[发明专利]直接供电的大功率直流激电测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及大功率激电勘探领域，特别是涉及一种直接供电的大功率直流激电测量系统。

背景技术

随着国际、国内市场对有色金属需求的不断增长，新的一轮矿业开发正在蓬勃兴起，然而我国地理条件较好地区的地表出露矿已基本找完，目前的找矿对象主要为隐伏和深埋藏矿，这就给地质勘探增加了难度，对地球物理勘探提出了新的要求。随着科技的进步，地球物理勘探仪器也在不断更新，新型的、大功率的、性能稳定的物探仪器在不断涌现。

电法勘探（简称电法）是以地壳中多种岩、矿石电学性质之差异为基础，观测与研究天然电磁场、人工电磁场的空间和时间的分配规律，以达到地质勘探目的的方法。目前利用的岩石和矿石的电学性质或物理参数主要有四种：电阻率（ρ）、磁导率（μ）、极化率（η）、以及介电常数（ε）。电法勘探的优点有：可利用的物性参数多，场源、装置形式多，观测内容或测量要素多，应用范围广等。

传导类电法中的电阻率法和激发极化法是目前应用较广泛的勘探方法。电阻率法是指通过观测和研究由地质目标与围岩电阻率之差异引起的人工传导电流场异常（或视电阻率异常），以此勘探地质目标或找矿的方法。激发极化法是以不同岩、矿石间电化学性质之差异为物质基础，通过观测和研究供入地下人工电流引起激发极化电流场的异常（或视电阻率异常），以探测地下地质情况的一种电法。激发极化法适用于寻找金属、非金属矿产、天然能源以及区分含水层和确定不同地层的含水性等方面。激发极化法按照供电电流性质的不同可以分为两种：直流（时间域）激电法和交流（频率域）激电法。直流激电法仪器包括供电部分（发射机）和接收部分（接收机）两部分。供电部分用于提供具有一定循环周期的双向脉冲电流，接收部分用于测量一次场电压、极化率等。

传统大功率激电设备供电电源结构如图1所示，①发电机输出220V交流电。②整流源：220V交流电源经过变压器和整流器产生不同档位的直流高压输出供给发射机；注意：发电机的标称功率为纯电阻负载时的输出功率，而整流源为变压器升压，应视为电感负载，故发电机工作时，其有效功率减半。例如：要使发射机输出5KW功率，所选择的发电机的标称功率必须≥10KW才能使发射机的输出功率与发电机的输出功率相匹配。③平衡负载：由于大功率发送机的高压整流电源是靠发电机发出的220V交流电源经过变压、整流提供，高压直流电源经过桥路以占空比为1：1的方波信号对大地供电，在停止供电的时间内，发电机处于空载状态，易产生飞车，对发电机不利。所以在停止供电时间内，发电机对假负载供电，维持发电机平衡。一般在操作时先将平衡负载选择为最大，测得接地电阻后，根据接地电阻大小调节平衡负载电阻值，越接近越好。

传统的大功率激电设备存在着以下的问题：

1、电源重量大：

由于变压器采用的是工频变压器和平衡负载等设备，整个电源系统重量很大。以下是目前经常使用的5kw和10kw发射机电源系统的重量和性能参数：

输出电压：50V、100V、200V、300V、400V、500V、1000V；

输出波形方波占空比1:1；

时间：1～60秒任选；

最大供电电流：5/10A；

最大输出功率：5/10KW；

发射机重量：12kg；

体积：476×309×247mm3；

整流电源重量：5kW--72kg；10kW--90kg。

所匹配发电机、整流源为变压器升压，应视为电感负载，故发电机带其工作时，其有效功率减半，因此5kw系统需要配10kw发电机，10kw的系统需要配置20kw发电机，按照目前常规的技术，10kw发电机的重量在200kg左右，20kw的发电机重量一般在400kg 左右； 平衡负载重量：5kw--50kg、10kw--100kg。可以看出5kw供电系统的总重量为72加50加200，为322公斤；10kw供电系统的总重量为90加100加400，为590公斤。

2、效率低下，能耗高：

传统的发射机在发射时属于连续工作，以5A发射电流、1000V发射电压计算，系统始终在消耗5000W的发射功率，不是释放在大地上，就是释放在平衡负载上，系统始终需要输出5000W的直流功率，只要发射机工作，发电机就不能停。以一天工作8小时计算，系统需要输出40kwh的直流电能，一般一天需要消耗数十升的燃料。

3、电源质量较差：