球物理勘探领域，为地震仪器的野外电子设备持续供电提供安全有效便捷的解决方案。

具体的，图4为本实用新型实施例提供的一种适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置的结构示意图，请参见图4，所述适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置包括交流发电机、ac-dc转换装置、专用传输线缆、专用传输插头、dc-dc降压装置、地震勘探采集设备电源接头。

其中，所述交流发电机与所述ac-dc转换装置相连接；

所述ac-dc转换装置通过所述专用传输线缆与所述dc-dc降压装置相连接；

所述专用传输插头安装于所述专用传输线缆与所述ac-dc转换装置之间；

所述地震勘探采集设备电源接头安装于所述ac-dc转换装置与负载之间。

在本实用新型的一种实施方式中，交流发电机为最基本的电能输出装置，其功率由供电设备的负载决定，负载包括设备的功耗和线缆、插头的线损组成。

在本实用新型的一种实施方式中，由于地震勘探采集设备对于交流传输非常敏感，且常规发电机输出的380v或220v为非安全电压，因此用于传输的电压需使用干净的直流电、较低的电压，ac-dc转换装置可选择使用交流电转换为96v或65v直流电，为了保证电源的纹波特性和噪音特性，使用线性转换电源。

在本实用新型的一种实施方式中，专用传输接头需要能够保证传输供电电能的传输性能，并具备ip67以上的防水性能。

由于目前地震勘探采集设备大多采用10-13v直流供电，因此在96v或65v传输至耗电设备后需降压后连接至耗电设备(电源站、交叉站)才可使用，因此dc-dc降压装置需将较高的直流电降压至10-13v供设备使用，并具备滤波、稳压电路以保证输出的直流电“干净”，而不会影响设备采集数据质量。

在本实用新型的一种实施方式中，地震勘探采集设备电源接头能够连接dc-dc降压装置的输出端及地震勘探采集设备中的耗电设备接头，并具备ip67以上防水性能。

具体的，图1为本实用新型提供的具体实施例中单组集中式供电装置的单侧部分的示意图。请参见图1，在图1所述的具体实施例中，其中v1为交流发电机，t为ac-dc转换装置，r1-r20为专用传输线缆，t1-t10为dc-dc降压装置，x1-x10为耗电设备(即负载)，专用传输插头安装于r与t间，地震勘探采集设备电源接头安装于t与x间，智能信息采集控制设备除v1外，还安装于t与x间。

专用传输电缆在本实用新型中需要关注的环境因素包括温度、传输的电压电流、可能出现的车辆碾压、动物啃咬等问题，因此，在本实用新型的一种实施方式中，所述专用传输线缆为根据施工环境特点采用能够符合要求的铠装电缆。

在本实用新型的其他实施方式中，所述专用传输线缆为根据施工环境特点采用能够符合要求的电缆以及与所述电缆相连接的金属拖链。

图5为本实用新型实施例提供的一种适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置的另一种实施方式的结构示意图，请参见图5，在本实用新型的一种实施方式中，所述适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置还包括与所述dc-dc降压装置相连接的发电机载具。发电机载具可由安装或拖拽的方式带动发电机至地震勘探采集现场。

在本实用新型的一种实施方式中，请参见图5，所述适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置还包括与所述专用传输线缆相连接的线缆铺设设备。线缆铺设设备可根据预先输入的参数和导航信息，自动将供电电缆铺设于地震勘探采集现场，并根据需要自动化埋置至预定深度或自动穿入拖链中进行保护，并在需要供电设备的位置自动输出专用传输线缆、专用传输插头、dc-dc降压装置、地震勘探采集设备电源接头。

在本实用新型的一种实施方式中，所述适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置还包括安装于所述交流发电机的油箱的信息采集设备。

在本实用新型的另一种实施方式中，所述适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置还包括安装于所述ac-dc转换装置的输出端的信息采集设备。

在本实用新型的又一种实施方式中，所述适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置还包括安装于所述dc-dc降压装置的输出端的信息采集设备。

因此，在本实用新型中信息采集设备可安装于发电机油箱、ac-dc输出端、dc-dc输出端(图5未绘出)，能够采集发电机剩余油料、输出端直流电的质量，并在纹波、噪音、电压、电流等超过预设阈值时发送报警信息至故障排查人员处。此外还可智能识别与供电设备(发电机)的远近关系，在设备搬迁等状况需要新接入耗电设备时由近及远逐级加电，避免瞬间高负载损坏供电设备。

在本实用新型的一种实施方式中，请参见图5，所述适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置还包括与交流发电机相连接的负载确定设备。所述负载确定设备包括输入设备、与所述输入设备相连接的运算组件以及与所述运算组件相连接的输出设备。

在本实用新型的一个具体实施例中，负载确定设备由基本的输入输出设备、计算设备组成，输入地震勘探采集的设备类型、线距、道距、交流发电机输出功率、线缆参数、传输电压参数，可自动计算单边、双边能够负载的设备数量；或通过输入地震勘探采集的设备类型、线距、道距、线缆参数、传输电压参数等，自动调节发电机输出功率。

