Seal428 海洋地震采集儀器電纜故障排除方法研究

劉建軍

中海油服物探事業(yè)部 天津 300452

Seal428 海上采集系統(tǒng)是由法國Sercel 公司設(shè)計(jì)并研發(fā)的，該系統(tǒng)功能強(qiáng)大，運(yùn)行穩(wěn)定，是現(xiàn)階段海洋地震數(shù)據(jù)采集的主流設(shè)備[1]。Seal428 海上采集系統(tǒng)主要由船上設(shè)備及水下設(shè)備組成，其中船上設(shè)備包括儀器主機(jī)、接口單元、甲板設(shè)備和外圍設(shè)備等，水下設(shè)備主要包括電纜、水聽器等[2]。以下主要對其硬件構(gòu)成、加電原理和常見故障進(jìn)行論述，為高質(zhì)量地震數(shù)據(jù)采集提供保障。

1 Seal 系統(tǒng)電纜硬件概述

與Seal408 相比，Seal428 在DCXU、HAU（或HAPU）、LAUM 和TAPU 方面做出了一定的改進(jìn)，降低了電纜故障的出現(xiàn)幾率。

（1） DCXU- 428 部分。DCXU- 428 將Seal408 的DCXU、PWM 和PWMC 集成在一起。DCXU 是連接水下設(shè)備和儀器房設(shè)備的接口單元，同時(shí)生成365V 直流高壓并控制高壓電的傳輸，傳輸給后面的頭包HAU 和數(shù)字包LAUM。DCXU428 改變了原來左右口傳輸?shù)姆绞?，?shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)傳輸（網(wǎng)線接口），傳輸速度為100Mpbs。

（2）HAU- 428 部分。HAU- 428 體積縮小，內(nèi)部添加了冷卻膠，增加了溫度測量功能。其內(nèi)部還增加了高壓冗余開關(guān)，當(dāng)DCXU428 與HAU428 之間出現(xiàn)一路高壓漏電時(shí)，可以在HAU428 利用高壓冗余實(shí)現(xiàn)HAU428 后面設(shè)備的雙路高壓供電。

（3）數(shù)字包LAUM- 42 及尾包TAPU- 428 部分。相比原來的數(shù)字包LAUM，LAUM428 縮短了長度，在其內(nèi)部增加了冷卻膠，并對旁路的傳輸線設(shè)置了通斷開關(guān)。

2 Seal 系統(tǒng)電纜加電原理

2.1 高壓電傳輸

高壓電的傳輸示意圖如圖1 所示，365VDC 高壓由儀器房的DCXU- 428 生成，然后傳輸給頭包HAU428、數(shù)字包LAUM428 和尾包TAPU。每個(gè)DCXU、LAUM、TAPU 內(nèi)部都有一個(gè)獨(dú)立的高壓電控制開關(guān)，通過測試連接在其后面負(fù)載的電阻值大小來決定是否給后面的電纜供電。如果電纜某部分?jǐn)嚅_或有電纜漏電的現(xiàn)象，則不會(huì)給后面的電纜供電[3]。

圖1 高壓電的傳輸示意圖

保證電纜正常工作的兩個(gè)必要條件：其一，DCXU- 428 提供的高壓電能正常傳輸?shù)狡涔芾淼拿恳粋€(gè)頭包、數(shù)字包和尾包；其二，電纜中的數(shù)據(jù)傳輸線必須工作正常。電纜在正常遠(yuǎn)程控制Remote 模式下，打開DCXU 供電箱體電源開關(guān)，HV ON、HV1 ON、HV2 ON 后，在jPWM 窗口點(diǎn)擊HV ON，高壓電只傳輸?shù)筋^包HAU428，而不再往下傳送。當(dāng)點(diǎn)Streamer On 后，數(shù)字包自動(dòng)往后面的數(shù)字包提供高壓，同時(shí)給FDU2F 供電。

