一種具有儲能裝置的海洋地震勘探拖纜供電系統的制作方法

本發明涉及海洋地震勘探設備的技術領域，具體涉及一種具有儲能裝置的海洋地震勘探拖纜供電系統。

背景技術：

海洋地震勘探拖纜是海洋地震勘探設備的重要組成部分，其主要用于采集并傳輸海洋地震勘探作業中人工激發地震產生的水聲信號。受限于海洋拖纜的機械強度以及物探船的拖拽能力，勘探作業中，拖纜只能懸浮于淺層海水中，為了勘探更深的海底地層結構，海洋地震勘探設備需要裝備盡可能長的拖纜展開作業任務。

長纜供電能力是限制海洋地震勘探拖纜作業長度的主要因素之一。多年以來，海洋地震勘探行業使用的拖纜供電模式是：將船上的高壓直流電源直接接入拖纜，拖纜中的所有節點同時作為電源負載掛在拖纜電源線上，拖纜各節點完全依賴船上供電進行勘探作業。例如，Sercel公司的SEAL428系統和中國海洋石油總公司的“海亮”系統。雖然上述拖纜直接供電模式簡便易行，但是隨著拖纜節點個數的增加，供電距離的增長，拖纜中供電線路的線損以及前級各節點電子學設備的功耗會使得拖纜尾部節點得不到有效供電，這極大的限制了海洋地震勘探作業中拖纜的工作長度，進而限制了該型海洋地震勘探設備對海底地層勘探的深度。

本發明要解決的是海洋地震勘探拖纜的遠距離供電問題。為了解決海洋地震勘探拖纜的遠距離供電問題，需要改變原有的直接供電模式，在拖纜中構建一套具有儲能裝置的海洋地震勘探拖纜供電系統。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題在于為海洋地震勘探拖纜提供一種遠距離供電系統，提高海洋地震勘探拖纜在長距離作業條件下拖纜中各節點的供電能力。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種具有儲能裝置的海洋地震勘探拖纜供電系統，為拖纜中各個節點提供長時間穩定直流供電，包括：

船上電源模塊，用于產生支持整條勘探拖纜正常工作的高壓直流電源，直接為拖纜中的電源線提供源源不斷的電力。

拖纜電源線，用于將船上電源模塊產生的電力分散到拖纜中的各個節點。

供電控制總線，為各節點的節點供電控制模塊提供供電狀態上傳以及供電控制命令接收的總線通路。

船上供電控制模塊，用于接收拖纜通過供電控制總線上傳的各節點的供電信息，經過對拖纜中各節點的總體狀態的綜合判斷，再通過供電控制總線向各節點的節點供電控制模塊下達供電控制命令。

節點供電控制模塊，用于實時監控本節點供電模式、功耗大小以及該節點儲能裝置的電能狀態，通過供電控制總線周期性的向船上供電控制模塊上傳本節點的上述信息。接收船上供電控制模塊對本節點下達的供電控制命令，控制本節點的供電模式。

儲能裝置，在節點的自供給模式中，本節點完全斷開與拖纜電源線的連接，節點中各電子器件的工作電能完全由儲能裝置提供。在節點的充電模式中，儲能裝置用于接收并存儲拖纜電源線中的電能，以備該節點在自供給模式中使用。

進一步，所述節點供電控制模塊包括：

低功耗單片機，用來實時監測并發送儲能裝置電能狀態，接收船上節點供電控制模塊下達的供電控制命令，控制節點掛載開關和漏電保護開關的通斷。

節點掛載開關，直接由低功耗單片機控制，控制本級節點是否掛載在拖纜電源線上，對船上電源模塊輸出的高壓直流電源進行低壓變換，實時檢測本節點的供電狀態并向低功耗單片機匯報。拖纜電源線與節點掛載開關直接相連。

漏電保護開關，直接由低功耗單片機控制，控制本節點中的儲能裝置與數字包的供電通路，實時檢測本節點的儲能裝置狀態并向低功耗單片機匯報。通常情況下處于閉合狀態，只有當儲能裝置存在漏電危險或者輸出異常，可能損害數字包中電子元件時才由單片機控制斷開連接。

數字包是拖纜中各節點的主要工作部門，用來完成對地震信號的采集與整理工作，是拖纜供電系統服務的對象，不屬于拖纜供電系統。

本發明中，拖纜中的各個節點有三種供電模式：自供給模式、充電模式和異常模式。各模式間的切換依賴船上供電控制模塊下達命令，由節點供電控制模塊中的低功耗單片機直接控制。

自供給模式，節點掛載開關斷開，漏電保護開關閉合，本節點的工作能源完全依賴該節點的儲能裝置，其節點供電控制模塊實時監控并周期上傳儲能裝置的能量狀態，隨時監聽供電控制總線中的供電控制命令。

充電模式，節點掛載開關閉合，漏電保護開關閉合，節點的工作能源在由船上電源模塊通過拖纜電源線提供，同時對儲能裝置進行充電操作，其節點供電控制模塊實時監控并周期上傳儲能裝置的能量狀態，隨時監聽供電控制總線中的供電控制命令。

異常模式，節點掛載開關閉合，漏電保護開關斷開，節點的工作能源在由船上電源模塊通過拖纜電源線提供，此時不對儲能裝置進行充電操作。該模式僅在該節點的儲能裝置出現異常，為保護節點中的其他元件，按照供電控制命令進入。

