自復位斷路器在地震臺站供電系統中的應用

肖雯靜，張諾男，張鈞琪

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自復位斷路器在地震臺站供電系統中的應用

肖雯靜，張諾男，張鈞琪

（河南省鄭州地震臺，河南 鄭州 450000）

隨著科學技術的快速發展，數字地震臺站的數量呈快速增加的趨勢。在實際地震觀測中，經常會有交流供電故障或開關跳閘情況出現，尤其是開關出現跳閘情況時，嚴重阻礙著觀測工作的開展，同時還增加了維護成本。只有加強自復位斷路器在地震臺站供電系統中的應用，才能有效避免出現開關跳閘的情況。

自復位斷路器；地震臺站；供電系統；開關跳閘

1 引言

近些年來，地震造成的危害和出現頻次逐漸加大，已經引起了政府部門和人民大眾的高度關注，在全國范圍內不同種類的數字地震臺網布設不斷得到完善。在科學技術的推動下，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量較為龐大，地震監測網絡的形成和完善在地震監測、預報、科研、應急和防震救災宣傳中發揮著十分重要的作用。

供電系統的日常維護是臺站工作的重要環節，可靠穩定的供電系統是臺站地震相關設備和技術系統連續可靠運行的保障。數字地震臺站主要由專業地震信號獲取器、數據傳輸設備（包括有線和無線）、數據采集器和功能多樣的電源設備構成，穩定可靠的交流電源供應才能保證這些設備正常運行。在實際運行中，由于損壞交流電源而引發的數字地震臺故障幾乎占臺站所有故障的50%.實際上，停電和開關跳閘引發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。

隨著國家電網不斷發展完善，停電出現的頻率逐漸下降，即使出現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跳閘引起的，為了及時解決該故障，需要利用人工方式在現場進行合閘。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，直接導致工作中斷。開關跳閘現象對地震臺站中的維護工作提出了更高的要求，為了確保數字地震臺站可以正常運行，應加強自復位斷路器在地震臺站供電系統中的應用。

2 數字地震臺站開關跳閘原因

2.1 外部因素

對于數字地震臺站來說，其供電系統主要是引入220 V低壓，并分別在低壓開關和避雷器上接入。通常情況下，線路短路、過載和漏電等事故是造成低壓開關正常動作的主要原因。在進行開關動作的過程中，為了保護供電線路，此時會切斷供電線路開關，以確保設備安全和人員生命財產安全。開關跳閘故障發生后，工作人員會在維護現場發現設備和供電線路，維護人員可以對開關進行合閘操作，就能排除故障。開關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、設備故障等占據的比例相對較低，而線路或設備的非永久性故障是引起開關跳閘的主要因素。尤其是雷雨天氣引發的開關跳閘問題，可能是雷擊、雨天潮濕、漏電等共同作用的結果。雷電時會有強大的電流產生，一旦觀測技術系統被雷電擊中，很容易損壞電氣設備和元器件。相關研究表明，雷電對供電系統的危害主要有直擊雷和感應雷兩種方式，其中感應雷對供電系統的危害占了將近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，則可能是短路狀態引起的。應在相應的空氣開關上串聯對應級別的電源防雷器，防止電源線路出現短路故障問題。為了防止地震臺站遭受雷擊，應始終確保電源線避雷開關可以正常運行。

2.2 內部因素

內部因素是空氣開關自身的原因，普通空氣開關內部主要包括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值時，就會產生磁場力，該磁場力達到一定數值后會克服反力彈簧吸合銜接對牽引桿進行擊打，會產生機構動作將電路切斷。熱脫扣器相當于過載保護，是提供熱保護器的裝置。如果脫扣器內有電流通過，會造成熱元件發熱，引發雙金屬片變形，變形達到一定程度后，會對牽引桿進行擊打，進而引發機構動作切斷電路。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短路情況時瞬間切斷電流。

雷擊出現時，雷電中會產生熱效應和電磁效應，一旦雷電流超過40 kA，很容易引發開關跳閘。相較于普通開關，漏電保護功能開關很容易產生誤動作，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后安裝浪涌保護器，開關出現跳閘的頻率會急劇增加，這也是地震監測臺經常性跳閘的重要原因。

3 自動復位斷路器在地震臺供電系統中的應用

在《低壓配電設計規范》中規定，配電線路應裝設短路保護、過負載保護和接地故障保護。漏電開關在接地故障保護中使用的頻率較高，而漏電開關的使用很容易產生經常性的誤動作，特別是在布設防雷器后，誤動作出現的頻率也會隨之增加。因此，為了避免因誤動作的出現而影響地震臺觀測工作的順利開展，應積極選用具有自動合閘功能的漏電開關。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開關跳閘現象，此時自動合閘功能的漏電開關會在負載側進行自動檢測，檢查是否有短路、漏電等故障問題出現，只有確保沒有這方面的故障問題后，才能使用合閘操作，發現任意一種故障問題存在，將會只發送報警信號不會執行合閘操作。線路檢測功能則是自動合閘的必備條件之一，可以避免出現故障問題后自動合閘，會進一步擴大故障范圍。

因此，自復位開關應包括2部分：①普通開關所具有的短路保護功能、過載保護功能和漏電保護功能。②檢測模塊和復位模塊。在包含有普通開關鎖具有的功能外，還應能實現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、開關模塊和帶過電流保護的漏電開關。線路檢測和開關合閘模塊功能主要有5種：①開關跳閘后分別檢測線路和漏電情況，主要是結合檢測線路對地電阻值進行判斷，如果該數值比地電阻要高，則應允許合閘，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自動合閘情況，如果檢測到的電阻值比規定數值要高，此時允許合閘，反之則不允許。②開關自動合閘功能。分別將漏電和短路檢測的數值進行結合，判斷是否進行合閘或輸出報警信號。③遠程控制開關。利用遠程方式來操作開關，始終保證開關斷開或閉合，并對開關量信號進行輸入。④線路故障報警。在設置報警觸點時主要有常開、常閉、開閉間歇轉換狀態3種方式。⑤輔助觸點輸出。主要報告開關閉合或斷開情況。對于過電流保護的漏電開關來說，其功能主要有短路、過載和漏電保護3種。這種類型開關的主要技術參數包括過載脫扣特征C曲線、漏電脫扣器純電磁式、漏電動作特性A型。

4 供電系統的日常維護

不間斷供電系統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，應優先選用通風、干燥的環境。如果野外溫度較低，應做好蓄電池的保溫工作，確保蓄電池容量；②應選擇性能良好的自動穩壓限流充電設備，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，應嚴格按照相關規范要求；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，應在安全距離范圍或角度內；⑤為了確保蓄電池可以正常運行，工作人員應每半年定期檢查連接導線、連接線是否松動或腐蝕，一旦發現異常應及時采取相應的維護措施；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或并聯使用；⑦定期對電池進行檢測，從而更了解電池指標，在發現蓄電池問題后及時做好維護；⑧蓄電池運行過程中，應對電池電壓、周圍環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性的充電和放電操作。

5 結論

綜上所述，在數字地震臺站供電系統中引入自復位斷路器，可以有效降低開關跳閘問題引發的臺站停電問題，為地震監測、預報、科研、應急和防震減災等工作提供重要的數據支撐。地震臺應加大對自復位斷路器的使用力度，同時還要積極開發新能源，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〕