劉學(xué)勤　黃偉

摘要：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，近年來428采集儀器運(yùn)用得越來越廣泛，設(shè)備的防雷顯得日益重要。本文介紹了雷電電壓的形成及其對(duì)428儀器的影響，通過現(xiàn)代化電子設(shè)備系統(tǒng)中防雷技術(shù)和地震勘探實(shí)際分析，針對(duì)428儀器采集過程中遇到的問題進(jìn)行分析，提出了一些改進(jìn)和處理的方法。

關(guān)鍵詞：428儀器；防雷；地震采集

隨著石油地震勘探不斷發(fā)展深入，越來越多石油地震勘探在山地、森林、湖泊、沼澤里進(jìn)行，石油地震勘探接收道數(shù)由以前幾十道、上百道發(fā)展到目前大規(guī)模三維勘探幾千道、上萬道，甚至十多萬道，施工面積可達(dá)上百平方千米。目前，各石油勘探隊(duì)伍絕大多數(shù)使用采集儀器為法國SERCEL生產(chǎn)的428儀器。因428地震儀器地面采集設(shè)備大規(guī)模采用現(xiàn)代微電子技術(shù)元件，其集成度高、運(yùn)算速度快，但其耐壓低、耐過流能力差，在雷電較多的工區(qū)施工經(jīng)常出現(xiàn)被雷擊現(xiàn)象，近年來，幾乎各使用428儀器的石油勘探公司都遭遇過設(shè)備被雷擊的現(xiàn)象，被雷擊后損失輕為近萬元，重的達(dá)十多萬元、幾百萬元，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，給施工帶來極為不利影響，并帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

本文探討如何在野外施工時(shí)盡量減少428采集設(shè)備被雷擊的現(xiàn)象，及被較輕微雷擊后428采集單站的維修方法。

1 雷電的形成與危害

1.1 雷電的形成

雷電是由帶電的云層對(duì)大地或地面建筑物的自然放電引起的，云的上部以正電荷為主，下部以負(fù)電荷為主，因此，在云的上、下部之間形成一個(gè)電位差。當(dāng)電位差達(dá)到一定程度后，就會(huì)產(chǎn)生放電，這就是我們常見的閃電現(xiàn)象。據(jù)有關(guān)報(bào)道，閃電的平均電流約為3萬A，最大電流可達(dá)30萬A。閃電的電壓很高，約為1億V至10億V。一個(gè)中等強(qiáng)度雷暴的功率可達(dá)一千萬瓦，雷電對(duì)電器設(shè)備有強(qiáng)大的破壞作用。

1.2 雷電的危害

雷電的破壞作用基本上可以分為3類：

1.2.1 直擊雷

雷云直接對(duì)建筑物或地面上的其他物體放電的現(xiàn)象稱為直擊雷。雷云放電時(shí)，引起很大的雷電流，可達(dá)幾百千安，從而產(chǎn)生極大的破壞作用。

如果直擊雷打中大線，通常會(huì)引起較大的設(shè)備損失，通過電纜連接在一起的所有采集站、電源站、交叉站、近距離的檢波器和電纜等設(shè)備幾乎嚴(yán)重?zé)龤?，燒毀設(shè)備無法修復(fù)。給施工帶來極大的損失。

1.2.2 感應(yīng)雷

雷電感應(yīng)是雷電的第二次作用，即雷電流產(chǎn)生的電磁效應(yīng)和靜電效應(yīng)作用。雷云在測(cè)線上空形成很強(qiáng)的電場(chǎng)，便會(huì)感應(yīng)出與雷云電荷相反的電荷（稱為束縛電荷）。在雷云向其他地方放電后，云與大地之間的電場(chǎng)突然消失，線路上形成的高電位造成線路放電。根據(jù)有關(guān)人員試驗(yàn)，這種感應(yīng)電荷在低壓架空線路上可達(dá)100kV，信號(hào)線路上可達(dá)40～60kV。

感應(yīng)雷給428設(shè)備帶來的影響根據(jù)云層放電大小和距施工測(cè)線長度有大有小，設(shè)備可能被燒毀、設(shè)備元件被擊穿等影響。

1.2.3 富電波侵入

當(dāng)線路或架空金屬管道遭受雷擊，或者與遭受雷擊的物體相碰，以及由于雷云在附近放電，在導(dǎo)線上感應(yīng)出很高的電動(dòng)勢(shì)，沿線路或管路將高電位引進(jìn)線路內(nèi)部，稱為雷電波侵入，又稱高電位引入。出現(xiàn)雷電波侵入時(shí)，可能發(fā)生火災(zāi)及觸電事故。

雷電的形成與氣象條件（即空氣濕度、空氣流動(dòng)速度）及地形（山岳、高原、平原）有關(guān)。濕度大、氣溫高的季節(jié)以及地面的空出部分較易形成閃電。地下有金屬管道、金屬礦藏，突出的高建筑物、樹木、山頂、地下水位較高地方易遭雷擊。

