肖雯靜，張諾男，張鈞琪

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自復(fù)位斷路器在地震臺站供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

肖雯靜，張諾男，張鈞琪

（河南省鄭州地震臺，河南 鄭州 450000）

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字地震臺站的數(shù)量呈快速增加的趨勢。在實際地震觀測中，經(jīng)常會有交流供電故障或開關(guān)跳閘情況出現(xiàn)，尤其是開關(guān)出現(xiàn)跳閘情況時，嚴重阻礙著觀測工作的開展，同時還增加了維護成本。只有加強自復(fù)位斷路器在地震臺站供電系統(tǒng)中的應(yīng)用，才能有效避免出現(xiàn)開關(guān)跳閘的情況。

自復(fù)位斷路器；地震臺站；供電系統(tǒng)；開關(guān)跳閘

1 引言

近些年來，地震造成的危害和出現(xiàn)頻次逐漸加大，已經(jīng)引起了政府部門和人民大眾的高度關(guān)注，在全國范圍內(nèi)不同種類的數(shù)字地震臺網(wǎng)布設(shè)不斷得到完善。在科學(xué)技術(shù)的推動下，無人值守臺站在我國建成并投入使用，各個省市的無人值守臺站數(shù)量較為龐大，地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的形成和完善在地震監(jiān)測、預(yù)報、科研、應(yīng)急和防震救災(zāi)宣傳中發(fā)揮著十分重要的作用。

供電系統(tǒng)的日常維護是臺站工作的重要環(huán)節(jié)，可靠穩(wěn)定的供電系統(tǒng)是臺站地震相關(guān)設(shè)備和技術(shù)系統(tǒng)連續(xù)可靠運行的保障。數(shù)字地震臺站主要由專業(yè)地震信號獲取器、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備（包括有線和無線）、數(shù)據(jù)采集器和功能多樣的電源設(shè)備構(gòu)成，穩(wěn)定可靠的交流電源供應(yīng)才能保證這些設(shè)備正常運行。在實際運行中，由于損壞交流電源而引發(fā)的數(shù)字地震臺故障幾乎占臺站所有故障的50%.實際上，停電和開關(guān)跳閘引發(fā)的交流供電故障是損壞交流電源的主要形式，嚴重阻礙著地震觀測工作的順利開展。

隨著國家電網(wǎng)不斷發(fā)展完善，停電出現(xiàn)的頻率逐漸下降，即使出現(xiàn)停電也能借助于備用電池來緩解這類故障帶來的影響。如果交流供電故障是開關(guān)跳閘引起的，為了及時解決該故障，需要利用人工方式在現(xiàn)場進行合閘。這些均會增加地震臺站中的成本，再加上天氣、地理等因素共同影響，在臺站跳閘后，不能第一時間進行合閘，直接導(dǎo)致工作中斷。開關(guān)跳閘現(xiàn)象對地震臺站中的維護工作提出了更高的要求，為了確保數(shù)字地震臺站可以正常運行，應(yīng)加強自復(fù)位斷路器在地震臺站供電系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2 數(shù)字地震臺站開關(guān)跳閘原因

2.1 外部因素

對于數(shù)字地震臺站來說，其供電系統(tǒng)主要是引入220 V低壓，并分別在低壓開關(guān)和避雷器上接入。通常情況下，線路短路、過載和漏電等事故是造成低壓開關(guān)正常動作的主要原因。在進行開關(guān)動作的過程中，為了保護供電線路，此時會切斷供電線路開關(guān)，以確保設(shè)備安全和人員生命財產(chǎn)安全。開關(guān)跳閘故障發(fā)生后，工作人員會在維護現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)設(shè)備和供電線路，維護人員可以對開關(guān)進行合閘操作，就能排除故障。開關(guān)跳閘引起的地震臺站停測事故也可能是電壓異常、線路老化、雷雨天氣等原因造成的，嚴重阻礙著地震觀測工作的順利開展。在這些故障中，線路問題、設(shè)備故障等占據(jù)的比例相對較低，而線路或設(shè)備的非永久性故障是引起開關(guān)跳閘的主要因素。尤其是雷雨天氣引發(fā)的開關(guān)跳閘問題，可能是雷擊、雨天潮濕、漏電等共同作用的結(jié)果。雷電時會有強大的電流產(chǎn)生，一旦觀測技術(shù)系統(tǒng)被雷電擊中，很容易損壞電氣設(shè)備和元器件。相關(guān)研究表明，雷電對供電系統(tǒng)的危害主要有直擊雷和感應(yīng)雷兩種方式，其中感應(yīng)雷對供電系統(tǒng)的危害占了將近70%，主要是借助電源線進入，還可以通過傳輸線和信號線。如果防雷器受損，則可能是短路狀態(tài)引起的。應(yīng)在相應(yīng)的空氣開關(guān)上串聯(lián)對應(yīng)級別的電源防雷器，防止電源線路出現(xiàn)短路故障問題。為了防止地震臺站遭受雷擊，應(yīng)始終確保電源線避雷開關(guān)可以正常運行。

