一种模块化组合扩容式深海可控源电磁发射系统的制作方法

1.本发明属深海探测和通信技术领域，具体涉及一种模块化组合扩容式深海可控源电磁发射系统。


背景技术：

2.深海可控源电磁发射技术是深海油气资源电磁法勘探和海底超低频电磁通信不可或缺的关键技术之一。
3.海洋可控源电磁发射技术理论研究始于20世纪70年代，装备研制起于1997 年。目前，国际上已有多型用于勘探的海洋可控源电磁发射系统，如美国研制的suesi100、suesi500型发射系统，英国研制的dasi型发射系统，以及我国研制的首套海洋可控源电磁发射系统工程样机等。为降低电力在长距离传输损耗，控制系统成本，这些装备均采用了“甲板变压器整流升压+ 拖缆直流传输+水下变压器降压+大功率电磁脉冲拟变电路”的技术路线。由于使用目的、发射电极离底高度和发射电极间距的不同，深海可控源电磁发射系统试验样机需要的发射功率规格较多，且相差较大。若每种规格的发射系统试验样机均需研制一套配套的甲板变压器、水下变压器和大功率电磁脉冲拟变电路，则研制成本就会很高，技术风险和进度风险也会加大。
4.为此，需发明一种模块化组合扩容式深海可控源电磁发射系统，对甲板变压器、水下变压器和大功率电磁脉冲拟变电路等装备采用模块化设计，通过各模块的串并联研制不同发射功率的深海可控源电磁发射系统，降低研制成本，减少技术风险和进度风险。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供一种模块化组合扩容式深海可控源电磁发射系统，提高了深海可控源电磁发射系统装备的标准化水平，降低研制成本，减少技术风险和进度风险。
6.一种模块化组合扩容式深海可控源电磁发射系统，包括：船用甲板设备和水下拖曳设备，其中船用甲板设备包括发电机组、甲板变压器、深拖绞车及甲板控制器；水下拖曳设备包括光电拖缆、水下发射拖体、短电极缆、近端发射电极、长电极缆和远端发射电极设备，船用甲板设备和水下拖曳设备配合工作在深海中按设定波形发射交变电磁信号；其中，发电机组为动力源，供电电压 380vac，为甲变压器供电；甲板变压器将电压变换为设定电压的高压直流信号，并通过光电拖缆为水下发射拖体供电；深拖绞车是系统水下拖曳的承力点，用于收放光电拖缆和水下发射拖体等水下设备；甲板控制器是水下发射拖体的甲板显控终端，用于控制水下发射拖体工作并监控其水下工作状态；光电拖缆用于传输电力和光信号及承受水下设备的拖曳力；水下发射拖体以短电极缆和长电极缆为回路“近端发射电极-海水-远端发射电极”输入交变电力信号；
7.甲板变压器包括一套以上标准功率转换模块，通过不同数量和不同组合方式，组成不同能力规格的甲板变压器。
8.进一步的，甲板变压器还包括监控及绝缘监测单元、交流输入端、串并集线盒和直
流输出端，通过不同数量和不同组合方式，可组成若干能力规格的甲板变压器；其中，标准功率转换模块经过转换后形成1000v/27a的电源输出能力，监控及绝缘监测单元根据按钮指令控制启停，监控输入、输出状态及异常工况及上电绝缘检查，提供系统工作状态状态指示和安全指示；交流输入端主要用于甲板变压器的上电控制，为标准功率转换模块的共同输入端；串并集线盒用于标准功率转换模块输出端的串并联，实现设定能力的输出；直流输出端是主要用于甲板变压器对外供电控制。
9.进一步的，标准功率转换模块采用软开关高频功率变换技术，三相交流整流后，采用无功补偿进行功率因数矫正，得到直流输入电压，再进行zvs高效率全桥功率变换。
10.进一步的，监控及绝缘监测单元包括面板按钮或有线遥控按钮。
11.进一步的，光电拖缆为带金属外铠装的光电复合缆。