如上即为本实用新型提供的一种适用于地震勘探数据采集设备的集中式供电装置，通过交流发电机、负载确定设备、ac-dc转换装置、专用传输线缆、专用传输插头、dc-dc降压装置、地震勘探采集设备电源接头、发电机载具、线缆铺设设备以及信息采集设备，为地震仪器的野外电子设备持续供电提供安全有效便捷的解决方案。与现有技术相比，本实用新型具有以下技术效果：

(1)解决当前地面设备以铅酸蓄电池供电的充电过程繁琐问题；

(2)新装置能够提供纹波特性及噪音特性稳定干净的直流电源输出，适合地震勘探采集设备的常规工作，且不会损坏地震勘探采集电子设备；

(3)适合地震勘探采集现场环境，具备设备及接头防水、防尘、线缆抗碾压、易拆装便于设备滚动施工等特性。

下面结合具体的实施例，详细介绍本实用新型的技术方案。

图1为本实用新型提供的具体实施例中单组集中式供电装置的单侧部分的示意图，如图1所示，集中式供电装置由交流发电机、负载确定设备、ac-dc转换装置、专用传输线缆、专用传输插头、dc-dc降压装置、地震勘探采集设备电源接头、发电机载具、线缆自动铺设设备、信息采集设备组成。

其中v1为交流发电机、负载能力自动计算装置、智能信息采集控制设备，t为ac-dc转换装置，r1-r20为专用传输线缆，t1-t10为dc-dc降压装置，x1-x10为耗电设备(负载)，专用传输插头安装于r与t间，地震勘探采集设备电源接头安装于t与x间，智能信息采集控制设备除v1外，还安装于t与x间。

使用16组图1所示的设备，专用电缆通过自动铺设装置铺设，发电机安装于载具上，得到图2的三维项目施工集中供电示意图。图3为该三维项目施工分布式供电示意图，该项目使用电瓶供电需太阳能板辅助，则排列中需要2048套定制具备稳压输出的太阳能板和100ah电瓶，考虑阴雨天气可能没有日光，则需要额外960块电瓶。目前充电机多为12小时左右充满，则需具备同时为480个电瓶的充电能力，即48台10口充电机。

以图2、图3所示的三维采集项目为例，使用加拿大某数字地震采集装备，该装备分为采集站、电源站、交叉站，其中电源站和交叉站为需要连接供电装置的设备。使用数字系统采集相较于模拟系统多了数字检波器供电，且单个电源站带道96道，因而功耗较模拟系统更大。日常采集排列为30条主线接收，每日三束线同时施工，每条主线含4条子线，每条子线1440道。主线间线距为200米，子线间线距为6.25米。该项目道距为12.5m，线缆抽头距离40米，实际平均每道功耗约为228mw，18.432万道总功率达到42kw。单个电源站功耗约为20.89w，交叉站(带96道)约为23.99w，排列中使用15排电源站，1排交叉站，最终3束线采集总功耗约43.18kw。

电阻率较低的无氧铜材质线缆的电阻率r为：

r＝0.0178×[1+(t-20)×0.0039]/s＝(0.00006942t+0.0164)/sω/m

其中t为温度，s为导线横截面积，中东地表可达到70℃，因此t取75℃，25mm²计算，电阻率r为0.000865ω/m。25mm²单芯铜导线40℃空气敷设载流量为122.5a左右，铠装、外皮、埋置、双线穿管等影响程度大约75％，因此考虑不超过90a载流量。导线电流限制了发电机功率，96v约为8640w。

为了减少输电线路带来的线损，最佳方法为将发电机置于所供地面设备排列线正中间。每条主线的4条子线共用一个交流转直流模块供电，供电设备至交叉站距离分别为3.125米、3.125米、9.375米、9.375米，线损约为0.273w，加上4台电源站功率共计83.83w。

采用96v电压作为供电干线时，如交流-直流转换效率为90％，直流降压效率为95％，两次转换效率则为85.5％，输出不超过功率限制的10kw，当前配置下发电机功率上限为20kw，单侧10kw。又有输出电压96v，25mm²铜导线每米压降约1.62mv，每条主线压降约0.648v。

可知：p剩余功率＝10000-σ((pn降/un降)²×0.000865×200×2-n×83.3，可知单侧可支持10条左右主线，双侧2条主线。考虑排列翻滚，在全排列中至少使用2组发电机，共计32台20kw发电机。

传统使用电瓶供电成本为：

项目在高效采集施工方式，采用全部地面设备都处于采集状态，功耗约为1036.32kw·h。如使用12v100ah电瓶，总电量1.2kw，依照电瓶90％使用效率每日12小时采集需要更换480块左右，24小时需960块左右，必须配备太阳能板才能顺利执行日常采集。

