428XL数传电缆特性分析及故障排除方法

肖红艳

(胜利油田物探公司仪器管理中心 山东东营)

428XL数传电缆特性分析及故障排除方法

肖红艳

(胜利油田物探公司仪器管理中心 山东东营)

针对在处理428XL数传电缆故障中的技术难题,文章从影响数据传输的电缆特性参数入手,分析故障原因,排除故障问题点,并对实际检修过程中出现的问题提出了建议,总结出一套日常监测与维修数传电缆的实践经验。

电缆;故障;数据传输

0 引 言

为了适应地震勘探发展的需要,法国SERCEL公司最新推出了428XL地震数据采集系统,该系统一如既往秉承了其地面采集电子设备采用LINK(采集链)的概念,将采集站和电缆合二为一的高效设计[1]。然而在系统带来体积小、质量轻、功能强等便利的同时,随着428XL采集设备的频繁施工,采集电缆的故障率也在逐年增高。但在维修过程中发现,个别电缆在测试仪上测试各项指标均正常,但连接在排列上,仪器主机上却显示数据传输有误,这成为制约电缆检修技术的难点,为此,我们从影响数据传输的电缆特性参数入手,分析故障原因,排除故障问题点,确保设备的完好率,从而为野外生产服务。

1 数传电缆特性分析

428XL仪器的采集链是由一个或多个数据采集单元FDU构成,FDU将检波器采集到的地震模拟信号转换成数字信号,进行初级滤波后交替地传送给电源站(LAUL)和交叉站(LAUX),这种数据和命令的上行下传都是通过连接单元站间的数传电缆完成的[2]。SERCEL公司生产的四个FDU采集链如图1所示。

图1 4个FDU的采集链示意图

428XL地震电缆内部有4芯绝缘铜质线缆,每个传输通道使用2根芯线,而“鬼对”技术将+24 V电源通过数传线传给排列上的采集站。电缆内部芯线绞和是采用了结构和加工稳定性较高的星绞结构,星绞结构是为了减少电缆线回路间串音的最佳结构。

串音是影响电缆传输的重要参数,串音的产生是由于在电缆芯线两回路间存在电磁耦合,当电磁波沿主串回路传输时,在其周围产生了电磁场,这个电磁场将在被串回路上产生感应电动势,并在回路中出现干扰电流,即电磁干扰[3],如图2所示。实线表示磁干扰,虚线表示电干扰。

图2 电缆线路中产生电磁干扰的示意图

串音表示能量从主串回路串入到被串回路时衰减的程度,在数值上用主串回路的发送功率与串到被串回路中的干扰功率之比的对数来表示,它属于二次参数。数传电缆的二次参数还有特性阻抗、衰减等。

特性阻抗是电磁波沿均匀电缆线路而没有反射时所遇到的阻抗[3]。

串音、特性阻抗、衰减等二次参数通过对传输信号的抑制体现在电缆内线芯的一次参数电感和电容值上,从而决定电缆对传输信号的抑制程度,而电缆电感、电容值与芯线的直径,圆扁均匀程度,及各芯线间距有关。在电缆使用过程中,线缆的反复收放、拉拽、挤压,造成芯线间的间距、线缆扭矩、直径发生变化,而导致电缆传输信号衰减值增大,进而造成野外排列上的感应其它地震道及排列不通畅等现象。

2 典型故障分析及处理

2.1 线缆感应故障

故障现象:在仪器主机显示界面上显示排列在某一采集链后,与该采集链共用一个电源站的一段采集链及其之后的所有采集链在仪器主机上都看不见,且电源站显示为黄色,若更换掉该采集链,仪器上则显示排列正常,对该采集链进行室内TMS测试仪测试,显示看不见或显示电缆和站的功耗超标。

故障分析:采集链电缆功耗超标,实质是电缆内部线间绝缘电阻降低,导致信号衰减增大。在高频状态下,线间绝缘电阻减少,导致线间产生串扰,影响通过这一采集链的一段排列的正常信号传输,从而导致仪器主机看不见该段排列。导致电缆功耗大的原因主要有:

(1)电缆中的4根数传铜线间的绝缘电阻降低(如受潮、被水泡过、外皮破损等原因),引起线间有细微电流,用模拟万用表测量线对间绝缘电阻,模拟表指针略有摆动,说明线间有阻值。

(2)在线缆两端的鸳鸯插头里各有两块接口电路板,电路内有两个防雷击和泄漏高压静电的陶瓷气体放电管,当信号线与地之间没有积聚高压静电时(小于230 V),陶瓷气体放电管的a1、a2端与地d端之间的电阻极大,可认为是不通的,各信号线与地之间没有任何电流。如果在采集链使用中,电缆的鸳鸯插头被车压或外力碰撞等,造成插头有裂痕,并最终导致有水气进入,从而使得电路板上的信号线焊点间、信号线焊点与插头地线间绝缘电阻降低而漏电,从而导致该插头内部通电时功耗增大。

排除方法:这类故障首先应详细检测线缆的外观,如有破裂或明显压痕处极有可能为故障点所在部位;如若线缆无明显外伤,则需借助CT400电缆测试仪进行故障点定位。用CT400测试仪测试定位时,要按下CT400测试按钮,直到测试灯亮,绿灯亮时说明电缆没有问题(PASS),红灯亮时则说明电缆段有问题(FAIL),此时应对照信息显示区域显示的数字判定具体故障情况,然后进行电缆的更换或重新焊接。

2.2 传输故障

故障现象:仪器主机菜单窗口显示排列中某一处线缆颜色为黄色,其它部分线缆颜色正常(为绿色),用仪器的checkline功能进行排查,确定非电源站所管理的数据道超限而引起的故障外,那么这类故障是最常见又是最难处理的。

故障分析:电缆上出现此类故障主要原因是电缆中两对数传线出现特性阻抗变化引起线路中的信号衰减或噪音变大而干扰信号传输所致。以下几种情况都会引起电缆传输故障:

(1)电缆断点没连接好或断点处为做好清洁处理,使连接处的阻抗变大;

(2)电缆断点处进水受潮,数传线间绝缘阻抗降低,引起数传线间的串音干扰,导致信号数传问题;

(3)电缆内部断线,造成裸露线芯短接,使其数据传输时特性阻抗变大;

(4)电缆内部铜质芯线腐蚀,其表层阻值比中心大,而高频交变信号具有趋肤效应,而在铜线表层阻值变大情况下引起信号传输问题。

(5)采集线缆上多个人为打结,引起电缆内部铜线严重形变,甚至导致铜线出现局部断裂从而使其传输特性出现不均匀,引起线缆的衰减增大、回波损耗减小,从而影响数传信号严重失真。

排除方法:首先是仔细查看电缆各段外观,看是否有打包的断点、明显的外伤、电缆上有结等。如发现有断点部位要重新处理,有外伤处要重新连接,有结要将结解开,并查看打结处电缆形变是否严重,是否需要将电缆截断,重新连接。如没有上述外观现象,则用CT400测试逐一对电缆各段测试,确定故障点位置。

3 电缆使用、维修注意事项

为了在使用、维修中不改变线缆的电性特征,应注重做到:(1)电缆使用中严禁碾压、拖拽、打结,过河沟、水渠时要注意架高采集链,防止进水受潮;(2)焊接断线时,要进行排焊,使得各个焊点错开,焊点尽可能小,减少焊点焊锡对电缆电气特征的改变,同时应尽量减少对线对间原有绞距的改变;(3)焊接点处要加上热缩管,并在破损处缠绕绝缘和防水胶带,做好绝缘密封处理。

[1] 王文良.从428XL的推出看地震数据采集系统的新发展[J].物探装备,2006,16(1)

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

[3] [美]佛罗赞(Forouzan,B.A.),吴时霖,等译.数据通信与网络[M].北京:机械工业出版社,2002

P631.4+3

B

1004-9134(2011)03-0093-02

肖红艳,女,工程师,1998年毕业于江汉石油学院电子仪器及测量技术专业,现在胜利油田物探公司仪器管理中心工作,主要从事采集设备的维护管理及科研工作。邮编:257068

2010-12-23编辑梁保江)

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