2.2 傳輸線的連接

Seal428 的布線方式與陸地408XL 相近。圖2（a）所示是陸地408XL 的布線方式，高低端從儀器車的前后分布開來。但是作為海上勘探（圖2b），布線只能從一邊展開，所有Seal428 的布線中相當(dāng)于將陸地408XL 前部的高端High side 也分布到左邊。在數(shù)字包內(nèi)使用了交叉?zhèn)鬏敚以谖舶黅APU 的位置形成回路，以備其中一路故障時(shí)形成傳輸冗余。

圖2 陸地408XL 的布線方式（a）、海上Seal428 的布線方式（b）

電纜內(nèi)傳輸線連接示意圖如圖3 所示，傳輸線的+/ - 24VDC 電由管理其數(shù)據(jù)傳輸?shù)腖AUM428 提供。每條纜均有兩對數(shù)據(jù)傳輸線，但在數(shù)字包內(nèi)部其中一路傳輸線為旁路（及在該數(shù)字包內(nèi)位直通線）。FDU2F 能否正常顯示或工作的條件包括：365VDC 高壓電是能正常傳輸?shù)焦芾砥鋽?shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)字包LAUM428；傳輸線之間連接良好。

圖3 電纜內(nèi)傳輸線連接示意圖

2.3 采集單元的管理模式

電纜內(nèi)的采集單元是通過DCXU、LAUM 和TAPU來控制的。每兩個(gè)LAU（DCXU、LAUM、TAPU）之間的傳輸線稱為一個(gè)segment。所有數(shù)據(jù)通過沿電纜的每一個(gè)Segment 單元進(jìn)行管理。在沒有設(shè)置數(shù)據(jù)回路（也就是不插旗）的情況下，每個(gè)數(shù)字包LAUM 均有Master 和Slave 兩個(gè)作用。DCXU 可以看作一個(gè)Master- Master 單元，而TAPU 可以看作一個(gè)Slave- Slave 單元。Master 和Slave 有著不同的作用。Master 的主要功能是為其管理的FDU 提供+/ - 24VDC 電，給其管理的FDU 發(fā)布命令，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集或者設(shè)備測試。Slave 的主要功能是從FDU中收集數(shù)據(jù)、收集FDU 的狀態(tài)信息、數(shù)據(jù)濾波、數(shù)據(jù)打包、計(jì)算測試結(jié)果，并將數(shù)據(jù)包發(fā)送給服務(wù)器Server 或CMXL。

2.4 手動(dòng)加電模式

Remote 狀態(tài)下，電纜在無任何故障時(shí)手動(dòng)加電模式如下：

（1）在jConfig 窗口選擇OnLine，打開DCXU 電源開關(guān)后，在jStreamer 窗口中可以看到DCXU。

（2）HV On，DCXU 內(nèi)部產(chǎn)生365VDC 高壓電，但不往后傳輸。

（3）在jPWM 窗口中，選擇HV1 On（或HV2 On或HV1&HV2 On），高壓傳輸?shù)筋^包HAU428，但不會(huì)再往后傳輸，此時(shí)HAU 未能顯示。

（4）右鍵單擊DCXU 選擇“Enable high Port”，高端的HAU 將顯示出來；再右鍵單擊DCXU 選擇“Enable low Port”，低端的HAU 將顯示出來。此時(shí)兩端的HAU均顯示出來。

（5） 在jStreamer 窗口，右鍵單擊HAU428 選擇“Enable High Port”且選擇“Enable All Channels”，此時(shí)高端segment1 全部顯示出來，但是LAUM 1# 未顯示。右鍵單擊HAU428 選擇“Enable low Port”且選擇“Enable All Channels”，此時(shí)高端segment2 全部顯示出來，但是LAUM2# 未顯示。

