408、428采集站接地的改進

趙國輝 葉葦（中國石油川慶鉆探公司物探公司一分公司，四川 南充 637000）

（地震數(shù)據(jù)采集器折疊直插式接地樁）

408、428采集站接地的改進

趙國輝 葉葦（中國石油川慶鉆探公司物探公司一分公司，四川 南充 637000）

（地震數(shù)據(jù)采集器折疊直插式接地樁）

隨著電子技術的發(fā)展,用于地震勘探的采集設備的接收道數(shù)越來越多,對野外采集資料越來越高，地震儀器采集系統(tǒng)的雷電防護和天地之間的電磁感應也顯得日益重要。通過對現(xiàn)代電子設備系統(tǒng)綜合防雷技術和地震勘探采集設備施工特點的分析,地震儀器采集系統(tǒng)在防雷措施方面存在的問題,提出了一些改進的建議及措施。

目前我們公司地震勘探儀器的帶道能力也由原來的十幾道擴展到現(xiàn)在的上千，上萬道;而我們的地震勘探區(qū)域也遍布四川的山地、叢林、和新疆內(nèi)蒙的等平原高山地區(qū)。以微電子技術為基礎的采集設備因其集成度高、工作電壓低、運算速度快,而使其耐過電壓、過電流和抗雷電(電磁脈沖)的能力差,極易遭受雷電的危害,。且雷電電磁脈沖嚴重影響了野外地震資料和采集設備的安全。

2016年第一采集工程隊，在長寧項目施工中，雷擊就造成多個FDU采集站損壞。因此,雷電電磁脈沖的防范已成為地震勘探中需要解決的一個問題。

雷電防護雷電壓;408XL;428XL;采集站;FDU;接地接地樁;地震資料采集器;折疊直插

1 自然界的雷電及對地震儀器的影響

雷電分為兩種:直擊雷及感應雷。

(1)直擊雷產(chǎn)生的電壓稱為直擊雷過電壓,也稱之為傳導過電壓。架空線路直接遭受雷擊后,高壓沖擊波形成的過電壓沿線路傳播損壞設備稱為傳導過電壓。傳導過電壓會導致設備與大地間的絕緣損壞。

(2)感應雷產(chǎn)生的電壓稱為感應過電壓或稱為雷電電磁脈沖。由于雷電是高頻脈沖電流,雷擊點附近的線路由于電磁感應會產(chǎn)生脈沖浪涌。脈沖浪涌通過線路侵入設備系統(tǒng),會造成設備失靈或永久性損壞。此外,雷電流流入大地時,由于存在散流電阻,該區(qū)域不同地點會有不同的電位,即使在很短的距離內(nèi),都會產(chǎn)生電位差,這在低壓配電裝置中也會產(chǎn)生過電壓。

目前用于石油勘探領域的地震勘探的采集設備,在野外進行二維施工時所連接的地震電纜長度可達6～12km,而在三維施工時鋪設的電纜覆蓋面積在10～20km 2,總長度達50多公里。這樣的電纜長度就使得地震電纜成為拾取空間各種電磁干擾和電磁感應的良好天線。同時由于地震勘探施工地區(qū)較為復雜(如森林、平原、山地),因此極易遭受雷電襲擊。

2 現(xiàn)代儀器設備防雷技術與改進方法

現(xiàn)在的野外地震采集的設備都是集成化、小型化。而這樣的結果是導致各種電子設備的耐過壓、耐過流和抗雷電電磁脈沖的能力大大降低。另一方面,在野外生產(chǎn)中,我們的采集設備十分龐大,就像一個天網(wǎng),這也增加了其受雷擊的幾率。

川慶物探公司使用的是法國Sercel公司400系列有線遙測地震儀器采集系統(tǒng),因為其體積小、重量輕、功耗低,所以非常適合于復雜的野外地震資料采集施工。目前我們公司使用的408和428采集站設備防雷設計，主要采用傳統(tǒng)的三級陶瓷氣體放電管進行泄放雷電流(見圖1),由圖1可以看出,在檢波器的輸入端和每對傳輸電纜的輸入端接有氣體放電管。氣體放電管的地通過采集站的印刷板地與安裝不銹鋼板相接,而安裝的板與塑料外殼上的不銹鋼卡子和螺釘相聯(lián),當采集站直立放置時,螺釘與大地相聯(lián)。當采集設備遭到雷擊,雷電壓超過氣體放電管放電電壓時,氣體放電管通過地瞬間導通,起到避雷作用。

圖1 采集設備防雷設計

該設計也有其優(yōu)缺點。

（1）優(yōu)點:結構簡單,占有空間較小。

（2）缺點:1）FDU接地螺釘接地不良。由于采集站上部是檢波器插座,在使用時,當插上檢波器插頭后,在高處的插頭以及線的重量使得排列上的采集站大部分呈側向放置,因此卡子和螺釘接地不良或未能接地。顯然在遇到雷電襲擊時放電管起不到應有的作用,強大的雷電流直接擊毀采集設備輸入接口及電源電路。