2.2 內(nèi)部因素

內(nèi)部因素是空氣開關(guān)自身的原因，普通空氣開關(guān)內(nèi)部主要包括2個脫扣裝置，分別為電磁脫扣器和熱脫扣器。電磁脫扣器可以為供電系統(tǒng)提供短路保護，也就是電磁保護，可以將其作為磁回力，電磁脫扣器的電流達到一定數(shù)值時，就會產(chǎn)生磁場力，該磁場力達到一定數(shù)值后會克服反力彈簧吸合銜接對牽引桿進行擊打，會產(chǎn)生機構(gòu)動作將電路切斷。熱脫扣器相當于過載保護，是提供熱保護器的裝置。如果脫扣器內(nèi)有電流通過，會造成熱元件發(fā)熱，引發(fā)雙金屬片變形，變形達到一定程度后，會對牽引桿進行擊打，進而引發(fā)機構(gòu)動作切斷電路。電路中大多都選擇熱脫扣器進行過載保護，通過電磁脫扣器提供短路保護。熱脫扣器在長期過載的情況下達到切斷電流的目的，而電磁脫扣器則可以在出現(xiàn)短路情況時瞬間切斷電流。

雷擊出現(xiàn)時，雷電中會產(chǎn)生熱效應(yīng)和電磁效應(yīng)，一旦雷電流超過40 kA，很容易引發(fā)開關(guān)跳閘。相較于普通開關(guān)，漏電保護功能開關(guān)很容易產(chǎn)生誤動作，如果對地泄露的電流達到30 mA時，就會造成漏電開關(guān)跳閘，由于浪涌保護器總是對地泄放浪涌電流，如果在漏電保護開關(guān)后安裝浪涌保護器，開關(guān)出現(xiàn)跳閘的頻率會急劇增加，這也是地震監(jiān)測臺經(jīng)常性跳閘的重要原因。

3 自動復(fù)位斷路器在地震臺供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

在《低壓配電設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定，配電線路應(yīng)裝設(shè)短路保護、過負載保護和接地故障保護。漏電開關(guān)在接地故障保護中使用的頻率較高，而漏電開關(guān)的使用很容易產(chǎn)生經(jīng)常性的誤動作，特別是在布設(shè)防雷器后，誤動作出現(xiàn)的頻率也會隨之增加。因此，為了避免因誤動作的出現(xiàn)而影響地震臺觀測工作的順利開展，應(yīng)積極選用具有自動合閘功能的漏電開關(guān)。在使用自動合閘功能之前，還需解決自動合閘中的安全方面的問題。

如果地震臺站中出現(xiàn)開關(guān)跳閘現(xiàn)象，此時自動合閘功能的漏電開關(guān)會在負載側(cè)進行自動檢測，檢查是否有短路、漏電等故障問題出現(xiàn)，只有確保沒有這方面的故障問題后，才能使用合閘操作，發(fā)現(xiàn)任意一種故障問題存在，將會只發(fā)送報警信號不會執(zhí)行合閘操作。線路檢測功能則是自動合閘的必備條件之一，可以避免出現(xiàn)故障問題后自動合閘，會進一步擴大故障范圍。

