自復(fù)位斷路器在地震臺(tái)站供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

肖雯靜，張諾男，張鈞琪

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自復(fù)位斷路器在地震臺(tái)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(tái)，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(tái)站的數(shù)量呈快速增加的趨勢(shì)。在實(shí)際地震觀測(cè)中，經(jīng)常會(huì)有交流供電故障或開(kāi)關(guān)跳閘情況出現(xiàn)，尤其是開(kāi)關(guān)出現(xiàn)跳閘情況時(shí)，嚴(yán)重阻礙著觀測(cè)工作的開(kāi)展，同時(shí)還增加了維護(hù)成本。只有加強(qiáng)自復(fù)位斷路器在地震臺(tái)站供電系統(tǒng)中的應(yīng)用，才能有效避免出現(xiàn)開(kāi)關(guān)跳閘的情況。

自復(fù)位斷路器；地震臺(tái)站；供電系統(tǒng)；開(kāi)關(guān)跳閘

1 引言

近些年來(lái)，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(mén)和人民大眾的高度關(guān)注，在全國(guó)范圍內(nèi)不同種類(lèi)的數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)布設(shè)不斷得到完善。在科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下，無(wú)人值守臺(tái)站在我國(guó)建成并投入使用，各個(gè)省市的無(wú)人值守臺(tái)站數(shù)量較為龐大，地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的形成和完善在地震監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、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(hù)是臺(tái)站工作的重要環(huán)節(jié)，可靠穩(wěn)定的供電系統(tǒng)是臺(tái)站地震相關(guān)設(shè)備和技術(shù)系統(tǒng)連續(xù)可靠運(yùn)行的保障。數(shù)字地震臺(tái)站主要由專(zhuān)業(yè)地震信號(hào)獲取器、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備（包括有線和無(wú)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(yùn)行。在實(shí)際運(yùn)行中，由于損壞交流電源而引發(fā)的數(shù)字地震臺(tái)故障幾乎占臺(tái)站所有故障的50%.實(shí)際上，停電和開(kāi)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(yán)重阻礙著地震觀測(cè)工作的順利開(kāi)展。

隨著國(guó)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(lái)緩解這類(lèi)故障帶來(lái)的影響。如果交流供電故障是開(kāi)關(guān)跳閘引起的，為了及時(shí)解決該故障，需要利用人工方式在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行合閘。這些均會(huì)增加地震臺(tái)站中的成本，再加上天氣、地理等因素共同影響，在臺(tái)站跳閘后，不能第一時(shí)間進(jìn)行合閘，直接導(dǎo)致工作中斷。開(kāi)關(guān)跳閘現(xiàn)象對(duì)地震臺(tái)站中的維護(hù)工作提出了更高的要求，為了確保數(shù)字地震臺(tái)站可以正常運(yùn)行，應(yīng)加強(qiáng)自復(fù)位斷路器在地震臺(tái)站供電系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2 數(shù)字地震臺(tái)站開(kāi)關(guān)跳閘原因

2.1 外部因素

對(duì)于數(shù)字地震臺(tái)站來(lái)說(shuō)，其供電系統(tǒng)主要是引入220 V低壓，并分別在低壓開(kāi)關(guān)和避雷器上接入。通常情況下，線路短路、過(guò)載和漏電等事故是造成低壓開(kāi)關(guān)正常動(dòng)作的主要原因。在進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作的過(guò)程中，為了保護(hù)供電線路，此時(shí)會(huì)切斷供電線路開(kāi)關(guān)，以確保設(shè)備安全和人員生命財(cái)產(chǎn)安全。開(kāi)關(guān)跳閘故障發(fā)生后，工作人員會(huì)在維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備和供電線路，維護(hù)人員可以對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行合閘操作，就能排除故障。開(kāi)關(guān)跳閘引起的地震臺(tái)站停測(cè)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(yán)重阻礙著地震觀測(cè)工作的順利開(kāi)展。在這些故障中，線路問(wèn)題、設(shè)備故障等占據(jù)的比例相對(duì)較低，而線路或設(shè)備的非永久性故障是引起開(kāi)關(guān)跳閘的主要因素。尤其是雷雨天氣引發(fā)的開(kāi)關(guān)跳閘問(wèn)題，可能是雷擊、雨天潮濕、漏電等共同作用的結(jié)果。雷電時(shí)會(huì)有強(qiáng)大的電流產(chǎn)生，一旦觀測(cè)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(duì)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(duì)供電系統(tǒng)的危害占了將近70%，主要是借助電源線進(jìn)入，還可以通過(guò)傳輸線和信號(hào)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(kāi)關(guān)上串聯(lián)對(duì)應(yīng)級(jí)別的電源防雷器，防止電源線路出現(xiàn)短路故障問(wèn)題。為了防止地震臺(tái)站遭受雷擊，應(yīng)始終確保電源線避雷開(kāi)關(guān)可以正常運(yùn)行。