使用电瓶供电需太阳能板辅助，则排列中需要2048套定制具备稳压输出的太阳能板和100ah电瓶，考虑阴雨天气可能没有日光，则需要额外960块电瓶。目前充电机多为12小时左右充满，则需具备同时为480个电瓶的充电能力，即48台10口充电机，如图2所示。

其中110w的定制太阳能板1500元左右，100ah电瓶1000元左右，充电机每台20000元左右，因此传统方式排列中供电设备的成本约为：

电瓶300.8万元+太阳能板307.2万元+充电机96万元＝704万元。

使用本实用新型提供的集中式供电装置的成本为：

20kw发电机约40000元左右，32台需要128万元。

需要电缆长度为：(200米(主线距)×16排(电源站交叉站排数)×(4条(主线)×8-7个(间隔))+(3.125米(直流降压装置与子线用电设备距离)+3.125米(直流降压装置与子线用电设备距离)+9.735米(直流降压装置与子线用电设备距离)+9.735米(直流降压装置与子线用电设备距离))×32条(主线)×16排(电源站交叉站排数)))×1.05(余量系数)＝97440米

2×25mm²铠装电缆每米50元左右，共需487.2万元。

还需要32套(发电机配套)交流-直流转换装置、稳压滤波设备、散热装置、插头插座等，512套(32条主线×16排电源站交叉站)直流降压装置和配套插头插座，设备需要考虑防尘、防水、防潮、散热、连续工作稳定性等问题。每套成本分别为5000元、500元，共需41.6万元。

96v直流集中供电设备总成本约发电机128万元+487.2万元+41.6万元＝656.8万元。

二者使用的载具和自动铺设设备的成本基本相当。

在项目长期运行过程中，由于减少了电瓶充放中化学能(柴油)-电能-化学能(电瓶)-电能的能量损耗，由柴油化学能转换为电能为设备供电。此外无需车辆往返运输电瓶，更降低了柴油总消耗。

人员方面传统分布式电瓶供电方式需要最少一个班组的劳工和司机在地震勘探采集现场执行电瓶更换工作，一个班组劳工在营地执行电瓶充电工作。而利用本专利集中供电方式只需要与载具等量的司机和少量发电机维护人员即可完成，极大的节约人员使用，并且降低劳动强度。

稳定的供电方式也能提供稳定的连续施工作业时间并降低设备损坏，更大程度的降低经济成本。

因此，本所以相信提供的一种使用新型地震勘探数据采集设备专用集中式供电装置，与现有利用铅酸电瓶或锂电池供电方式相比，具有以下明显优势：

(1)降低物探队设备采购和材料采购成本；本实用新型利用交流发电机作为原始电能输出设备，为一次性投入；无需购买充电机，无需购买和维护、更换电瓶，无论是单次购买成本和运行维护成本都远低于现有供电方式。

(2)能量转换效率高；本实用新型在施工采集现场利用柴油发电机发电后直接传输至用电设备，仅有一次能量转换过程；而现有供电方式需要利用物探队营地的发电机为充电机供电，充电机再为电瓶充电，而后将满电电瓶运输至施工现场为采集电子设备供电，经过三次能量转换，且电瓶充电需要严格控制环境温度，更加重了能量(柴油)的浪费。

(3)降低人员劳动强度；本实用新型采用拖挂式发电设备、供电电缆采用机械式铺设，仅需要有限的驾驶人员至施工现场进行低劳力劳动；而传统的供电方式需将海量电瓶进行铺设、充电、运输、更换，以目前的最常用的100ah铅酸电瓶为例单块重量30kg左右，一般三维项目每日需更换、充电300-500块，由工地装车、营地卸车、充电装卸、营地装车、工地卸车、更换装卸，共4次装卸，即每天需要48吨的装卸重量，如遇阴雨天气太阳能板输出不足则需翻倍，带来大量的人员劳动成本和巨大的劳动强度。

(4)供电质量高，本实用新型输出电源稳定，由于有输出电源质量智能报警装置，电源输出出现频率、纹波、噪音等故障时报警至专业人员及时处理，最大范围杜绝地面电子设备由于电源问题造成的损坏。

(5)无有害物质，环保；本实用新型使用成熟的发电机作为电能输出，排放尾气符合环保要求，无额外污染；而传统供电方式不仅需要发电机提供原始能源，电瓶的维护需酸性电解液，废旧电瓶处理也会对环境造成污染。

(6)智能化程度高，保证生产持续和设备安全，可根据距离供电设备远近逐级加电，避免瞬间大负载造成供电设备损坏。油量过低报警至专业人员及时处理。而传统供电方式则由于电瓶年限、质量、损耗等特性不同无法统一更换评价标准，为了保障采集连续性，无法充分利用全部电能，大多在余电10-20％左右即开始更换，不仅造成电能浪费，更容易出现余电估计不准确造成的设备断电进而生产采集中断。物探队每日运行成本超过百万，由供电中断带来的经济成本损失巨大。

虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，所附的权利要求包括这些变形和基于本申请的基本原理的衍生结构。