因此，自復(fù)位開關(guān)應(yīng)包括2部分：①普通開關(guān)所具有的短路保護功能、過載保護功能和漏電保護功能。②檢測模塊和復(fù)位模塊。在包含有普通開關(guān)鎖具有的功能外，還應(yīng)能實現(xiàn)跳閘后對故障問題進行自動檢測功能、自動合閘功能和可選遠程控制功能。

此時可以選用線路檢測、開關(guān)模塊和帶過電流保護的漏電開關(guān)。線路檢測和開關(guān)合閘模塊功能主要有5種：①開關(guān)跳閘后分別檢測線路和漏電情況，主要是結(jié)合檢測線路對地電阻值進行判斷，如果該數(shù)值比地電阻要高，則應(yīng)允許合閘，如果低于地電阻，則不允許合閘。短路的檢測主要是檢測開關(guān)自動合閘情況，如果檢測到的電阻值比規(guī)定數(shù)值要高，此時允許合閘，反之則不允許。②開關(guān)自動合閘功能。分別將漏電和短路檢測的數(shù)值進行結(jié)合，判斷是否進行合閘或輸出報警信號。③遠程控制開關(guān)。利用遠程方式來操作開關(guān)，始終保證開關(guān)斷開或閉合，并對開關(guān)量信號進行輸入。④線路故障報警。在設(shè)置報警觸點時主要有常開、常閉、開閉間歇轉(zhuǎn)換狀態(tài)3種方式。⑤輔助觸點輸出。主要報告開關(guān)閉合或斷開情況。對于過電流保護的漏電開關(guān)來說，其功能主要有短路、過載和漏電保護3種。這種類型開關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)包括過載脫扣特征C曲線、漏電脫扣器純電磁式、漏電動作特性A型。

4 供電系統(tǒng)的日常維護

不間斷供電系統(tǒng)的日常維護主要有電源管理器日常維護和后備電池日常維護2部分。對于電源故障問題可以對電源模塊進行更換；在電源供電正常的狀態(tài)下，做好后備電池的日常維護工作，進一步確保地震臺站正常運行。

供電系統(tǒng)的日常維護具體包括以下幾個方面：①禁止在距離熱源較近的位置放置蓄電池，應(yīng)優(yōu)先選用通風(fēng)、干燥的環(huán)境。如果野外溫度較低，應(yīng)做好蓄電池的保溫工作，確保蓄電池容量；②應(yīng)選擇性能良好的自動穩(wěn)壓限流充電設(shè)備，以確保蓄電池的使用壽命達到最長，在非工作期間禁止對浮充電池進行浮充；③在對蓄電池進行充放電操作的過程中，應(yīng)嚴格按照相關(guān)規(guī)范要求；④在對蓄電池進行維護測量的過程中，為了確保操作人員生命安全，禁止面對電池頂部，應(yīng)在安全距離范圍或角度內(nèi)；⑤為了確保蓄電池可以正常運行，工作人員應(yīng)每半年定期檢查連接導(dǎo)線、連接線是否松動或腐蝕，一旦發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時采取相應(yīng)的維護措施；⑥禁止將不同廠家、型號、種類、不同容量、不同性能的新舊電池進行串聯(lián)或并聯(lián)使用；⑦定期對電池進行檢測，從而更了解電池指標，在發(fā)現(xiàn)蓄電池問題后及時做好維護；⑧蓄電池運行過程中，應(yīng)對電池電壓、周圍環(huán)境溫度進行定期測量，并將記錄工作做好；⑨針對浮充使用的蓄電池，為了提升蓄電池的活性，每隔3個月或6個月對其進行一次恢復(fù)性的充電和放電操作。

5 結(jié)論

綜上所述，在數(shù)字地震臺站供電系統(tǒng)中引入自復(fù)位斷路器，可以有效降低開關(guān)跳閘問題引發(fā)的臺站停電問題，為地震監(jiān)測、預(yù)報、科研、應(yīng)急和防震減災(zāi)等工作提供重要的數(shù)據(jù)支撐。地震臺應(yīng)加大對自復(fù)位斷路器的使用力度，同時還要積極開發(fā)新能源，以確保地震臺站觀測工作順利開展。

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P315.78

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.22.154

2095－6835（2018）22－0154－02

〔編輯：嚴麗琴〕