2）當采集電纜通過強磁場區(qū)域(如高壓變電站)時造成串感,直接影響采集資料的品質(zhì)

采集設備合理的接地,增加采集站與大地接觸面,降低接地電阻,增大放電管泄放電流。

從現(xiàn)有設計接地金屬片看，如圖：

從原有的設計布局看，采集站接地片靠地面擺放，接地面積約大，而當采集站一般側面倒置，加上地表是顆粒狀石子或泥土，這樣接地點更不好或沒接觸到地。特別是在北方地面干燥，使得采集站接地更加虛弱，即使釋放靜電也不可能，在平原大壩一旦有雷電，很容易造成采集站損壞。

3 改進方案與原理

針對目前采集站的接地卡子和野外施工特點，設計一種全新的接地樁，即地震數(shù)據(jù)采集器折疊直插式接地樁。如圖：

圖3 補充每個編號的作用

在聯(lián)結板（5）的一端設有銷套（2），一插板（1）的一端通過一銷（3）與聯(lián)結板的銷套端連接，聯(lián)結板的近銷套端兩側設有采集器端部固定槽（4），聯(lián)結板的另一端兩側設有與插板寬度相對應的插板折疊固定槽（8），聯(lián)結板的近插板折疊固定槽處設有一孔，一螺釘（6）通過孔固定采集器鐵皮（7）。

圖4 金屬片的三視設計圖

根據(jù)地面情況可改變插地金屬片長度圖，固定金屬片長度不變。

為了克服現(xiàn)有的（408、428）采集站接地不充分，以及（408、428）在野外使用時，面對陽光直射殼體內(nèi)部溫度不斷上升，對電子元件的性能造成不穩(wěn)定，本實用新型折疊直插地式接地樁，是在不改變原來結構的情況下，安裝在原來的接地螺絲上。加裝了折疊直插地式接地樁后，能夠讓（408、428）采集站直接接觸到地面以下導電好的濕潤土壤里面。其次再與地接觸充分后，對（408、428）采集站殼體內(nèi)部的溫度有更好的散熱作用。因為殼體內(nèi)部空間內(nèi)的空氣通過內(nèi)部金屬接地螺釘，能夠很快地通過接地金屬片對大地散熱，另外，再將折疊直插式接地樁在插入地面后，可以與（408、428）采集站殼體面形成一定的夾角，這樣在（408、428）采集站殼體與地面之間就有了空氣流動，也促使快速采集站的散熱作用。

如在遇到石頭或者水泥不容易插入的地面時，可將泥土用水濕潤與地面堆成小堆并夯實泥土，再將接地端插入。這樣（408、428）采集站通過原來的接地金屬片與折疊直插式接地樁金屬片相連及就與大地緊密接觸，從而達到與大地實際真實的接觸了。其次，才插入地面以下后，可以刻意留出（408、428）采集站殼體與地面2-3厘米距離，當陽光直射到（408、428）采集站時，面對陽光的一面為檢波器接口的塑料一面，而接地的金屬片是永遠朝下，就背對陽光的直射的一面，當殼體內(nèi)部溫度上升后，內(nèi)部溫度通過采集站內(nèi)部接地金屬片的傳導作用，把（408、428）殼體內(nèi)部熱能傳導到殼體外面金屬片上，達到散熱第一步。第二如果殼體與地面有一定的夾角，這樣勢必在采集站殼體與地面就形成了一定的空隙，在外空隙之間就有空氣流動，從而也達到了帶走金屬片上的熱量作用，達到對采集站降溫效果。也就有效的保護了（408、428）采集站電子元件殼體內(nèi)部工作穩(wěn)定效果。

當雷電脈沖作用到采集站上時，也就通過了接地金屬片對大地卸流的作用，從而保護了（408、428）設備。折疊直插式接地樁設計可以隨施工地區(qū)地面干燥的泥土深度不一，也可以將折疊直插式接地樁的接地端金屬片適當加長到120mm左右，而不超出采集站殼體接線板長度即可。這樣接地金屬片就有效地與地面以下濕潤的泥土接觸，從而到達與大地接觸良好的效果。

4 效果

本實用新型折疊直插式接地樁達到的效果：一是解決了（408、428）采集站在地面干燥，地區(qū)和多雷電地區(qū)進行野外施工時對地接觸不良的問題；二是解決了（408、428）采集站在野外陽光直射的情況下，殼體內(nèi)部溫度散熱問題，從而起到保護電子原件的作用；三是安裝方便（即不改動原采集站的設計要求），不影響拆卸維修采集站，即可以在408上面使用，又可以428上面使用；四是在野外施工中具有能重復使用、方便快捷、收放自如等特點。

[1]物探裝備2期《淺談408XL儀器采集系統(tǒng)的雷電防護》張留爭2005.6

[2]增加一段第一作者簡介（姓名，畢業(yè)學校及時間，目前從事的工作及典型工作業(yè)績）

趙國輝，1997年7月,畢業(yè)于西南石油學院機械制造工藝與設備專業(yè)，現(xiàn)從事川慶物探公司第一采集工程隊隊長，工程師。