2.2 內(nèi)部因素

內(nèi)部因素是空氣開(kāi)關(guān)自身的原因，普通空氣開(kāi)關(guān)內(nèi)部主要包括2個(gè)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(hù)，也就是電磁保護(hù)，可以將其作為磁回力，電磁脫扣器的電流達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)力，該磁場(chǎng)力達(dá)到一定數(shù)值后會(huì)克服反力彈簧吸合銜接對(duì)牽引桿進(jìn)行擊打，會(huì)產(chǎn)生機(jī)構(gòu)動(dòng)作將電路切斷。熱脫扣器相當(dāng)于過(guò)載保護(hù)，是提供熱保護(hù)器的裝置。如果脫扣器內(nèi)有電流通過(guò)，會(huì)造成熱元件發(fā)熱，引發(fā)雙金屬片變形，變形達(dá)到一定程度后，會(huì)對(duì)牽引桿進(jìn)行擊打，進(jìn)而引發(fā)機(jī)構(gòu)動(dòng)作切斷電路。電路中大多都選擇熱脫扣器進(jìn)行過(guò)載保護(hù)，通過(guò)電磁脫扣器提供短路保護(hù)。熱脫扣器在長(zhǎng)期過(guò)載的情況下達(dá)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(shí)瞬間切斷電流。

雷擊出現(xiàn)時(shí)，雷電中會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)和電磁效應(yīng)，一旦雷電流超過(guò)40 kA，很容易引發(fā)開(kāi)關(guān)跳閘。相較于普通開(kāi)關(guān)，漏電保護(hù)功能開(kāi)關(guān)很容易產(chǎn)生誤動(dòng)作，如果對(duì)地泄露的電流達(dá)到30 mA時(shí)，就會(huì)造成漏電開(kāi)關(guān)跳閘，由于浪涌保護(hù)器總是對(duì)地泄放浪涌電流，如果在漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)后安裝浪涌保護(hù)器，開(kāi)關(guān)出現(xiàn)跳閘的頻率會(huì)急劇增加，這也是地震監(jiān)測(cè)臺(tái)經(jīng)常性跳閘的重要原因。

3 自動(dòng)復(fù)位斷路器在地震臺(tái)供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

在《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定，配電線路應(yīng)裝設(shè)短路保護(hù)、過(guò)負(fù)載保護(hù)和接地故障保護(hù)。漏電開(kāi)關(guān)在接地故障保護(hù)中使用的頻率較高，而漏電開(kāi)關(guān)的使用很容易產(chǎn)生經(jīng)常性的誤動(dòng)作，特別是在布設(shè)防雷器后，誤動(dòng)作出現(xiàn)的頻率也會(huì)隨之增加。因此，為了避免因誤動(dòng)作的出現(xiàn)而影響地震臺(tái)觀測(cè)工作的順利開(kāi)展，應(yīng)積極選用具有自動(dòng)合閘功能的漏電開(kāi)關(guān)。在使用自動(dòng)合閘功能之前，還需解決自動(dòng)合閘中的安全方面的問(wèn)題。

如果地震臺(tái)站中出現(xiàn)開(kāi)關(guān)跳閘現(xiàn)象，此時(shí)自動(dòng)合閘功能的漏電開(kāi)關(guān)會(huì)在負(fù)載側(cè)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，檢查是否有短路、漏電等故障問(wèn)題出現(xiàn)，只有確保沒(méi)有這方面的故障問(wèn)題后，才能使用合閘操作，發(fā)現(xiàn)任意一種故障問(wèn)題存在，將會(huì)只發(fā)送報(bào)警信號(hào)不會(huì)執(zhí)行合閘操作。線路檢測(cè)功能則是自動(dòng)合閘的必備條件之一，可以避免出現(xiàn)故障問(wèn)題后自動(dòng)合閘，會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大故障范圍。

