428XL數傳電纜特性分析及故障排除方法

肖紅艷

(勝利油田物探公司儀器管理中心 山東東營)

428XL數傳電纜特性分析及故障排除方法

肖紅艷

(勝利油田物探公司儀器管理中心 山東東營)

針對在處理428XL數傳電纜故障中的技術難題,文章從影響數據傳輸的電纜特性參數入手,分析故障原因,排除故障問題點,并對實際檢修過程中出現的問題提出了建議,總結出一套日常監測與維修數傳電纜的實踐經驗。

電纜;故障;數據傳輸

0 引 言

為了適應地震勘探發展的需要,法國SERCEL公司最新推出了428XL地震數據采集系統,該系統一如既往秉承了其地面采集電子設備采用LINK(采集鏈)的概念,將采集站和電纜合二為一的高效設計[1]。然而在系統帶來體積小、質量輕、功能強等便利的同時,隨著428XL采集設備的頻繁施工,采集電纜的故障率也在逐年增高。但在維修過程中發現,個別電纜在測試儀上測試各項指標均正常,但連接在排列上,儀器主機上卻顯示數據傳輸有誤,這成為制約電纜檢修技術的難點,為此,我們從影響數據傳輸的電纜特性參數入手,分析故障原因,排除故障問題點,確保設備的完好率,從而為野外生產服務。

1 數傳電纜特性分析

428XL儀器的采集鏈是由一個或多個數據采集單元FDU構成,FDU將檢波器采集到的地震模擬信號轉換成數字信號,進行初級濾波后交替地傳送給電源站(LAUL)和交叉站(LAUX),這種數據和命令的上行下傳都是通過連接單元站間的數傳電纜完成的[2]。SERCEL公司生產的四個FDU采集鏈如圖1所示。

圖1 4個FDU的采集鏈示意圖

428XL地震電纜內部有4芯絕緣銅質線纜,每個傳輸通道使用2根芯線,而“鬼對”技術將+24 V電源通過數傳線傳給排列上的采集站。電纜內部芯線絞和是采用了結構和加工穩定性較高的星絞結構,星絞結構是為了減少電纜線回路間串音的最佳結構。

串音是影響電纜傳輸的重要參數,串音的產生是由于在電纜芯線兩回路間存在電磁耦合,當電磁波沿主串回路傳輸時,在其周圍產生了電磁場,這個電磁場將在被串回路上產生感應電動勢,并在回路中出現干擾電流,即電磁干擾[3],如圖2所示。實線表示磁干擾,虛線表示電干擾。

圖2 電纜線路中產生電磁干擾的示意圖

串音表示能量從主串回路串入到被串回路時衰減的程度,在數值上用主串回路的發送功率與串到被串回路中的干擾功率之比的對數來表示,它屬于二次參數。數傳電纜的二次參數還有特性阻抗、衰減等。

特性阻抗是電磁波沿均勻電纜線路而沒有反射時所遇到的阻抗[3]。

串音、特性阻抗、衰減等二次參數通過對傳輸信號的抑制體現在電纜內線芯的一次參數電感和電容值上,從而決定電纜對傳輸信號的抑制程度,而電纜電感、電容值與芯線的直徑,圓扁均勻程度,及各芯線間距有關。在電纜使用過程中,線纜的反復收放、拉拽、擠壓,造成芯線間的間距、線纜扭矩、直徑發生變化,而導致電纜傳輸信號衰減值增大,進而造成野外排列上的感應其它地震道及排列不通暢等現象。

2 典型故障分析及處理

2.1 線纜感應故障

故障現象:在儀器主機顯示界面上顯示排列在某一采集鏈后,與該采集鏈共用一個電源站的一段采集鏈及其之后的所有采集鏈在儀器主機上都看不見,且電源站顯示為黃色,若更換掉該采集鏈,儀器上則顯示排列正常,對該采集鏈進行室內TMS測試儀測試,顯示看不見或顯示電纜和站的功耗超標。

故障分析:采集鏈電纜功耗超標,實質是電纜內部線間絕緣電阻降低,導致信號衰減增大。在高頻狀態下,線間絕緣電阻減少,導致線間產生串擾,影響通過這一采集鏈的一段排列的正常信號傳輸,從而導致儀器主機看不見該段排列。導致電纜功耗大的原因主要有:

(1)電纜中的4根數傳銅線間的絕緣電阻降低(如受潮、被水泡過、外皮破損等原因),引起線間有細微電流,用模擬萬用表測量線對間絕緣電阻,模擬表指針略有擺動,說明線間有阻值。

(2)在線纜兩端的鴛鴦插頭里各有兩塊接口電路板,電路內有兩個防雷擊和泄漏高壓靜電的陶瓷氣體放電管,當信號線與地之間沒有積聚高壓靜電時(小于230 V),陶瓷氣體放電管的a1、a2端與地d端之間的電阻極大,可認為是不通的,各信號線與地之間沒有任何電流。如果在采集鏈使用中,電纜的鴛鴦插頭被車壓或外力碰撞等,造成插頭有裂痕,并最終導致有水氣進入,從而使得電路板上的信號線焊點間、信號線焊點與插頭地線間絕緣電阻降低而漏電,從而導致該插頭內部通電時功耗增大。

排除方法:這類故障首先應詳細檢測線纜的外觀,如有破裂或明顯壓痕處極有可能為故障點所在部位;如若線纜無明顯外傷,則需借助CT400電纜測試儀進行故障點定位。用CT400測試儀測試定位時,要按下CT400測試按鈕,直到測試燈亮,綠燈亮時說明電纜沒有問題(PASS),紅燈亮時則說明電纜段有問題(FAIL),此時應對照信息顯示區域顯示的數字判定具體故障情況,然后進行電纜的更換或重新焊接。

2.2 傳輸故障

故障現象:儀器主機菜單窗口顯示排列中某一處線纜顏色為黃色,其它部分線纜顏色正常(為綠色),用儀器的checkline功能進行排查,確定非電源站所管理的數據道超限而引起的故障外,那么這類故障是最常見又是最難處理的。

故障分析:電纜上出現此類故障主要原因是電纜中兩對數傳線出現特性阻抗變化引起線路中的信號衰減或噪音變大而干擾信號傳輸所致。以下幾種情況都會引起電纜傳輸故障:

(1)電纜斷點沒連接好或斷點處為做好清潔處理,使連接處的阻抗變大;

(2)電纜斷點處進水受潮,數傳線間絕緣阻抗降低,引起數傳線間的串音干擾,導致信號數傳問題;

(3)電纜內部斷線,造成裸露線芯短接,使其數據傳輸時特性阻抗變大;

(4)電纜內部銅質芯線腐蝕,其表層阻值比中心大,而高頻交變信號具有趨膚效應,而在銅線表層阻值變大情況下引起信號傳輸問題。

(5)采集線纜上多個人為打結,引起電纜內部銅線嚴重形變,甚至導致銅線出現局部斷裂從而使其傳輸特性出現不均勻,引起線纜的衰減增大、回波損耗減小,從而影響數傳信號嚴重失真。

排除方法:首先是仔細查看電纜各段外觀,看是否有打包的斷點、明顯的外傷、電纜上有結等。如發現有斷點部位要重新處理,有外傷處要重新連接,有結要將結解開,并查看打結處電纜形變是否嚴重,是否需要將電纜截斷,重新連接。如沒有上述外觀現象,則用CT400測試逐一對電纜各段測試,確定故障點位置。

3 電纜使用、維修注意事項

為了在使用、維修中不改變線纜的電性特征,應注重做到:(1)電纜使用中嚴禁碾壓、拖拽、打結,過河溝、水渠時要注意架高采集鏈,防止進水受潮;(2)焊接斷線時,要進行排焊,使得各個焊點錯開,焊點盡可能小,減少焊點焊錫對電纜電氣特征的改變,同時應盡量減少對線對間原有絞距的改變;(3)焊接點處要加上熱縮管,并在破損處纏繞絕緣和防水膠帶,做好絕緣密封處理。

[1] 王文良.從428XL的推出看地震數據采集系統的新發展[J].物探裝備,2006,16(1)

[2] Sercel.428XL V3.0 user′s manual Vol.1.2008(資料)

[3] [美]佛羅贊(Forouzan,B.A.),吳時霖,等譯.數據通信與網絡[M].北京:機械工業出版社,2002

P631.4+3

B

1004-9134(2011)03-0093-02

肖紅艷,女,工程師,1998年畢業于江漢石油學院電子儀器及測量技術專業,現在勝利油田物探公司儀器管理中心工作,主要從事采集設備的維護管理及科研工作。郵編:257068

2010-12-23編輯梁保江)

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