12.进一步的，短电极缆和近端发射电极为一组，长电极缆和远端发射电极为另一组，通过向导电的海水中输入交变电能形成交变电场和磁场。
13.进一步的，水下发射拖体包括若干套水下发射模组、发射控制器和输出汇流桥，水下发射拖体按照甲板控制器给定的指令，将直流高压降压至交流低压，在近端发射电极和远端发射电极间产生相应电压，输出给定波形的电流；其中，输出汇流桥将数套水下发射模组输出端的并联，实现设定能力的输出。
14.进一步的，水下发射模组主要包括充电电路、移向全桥和全桥拟变电路，采用两级电能变换，第一级采用采用移相全桥拓扑结构，将dc400v变换成dc150v，并始终维持dc150v输出的稳定，移相全桥高频变压器实现输入与输出之间的高低压隔离；第二级采用dc/ac逆变电路采用全桥逆变拓扑结构，输出指定的电流波形；
15.进一步的，水下发射模组的额定输入电压400vdc，最大输出电流200a，对应输出电压150v。
16.进一步的，发射控制器根据水下发射模组的输入电压/电流的不平衡度调节移向全桥的输出，为全桥拟变提供稳定的电压输入；同时根据甲板控制器指令控制逆变电路工作，使之输出指定波形的电流。
17.本发明取得以下有益效果：
18.1.采用模块化设计思想，将大功率甲板变压器研制转变为了具有自适应调节能力的标准功率转换模块研制，并通过串并联实现了设计的输出能力，降低了研制成本，减少了技术风险；
19.2.采用模块化设计思想，将大功率水下发射拖体研制转变为具有均流均压能力的标准水下发射模组研制，并通过串并联实现了设计的输出能力，降低了研制成本，减少了技术风险；
20.3.将不同规格的大型设备研制转变成了小型标准设备的串并联组装，降低了研制成本，减少了技术风险和进度风险；
21.4.小型标准设备的大量应用使产品优化设计成为了可能，客观上降低了同类装备研制的技术风险，提高了产品质量。
附图说明
22.图1是本发明各主要设备布置示意图；
23.图2是本发明由标准功率转换模块串并联而成的“380-4000-300”型甲板变压器的组成示意图；
24.图3a、3b是本发明由标准水下发射模串并联而成的“150-2000”型水下可控磁源发射拖体的组成示意图。
具体实施方式
25.下面结合附图，对本发明进行详细描述。
26.如图1所示，本实施例提供一种模块化组合扩容式深海可控源电磁发射系统，主要包括：发电机组1、甲板变压器2、深拖绞车3、甲板控制器4、光电拖缆5、水下发射拖体6、短电极缆7、近端发射电极8、长电极缆9和远端发射电极10等设备，可在深海中按设定波形发射交变电磁信号。
27.其中，发电机组1是系统的动力源，通过专用电缆为甲变压器2供电，供电电压380vac；甲板变压器2可将380vac变换设定电压的高压直流信号，并通过光电拖缆5为水下发射拖体6供电；深拖绞车3是系统水下拖曳的承力点，主要用于收放光电拖缆5和水下发射拖体6等水下设备；甲板控制器4是水下发射拖体6的甲板显控终端，用于控制水下发射拖体6工作，并监控其水下工作状态；光电拖缆5为带金属外铠装的光电复合缆，用于传输电力和光信号，也用于承受水下设备的拖曳力；水下发射拖体6是系统的核心装备，通过短电极缆7和长电极缆9为回路“近端发射电极8-海水-远端发射电极10”输入交变电力信号；短电极缆7和近端发射电极8为一组，长电极缆9和远端发射电极10为另一组，通过向导电的海水中输入交变电能形成交变电场和磁场。