（6） 仍然是 右 鍵，單 擊HAU428 選擇“Enable HV1”，此時(shí)LAUM 1# 顯示出來，但是LAUM 2# 仍未顯示。

（7）只有單擊LAUM1# ，然后選擇“Enable High voltage”，此時(shí)LAUM2# 才能顯示出來。

3 Seal 系統(tǒng)電纜常見故障分析

3.1 數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤

數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤的常見報(bào)警信息有以下三種：

（1）Warning CRC error（CRC 錯(cuò)誤報(bào)警）。這種情況是由采集過程中的數(shù)據(jù)幀受到干擾而引起的，主要原因可能是兩個(gè)FDU2F 之間的連線松動(dòng)或傳輸線漏電導(dǎo)致的；

（2）Acquisition error（采集錯(cuò)誤），一般表現(xiàn)為電纜中的一部分或幾部分沒有響應(yīng)，主要由數(shù)字包或某一段電纜引起；

（3）Boxes not responding (箱體不響應(yīng))，表現(xiàn)為一個(gè)或者多個(gè)箱體不能及時(shí)響應(yīng)，一般出現(xiàn)于采集錯(cuò)誤信息后[4]。

3.2 電纜掉電

電纜掉電的主要原因有兩種：

（1）漏電。如果DCXU428 偵探到的漏電電流超過30mA，將自動(dòng)切斷此纜的高壓電源。漏電的原因可能是高壓漏電，也可能是低壓漏電。如果是高壓線引起的漏電，可以將漏電范圍縮小到5 段電纜內(nèi)；如果是傳輸線（低壓）引起的漏電，一般是由于兩個(gè)包之間的10 段電纜引起過載。

（2） 如果DCXU- 428 偵測到的工作電流大于1.7A，且持續(xù)時(shí)間大于100ms，將發(fā)錯(cuò)報(bào)警并切斷高壓電源，這種情況一般由DCXU428 或水下的數(shù)字包LAUM和尾包TAPU 引起的。

4 Seal 系統(tǒng)電纜故障排查方法

在jStreamer 窗口的Instrument 界面中：FDU2F 能顯示出來的必要條件包括：為此FDU2F 提供+/ - 24VDC 電的數(shù)字包（也就是Master）必須已接受到365VDC 高壓電；數(shù)字包與FDU2F 之間或FDU 與FDU之間的通訊線連接正常。

數(shù)字包能正常顯示出來的必要條件包括：能接受到上一個(gè)數(shù)字包提供的365V 高壓電；該數(shù)字包的Slave 端能接收到其管理的上一個(gè)FDU2F 提供的+/ - 24VDC 低壓電的觸發(fā)。

4.1 傳輸錯(cuò)誤導(dǎo)致電纜其中一部分不采集

如果是由于傳輸錯(cuò)誤導(dǎo)致的電纜其中一部分不采集，那么問題肯定是出在不采集部分兩個(gè)數(shù)字包LAUM 之間（包括數(shù)字包LAUM），此時(shí)只需排查不采集部分的故障。通常來說，這種情況可能是由作為Master 的數(shù)字包引起，也可能是由作為Slave 的數(shù)字包引起，還可能是電纜內(nèi)的傳輸線出現(xiàn)的故障。

4.2 Segment3 不能正常采集

傳輸線布線方式如圖4 所示，如果Segment3 不能正常采集，可以在LAUM1# 與其后緊鄰的FDU2F 之間插旗，這樣LAUM3# 就既充當(dāng)了Segment3 數(shù)據(jù)采集的Master 單元也作為了Slave 單元。此時(shí)如果采集恢復(fù)正常，說明問題出在LAUM1# ；如果問題仍然存在，則取消LAUM1# 的旗，在LAUM3# 與其前面緊鄰的一個(gè)FDU2F 之間插旗，這樣LAUM1# 就既充當(dāng)了Segment3 數(shù)據(jù)采集的Master 單元也作為了Slave 單元，如果采集恢復(fù)正常，說明問題出在LAUM3# 上。如果問題仍然存在，說明問題出在電纜上，可以通過顯示部分FDU2F 來查處傳輸線的故障位置。