因此，自復(fù)位開(kāi)關(guān)應(yīng)包括2部分：①普通開(kāi)關(guān)所具有的短路保護(hù)功能、過(guò)載保護(hù)功能和漏電保護(hù)功能。②檢測(cè)模塊和復(fù)位模塊。在包含有普通開(kāi)關(guān)鎖具有的功能外，還應(yīng)能實(shí)現(xiàn)跳閘后對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)功能、自動(dòng)合閘功能和可選遠(yuǎn)程控制功能。

此時(shí)可以選用線路檢測(cè)、開(kāi)關(guān)模塊和帶過(guò)電流保護(hù)的漏電開(kāi)關(guān)。線路檢測(cè)和開(kāi)關(guān)合閘模塊功能主要有5種：①開(kāi)關(guān)跳閘后分別檢測(cè)線路和漏電情況，主要是結(jié)合檢測(cè)線路對(duì)地電阻值進(jìn)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(cè)主要是檢測(cè)開(kāi)關(guān)自動(dòng)合閘情況，如果檢測(cè)到的電阻值比規(guī)定數(shù)值要高，此時(shí)允許合閘，反之則不允許。②開(kāi)關(guān)自動(dòng)合閘功能。分別將漏電和短路檢測(cè)的數(shù)值進(jìn)行結(jié)合，判斷是否進(jìn)行合閘或輸出報(bào)警信號(hào)。③遠(yuǎn)程控制開(kāi)關(guān)。利用遠(yuǎn)程方式來(lái)操作開(kāi)關(guān)，始終保證開(kāi)關(guān)斷開(kāi)或閉合，并對(duì)開(kāi)關(guān)量信號(hào)進(jìn)行輸入。④線路故障報(bào)警。在設(shè)置報(bào)警觸點(diǎn)時(shí)主要有常開(kāi)、常閉、開(kāi)閉間歇轉(zhuǎn)換狀態(tài)3種方式。⑤輔助觸點(diǎn)輸出。主要報(bào)告開(kāi)關(guān)閉合或斷開(kāi)情況。對(duì)于過(guò)電流保護(hù)的漏電開(kāi)關(guān)來(lái)說(shuō)，其功能主要有短路、過(guò)載和漏電保護(hù)3種。這種類(lèi)型開(kāi)關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)包括過(guò)載脫扣特征C曲線、漏電脫扣器純電磁式、漏電動(dòng)作特性A型。

4 供電系統(tǒng)的日常維護(hù)

不間斷供電系統(tǒng)的日常維護(hù)主要有電源管理器日常維護(hù)和后備電池日常維護(hù)2部分。對(duì)于電源故障問(wèn)題可以對(duì)電源模塊進(jìn)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(hù)工作，進(jìn)一步確保地震臺(tái)站正常運(yùn)行。

供電系統(tǒng)的日常維護(hù)具體包括以下幾個(gè)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(dòng)穩(wěn)壓限流充電設(shè)備，以確保蓄電池的使用壽命達(dá)到最長(zhǎng)，在非工作期間禁止對(duì)浮充電池進(jìn)行浮充；③在對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電操作的過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求；④在對(duì)蓄電池進(jìn)行維護(hù)測(cè)量的過(guò)程中，為了確保操作人員生命安全，禁止面對(duì)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(yùn)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(dòng)或腐蝕，一旦發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)的維護(hù)措施；⑥禁止將不同廠家、型號(hào)、種類(lèi)、不同容量、不同性能的新舊電池進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)使用；⑦定期對(duì)電池進(jìn)行檢測(cè)，從而更了解電池指標(biāo)，在發(fā)現(xiàn)蓄電池問(wèn)題后及時(shí)做好維護(hù)；⑧蓄電池運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)對(duì)電池電壓、周?chē)h(huán)境溫度進(jìn)行定期測(cè)量，并將記錄工作做好；⑨針對(duì)浮充使用的蓄電池，為了提升蓄電池的活性，每隔3個(gè)月或6個(gè)月對(duì)其進(jìn)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(tái)站供電系統(tǒng)中引入自復(fù)位斷路器，可以有效降低開(kāi)關(guān)跳閘問(wèn)題引發(fā)的臺(tái)站停電問(wèn)題，為地震監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、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(tái)應(yīng)加大對(duì)自復(fù)位斷路器的使用力度，同時(shí)還要積極開(kāi)發(fā)新能源，以確保地震臺(tái)站觀測(cè)工作順利開(kāi)展。

［1］郭德順，李敬，賴(lài)細(xì)華，等.地震臺(tái)站新型太陽(yáng)能供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.華南地震，2014，34（1）.

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.22.154

2095－6835（2018）22－0154－02

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