船上供電控制模塊在整個供電系統中起到了控制中樞的作用，該模塊通過不間斷分析拖纜中各個節點上傳的供電狀態，結合船上電源模塊的帶負載能力，周期性做出選判，命令部分節點切換供電模式，使得整條拖纜在勘探作業過程中，始終保持一部分節點處在自供給模式，另一部分節點處在充電模式的動態平衡中。

船上電源模塊，在同一時刻，只需要為拖纜中的部分節點提供電力支持，就能保證整條海洋地震勘探拖纜的正常工作。

本發明與現有技術相比的優點在于：

(1)不同于以往的拖纜直接供電模式，本發明在海洋地震勘探拖纜中加入儲能裝置和節點供電控制模塊，使得拖纜在勘探作業中，每個節點都有能力，在一定的時間內，斷開與船上電源模塊的連接，僅依靠本節點的儲能裝置提供的電能完成作業任務。

(2)此外，船上供電控制模塊對于拖纜各節點供電模式的控制，可以使整條拖纜處于，船上供電電源在同一時刻僅需為拖纜中部分節點直接供電就能維持所有節點工作的動態平衡中。

(3)對比以往的海洋勘探拖纜直接供電模式，本發明使得相同的船上供電電源可以為更長的拖纜提供電能，解決了海洋地震勘探拖纜的遠距離供電的問題。

附圖說明

圖1為本發明一種具有儲能裝置的海洋地震勘探拖纜供電系統結構原理示意圖；

圖1中附圖標記含義為：1代表船上電源模塊，2代表船上供電控制模塊，3代表單個拖纜節點，31代表拖纜節點中的數字包(是拖纜供電系統服務的對象，不屬于拖纜供電系統)，32代表拖纜節點中的儲能裝置，33代表拖纜節點中的節點供電控制模塊，331代表節點供電控制模塊中的低功耗單片機，332代表節點供電控制模塊中的節點掛載開關，333代表節點供電控制模塊中的漏電保護開關，4代表拖纜電源線，5代表供電控制總線。

具體實施方式

下面結合附圖以及具體實施方式進一步說明本發明。

如圖1所示，本發明包括船上電源模塊1、船上供電控制模塊2、儲能裝置32、節點供電控制模塊33、拖纜電源線4與供電控制總線5。其中，船上電源模塊1用于產生支持整條勘探拖纜正常工作的高壓直流電源，船上供電控制模塊2用于接收拖纜各節點供電狀態信息并下達供電控制命令，儲能裝置32用于存儲本節點自供給的電能，節點供電控制模塊33用于實時監控并上傳本節點供電狀態與接收并執行供電控制命令，拖纜電源線4用于傳輸穩定的高壓直流電源，供電控制總線5用于提供上傳節點供電狀態信息與下達供電控制命令的通路。

船上電源模塊1通過拖纜電源線4為拖纜的各個節點3輸送電力。

節點供電控制模塊33中的節點掛載開關332首先接收到船上電源模塊1通過拖纜電源線4輸出的高壓直流電源，節點掛載開關332的斷開或者閉合由低功耗單片機331直接控制。當節點掛載開關332斷開時，節點供電控制模塊33需要實時監測節點3的供電狀態并通過向低功耗單片機331周期發送。當節點掛載開關332閉合時，節點供電控制模塊33除了要完成上述功能，還需要對船上電源模塊1輸出的高壓直流電源進行低壓變換，以供給數字包31和儲能裝置32使用。

漏電保護開關333由低功耗單片機331直接控制，負責控制儲能裝置32與數字包31間供電通路的通斷，以及監測儲能裝置32的能量狀態并向低功耗單片機331匯報。漏電保護開關333在正常情況下處于長閉狀態，只有當低功耗單片機331發現儲能裝置32異常可能會損害數字包31時才控制其斷開。

船上供電控制模塊2作為整條拖纜供電的控制中樞，通過供電控制總線5接收各節點供電狀態信息與下達供電控制命令。

當船上供電控制模塊2發現拖纜中的某個節點3的儲能裝置32的能量不足時，船上供電控制模塊2可以通過供電控制總線5向該節點3下達接入拖纜電源線4的命令。該節點3的節點供電控制模塊33中的低功耗單片機331收到命令后，控制節點掛載開關332閉合，使數字包31接受拖纜電源線4的供電，同時讓儲能裝置32開始充電。

當船上供電控制模塊2通過實時分析各節點上傳的供電狀態發現拖纜中的某個節點3的儲能裝置32的能量已充滿或者未滿但非常充足不需要充電時，船上供電控制模塊2可以通過供電控制總線5向該節點3下達斷開與拖纜電源線4連接的命令。該節點3的節點供電控制模塊33的低功耗單片機331收到命令后，控制節點掛載開關332斷開。該節點3的數字包31接受儲能裝置32的供電繼續工作。

本發明中的儲能裝置32可以使用鋰電池、鎳氫電池、鉛酸蓄電池、磷酸鐵鋰電池等。

在海洋地震勘探作業中，拖纜依賴船上供電控制模塊2與節點供電控制模塊33的供電控制，使整條拖纜處在充電和放電的動態平衡中，通過在同一時刻對拖纜中部分節點的供電實現整條拖纜的正常供電。

綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍，因此凡本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。