圖4 傳輸線布線方式示意圖

4.3 漏電或者過載導(dǎo)致電纜掉電

如果是由于漏電或者過載引起的電纜掉電，則從前到后逐步排查各個(gè)部分，具體步驟如下：

（1）在jStreamer 窗口的Instrument 界面中，右鍵單擊DCXU，點(diǎn)擊Stop acquisition，停止這條纜的采集（在非作業(yè)過程中，停止監(jiān)聽狀態(tài)即可）。

（2） 右鍵單擊DCXU，在彈出的對話框中點(diǎn)擊“Streamer OFF”給電纜卸電。

（3）在JPWM 窗口中對應(yīng)此纜的位置選擇disable HV1，disable HV2，HV OFF。

（4）選擇“Set Manual Voltage mode”，右鍵單擊DCXU，在彈出的對話框中點(diǎn)擊“Properties”確認(rèn)電纜是否已經(jīng)設(shè)置為手動(dòng)加電模式，此時(shí)只有DCXU428 顯示出來。

（5）在jPWM 窗口，選擇HV1 Enable，然后HV ON。這時(shí)高壓電傳輸至頭包HAU428，但不再往后傳輸，此時(shí)仍只有DCXU428 顯示出來。如果此時(shí)出現(xiàn)漏電報(bào)警，說明DCXU 與HAU 之間HV1 高壓漏電。同理可以單獨(dú)測試HV2。

（6）如果HV1 供電正常，繼續(xù)右鍵單擊DCXU，選擇“Enable High Port”且選擇Enable All Channels，此時(shí)在DCXU 高端側(cè)的HAU 應(yīng)該顯示出來。在DCXU 的下拉菜單中選擇“Enable Low Port”且選擇enable All Channels，此時(shí)在DCXU 低端側(cè)的HAU 也應(yīng)該顯示出來。如果其中一端的HAU 不能顯示，說明問題出在DCXU 與HAU 之間的傳輸線上。

（7）如果上述顯示均正常，在jPWM 窗口中選擇Enable HV2。如果在HAU 之前HV1 或HV2 的其中一路高壓漏電，則在Jstreamer 窗口的Setup 菜單下點(diǎn)擊“The HAU configuration setup”，選 擇HV1&HV2 Link，這樣在HAU 處形成高壓冗余，可以保證后面設(shè)備高壓電仍然是雙路供電。

（8）如果高低端的HAU 均正常顯示，在jPWM 窗口點(diǎn)擊Enable HV2，繼續(xù)向下排查。

（9） 在jStreamer 窗口，右鍵單擊HAU428 選擇“Enable High Port”且選擇Enable All Channels，此時(shí)高端segment1 全部顯示出來，但是LAUM 1# 未顯示。

（10）右鍵單擊HAU428 選擇“Enable low Port”且選擇Enable All Channels，此時(shí)低端segment2 全部顯示出來，但是LAUM 2# 未顯示。

（11） 仍 然 是 右 鍵 單 擊HAU428 選 擇“Enable HV1”，此時(shí)LAUM 1# 顯示出來，但是LAUM 2# 仍未顯示。

（12）右鍵單擊HAU428 選擇“Enable HV2”，查看屬性Properties，HAU 的屬性應(yīng)該顯示為HV1 和HV2傳輸單元為空，High ports 和Low ports 應(yīng)該顯示為“Enabled”。在jPWM 窗口HV1 和HV2 的狀態(tài)均應(yīng)顯示為“Enable”。

（13）右鍵單擊LAUM 1# ，選擇“Enable High Voltage”，如果出現(xiàn)漏電報(bào)警，說明LAUM1# 與LAUM2# 之間高壓漏電；如果LAUM2# 不能顯示，可能是LAUM1# 和LAUM2# 之間的2 路高壓線均斷開或LAUM2# 與Segment 2 的最后一個(gè)FDU2F 之間的傳輸線斷開。