雷電波侵入428設(shè)備通常引起地面采集損壞，設(shè)備電子元件被擊穿，通?？梢酝ㄟ^更換元件維修好損壞設(shè)備。

2 428地面站電子元件防雷性能設(shè)備元件被擊穿

428地面設(shè)備及主機(jī)的很多電子設(shè)備元件為CMOS電路，其耐壓僅3～5V。428儀器地面設(shè)備工作電壓不超50V，電流也很小，對(duì)外界的干擾極其敏感，而雷電的電壓可高達(dá)數(shù)百萬V，瞬間電流可高達(dá)數(shù)十萬A，具有極大的破壞性。雷電造成的危害是無孔不入的。據(jù)研究當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度大于0.07高斯時(shí)，無屏蔽的計(jì)算機(jī)會(huì)發(fā)生暫時(shí)性失效或誤動(dòng)作，磁場(chǎng)強(qiáng)度大于2.4高斯時(shí)，計(jì)算機(jī)元件會(huì)發(fā)生永久性損壞。而雷電電流周圍出現(xiàn)的瞬變電磁場(chǎng)強(qiáng)度往往超過2.4高斯。

3 428儀器防雷設(shè)計(jì)

3.1 428 LINK電纜結(jié)構(gòu)

從上述圖中428地震儀LINK由四根電纜組成，這四根電纜線既傳輸數(shù)據(jù)，又同時(shí)作為電源傳輸線。

3.2 采集站防雷設(shè)計(jì)

3.3 電源站防雷設(shè)計(jì)

從圖2、圖3中我們知道可以看出，428采集站、電源線站簡單利用5只和4只氣體放電管作為保護(hù)措施，這些放電管接地端與采集站里面不銹鋼板相連，里面不銹鋼板再通過一顆鏍釘接到外面。電源線站放電管接到金屬外殼上。當(dāng)設(shè)備遭受雷擊時(shí)，放電管對(duì)地導(dǎo)通，通過向大地泄放電流。

這種簡單防雷措施要起到良好的作用，首先要保證采集鏍釘與大地接地電阻要良好，接地電阻要小于10Ω，這樣才能起到迅速泄放雷電。但在實(shí)際生產(chǎn)中幾乎不可能做到，一般采集站也經(jīng)常側(cè)放在地上，鏍釘碰不到大地。另外，這些放電管耐壓值也有一定的限制，在比較強(qiáng)烈的雷電也起不到保護(hù)作用，放電管也會(huì)因泄放電流的次數(shù)的失效。

4 野外施工防雷措施

項(xiàng)目施工過程中，遇到的雷電影響絕大多是雷電波入侵，在儀器上的直觀表現(xiàn)如下圖：

如圖顯示為2014年在南美玻利維亞項(xiàng)目采集過程中實(shí)際遇到的雷電的影響，圖中黃色顯示為遠(yuǎn)處雷擊后對(duì)側(cè)線的影響，在此工區(qū)，雷電活動(dòng)非常頻繁，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)。根據(jù)情況，我們研究了多種防雷措施：

（1）采集站后面鏍釘要按照SERCEL技術(shù)說明書要求達(dá)到2N扭力矩上緊，以保證減少接觸電阻。

（2）在施工之前要收集當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，盡量避開雷電較多的氣節(jié)施工。

（3）布線時(shí)要盡量保證采集站后面接地鏍釘與大地接觸良好，電源站、交叉線要接地線，接地線要盡量用短而粗的銅線接上銅棒，銅棒要盡量插深，最好插放潮濕的地方，或在銅棒周圍撒些水（最好為導(dǎo)電良好的鹽水、降阻劑）。有可能的話，采集站后面鏍釘再接根地線。

（4）放電纜時(shí)盡量避開或遠(yuǎn)離易雷擊的地方，如大樹、鐵塔、電線、電話線、鐵軌、陡坡、地下金屬管道、金屬礦藏等。

（5）如果在易雷擊地點(diǎn)布線，可以在LINK、檢波器5m以外安放避雷針、避雷帶攔截雷擊。

（6）如果在施工時(shí)發(fā)現(xiàn)有打雷跡象，要及時(shí)關(guān)閉主機(jī)、電源站、交叉線電源，大線盡可能全部斷開，特別是在易產(chǎn)生雷擊地點(diǎn)一定要及時(shí)斷開電纜。

（7）有可能的話，可以在傳輸電纜加一層金屬屏蔽網(wǎng)，屏蔽網(wǎng)要多點(diǎn)接地，這樣可以大大減少感應(yīng)雷擊現(xiàn)象發(fā)生。

5 被雷擊采集站維修方法

對(duì)被雷擊較輕的428采集站，如果采集站線路板未擊穿，大部分可以通過更換損壞的元件修復(fù)，主要需要更換的元件有：

（1）根據(jù)SERCEL公司提供的428 FDU元件圖標(biāo)志的T3、T4、T5、T6（Line transformer），這些元件被雷擊損壞后，用電表測(cè)量為不通，被雷擊的采集站這些元件有90%以上都需更換。

（2）電源變壓器T2，被雷擊后經(jīng)我們檢查有很多采集站的電源變壓器T2被擊穿，用電表測(cè)量為不通，需更換。

（3）D12穩(wěn)壓二極管，被雷擊后經(jīng)我們檢查有很多采集站的電源變壓器D12被擊穿，輸出端無電壓，需更換。

（4）Y1、Y2晶振，被雷擊后經(jīng)我們檢查有很多采集站的Y1、Y2晶振被擊穿，輸出端無用示波器檢查無信號(hào)，需更換。

（5）采集站檢波器輸入端的放電管，被雷擊采集站需要更換這只放電管。