28.如图2所示，甲板变压器2主要包括：若干套标准功率转换模块11、监控及绝缘监测单元12、交流输入端13、串并集线盒14和直流输出端15等设备，可将380vac变换为设定电压的高压直流信号。标准功率转换模块11采用软开关高频功率变换技术，将三相交流整流后，采用无功补偿进行功率因数矫正，得到直流输入电压，然后进行zvs高效率全桥功率变换，形成1000v/27a的电源输出能力。监控及绝缘监测单元12可根据面板按钮或有线遥控按钮的指令开停，监控输入、输出状态及异常工况，并控制各单元模块保护；也可根据使用需求进行上电绝缘检查，提供系统工作状态状态指示和安全指示。交流输入端 13主要用于甲板变压器2上电控制，也是标准功率转换模块11的共同输入端。串并集线盒14主要用于标准功率转换模块11输出端的串并联，实现设定能力的输出。直流输出端15是主要用于甲板变压器2对外供电控制。
29.通过不同数量和不同组合方式，可组成若干能力规格的甲板变压器。以“380-4000-300”型甲板变压器为例说明其组成及工作原理：“380-4000-300”型甲板变压器2的输入电压380vac，输出电压是4000vdc，最大输出功率300kw，其功率转换功能主要由12套的功率转换模块(输入电压380vac，输出电压是 1000vdc，最大输出电流27a，记为1000v/27a)实现。每三套标准功率转换模块并联组成一组1000v/80a的输出单元，四组1000v/80a的输出单元串联组成具有4000v/80a输出能力的“380-4000-300”型甲板变压器。
30.如图3a、3b所示，水下发射拖体6是系统的核心装备，主要包括：若干套水下发射模组21、发射控制器22和输出汇流桥23等设备，按照甲板控制器4 给定的指令，将直流高压降压至交流低压，在负载(近端发射电极8和远端发射电极10)间产生相应电压，输出给定波形
的电流。水下发射模组21主要包括：充电电路31、移向全桥32和全桥拟变33等电路，采用两级电能变换，第一级采用采用移相全桥拓扑结构，将dc400v变换成dc150v，并始终维持dc150v输出的稳定，移相全桥高频变压器实现输入与输出之间的高低压隔离；第二级采用dc/ac逆变电路采用全桥逆变拓扑结构，输出指定的电流波形；水下发射模组21的额定输入电压400vdc，最大输出电流200a(对应输出电压150v)。发射控制器22主要功能是均衡模块输入电压的同时，输出指定波形的电流，即根据水下发射模组21输入电压(电流)的不平衡度调节移向全桥32输出，为全桥拟变33提供稳定的电压输入；同时根据甲板控制器指令控制逆变电路工作，使之输出指定波形的电流。输出汇流桥23要用于数套水下发射模组21输出端的并联，实现设定能力的输出。
31.通过不同数量和不同组合方式，可组成若干能力规格的水下发射拖体，现以“150-2000”型可控磁源水下发射拖体为例说明其组成及工作原理：“150-2000”型水下发射拖体的输入电压4000vdc，额定输出电压150v，最大输出电流2000a，主要由10套水下发射模组21、发射控制器22和输出汇流桥23组成；10水下发射模组21的输入端串联，由于采用均压控制，则每套设备的输入电压为设备输入电压的1/10，即400v；10水下发射模组21的输出端并联，则系统输出电流为单套设备的10倍，即2000a。
32.甲板变压器主要包括若干套标准功率转换模块、监控及绝缘监测单元、交流输入端、串并集线盒和直流输出端等设备，可将380vac变换设定电压的高压直流信号；通过不同数量和不同组合方式，可组成若干能力规格的甲板变压器；水下发射拖体主要包括若干套水下发射模组、发射控制器和输出汇流桥等设备，按照甲板控制器给定的指令，将直流高压降压至交流低压，输出给定波形的电流；通过不同数量和不同组合方式，可组成若干能力规格的水下发射拖体。
33.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。