（14）如果此時(shí)LAUM2# 未能顯示，故障原因可能有兩種：一是LAUM1# 和LAUM2# 之間的2 路高壓線均斷開；二是LAUM2# 與Segment 2 的最后一個(gè)FDU2F 之間的傳輸線斷開。如果LAUM2# 正常顯示，且無漏電報(bào)警，那么繼續(xù)排查問題。右鍵單擊LAUM1# ，選擇“Enable High Port”且選擇“Enable All Channels”，等待Segment3 的所有FDU 顯示出來，這時(shí)LAUM3# 未顯示。如果Segment 3 中的FDU 不能全部顯示出來，那么說明問題出在LAUM1# 與LAUM3#的傳輸線之間；如果此時(shí)出現(xiàn)漏電報(bào)警，說明是LAUM1# 與LAUM3# 之間的傳輸線（低壓）漏電引起的高壓漏電報(bào)警。

（15）右鍵單擊LAUM2# ，選擇“Enable low Port”且選擇“Enable All Channels”，等待Segment4 中所有的FDU 顯示出來，此時(shí)TAPU 未能顯示。

（16）右鍵單擊LAUM 2# ，選擇“Enable High Voltage”，稍等片刻。這時(shí)如果出現(xiàn)漏電報(bào)警，說明LAUM2# 與 LAUM3# 之間高壓漏電； 如果LAUM3# 不能顯示，可能是LAUM2# 和LAUM3#之間的2 路高壓線均斷開，或LAUM3# 與Segment 3的最后一個(gè)FDU2F 之間的傳輸線斷開。如上所述，一步步排查直到找到故障點(diǎn)的位置。

4.4 一路傳輸線的某兩個(gè)FDU 之間出現(xiàn)問題

在使用手動(dòng)加電模式查處故障位置后，如果問題出在一路傳輸線的某兩個(gè)FDU 之間，可以利用插旗的方式設(shè)置回路。插旗不可通過以下兩個(gè)方法來實(shí)現(xiàn)：

（1）在jStreamer 窗口的Instrument 界面下，右鍵單擊需要插旗的DCXU、HAU、LAUM、TAPU 或FDU2F，在彈出的菜單中選擇“Set beginning of faulty path”和“Set end of faulty path”。

（2） 在jStreamer 窗口的Function 選項(xiàng)中選擇Check Line 來實(shí)現(xiàn)插旗設(shè)置回路。在Streamer Nb 中輸入電纜的序列號，在Use 中選擇，在head setup 和tail setup 欄中選擇Unit Type 的類型（DCXU、LAUM）,在Serial Nb 中輸入所選設(shè)備的序列號，并在Orientation中選擇Low（或者是High），channels 中選擇All 或者egment，count 中輸入從第幾道開始插旗。

在Head Setup 中，Unit Type 選擇DCXU，在serial Nb 中輸入DCXU 的序列號，Orientation 中選擇low（因?yàn)椴迤斓钠瘘c(diǎn)屬于DCXU 的low 端），在Channels 中選擇Segment，在count 中輸入數(shù)字6（示例插旗的位置是DCXU 控制的第六個(gè)FDU2F）。在Tail Setup中，Unit Type 選擇LAUM，在serial Nb 中輸入LAUM的序列號，Orientation 中選擇high（因?yàn)椴迤斓钠瘘c(diǎn)屬于LAUM 的high 端），在Channels 中選擇Segment，在count 中輸入數(shù)字6（示例插旗的位置是LAUM 高端的第六個(gè)FDU2F）。需要注意的是，在插旗后必須右擊DCXU 選擇Restart Streamer，或者選擇Streamer OFF再Streamer ON，這樣插旗才有效。

取消插旗的辦法同樣有兩種：一是右擊已插旗的位置，選擇“Remove beginning of faulty path”；二是在check line 窗口中將user 前的選擇勾點(diǎn)掉。同樣，取消插旗后也需要Restart Streamer 或者Streamer OFF，然后Streamer ON。

5 結(jié)語

在海上地震勘探采集作業(yè)中，及時(shí)排除Seal 系統(tǒng)電纜故障，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，一方面可提升采集工作效率，另一方面能夠保證地震數(shù)據(jù)的質(zhì)量。